DE3026063A1

DE3026063A1 - Sealing ring for hydraulic piston - has inner sloping surface forced inwards by tensioning ring in contact with outer sloping surface

Info

Publication number: DE3026063A1
Application number: DE19803026063
Authority: DE
Inventors: Roy Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Edlund
Original assignee: Busak and Luyken GmbH and Co
Current assignee: Busak and Luyken GmbH and Co
Priority date: 1980-07-10
Filing date: 1980-07-10
Publication date: 1982-02-04

Abstract

The seal for a hydraulic piston or piston rod consists of a sealing ring (1) enclosed by a tensioning rinq (2), both of plastics material, housed inside a groove (32) inside one member (4) with the sealing ring held against the other member (5). The tensioning ring is approximately square in cross section, with rounded corners, and rests against a sloping surface (8) of the sealing ring. This tends to force the other face (9) of the sealing ring, which also slopes, against the second member, assisted by the force applied from the high pressure side. The outer sloping surface (8) is at an angle of between 10 and 15 deg. to the longitudinal axis (I or II) of the piston.

Description

Dichtung für hydraulische Kolben oder Seal for hydraulic pistons or

Kolbenstangen Die erfindung betrifft eine Dichtung für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen mit einem Dichtring aus einem zähelastischen Kunststoff als Berührungsdichtung zwischen ruhendem und bewegtem Maschinenteil und einem den nicht ring radial spannenden und abdichtenden, gummielastischen Spannring, wobei der Dichtring eine der Hochdruckseite zugewandte Kante hat, die von einer am Dichtring vorhandenen Stufe gebildet wird, die - in axialer Richtung gesehen -im mittleren Bereich des Dichtringes liegt und von der aus die Umfangsfliche des zichtringes zur Niederdruckseite hin unter einem kleinen Keilwinkel zur degenlauffljche geneigt ist, und bei der der Dichtring nur m der niederdruckseitigen tirnflche sich axial in der ausnehmung abstützend angeordnet ist, so daß der radiale npressdruck des bpannringes eine Kippbewegung des dichtringes um dessen dichtende Kante bewirkt und dadurch der peilwinkel in abhängigkeit vom Anpressdruck verringert wird. Piston rods The invention relates to a seal for hydraulic Pistons or piston rods with a sealing ring made of tough elastic plastic as a contact seal between stationary and moving machine parts and a den non-ring radial tensioning and sealing, rubber-elastic clamping ring, whereby the sealing ring has an edge facing the high pressure side, the edge of one on the sealing ring existing stage is formed, which - seen in the axial direction -im middle Area of the sealing ring and from which the circumferential surface of the sealing ring inclined towards the low pressure side at a small wedge angle to the counter surface and in which the sealing ring only extends axially in the low-pressure end face is arranged in a supporting manner in the recess, so that the radial npressdruck des clamping ring causes a tilting movement of the sealing ring around its sealing edge and thereby the bearing angle is reduced depending on the contact pressure.

Eine solche Dichtung ist aus der DE-hS 23 25 000 bekannt.Such a seal is known from DE-HS 23 25 000.

hin besonderer Vorteil der bekannten Dichtung besteht darin, daß sich die Größe des Keilspaltes in Abhangigkeit vom Druck des abzudichtenden Mediums selbsttätig auf einen günstigen Wert einstellt, weil durch die Beaufschlagung des Spannringes mit dem abzudichtenden Medium die resultierende Kraft des Spannringes in Bezug auf die Kante zur Niederdruckseite hin verschoben wird und ein gewisses Kippmoment entsteht, welches bestrebt ist, den niederdruckseitigen Keilwinkel zu vermindern. Diese einseitige Belastung des Dichtungsringes wird umso größer, je höher der Mediumdruck ist, je höher also hochdruckseitig die Wirkung des Spannringes aufgehoben wird. Damit wird der Keilwinkel umsokleinerund infolgedessen seine rückschleppende Wirkung umso größer, je größer der Mediumdruck ist.A particular advantage of the known seal is that the size of the wedge gap depending on the pressure of the medium to be sealed automatically sets to a favorable value, because by acting on the clamping ring with the medium to be sealed, the resulting force of the clamping ring in relation to the edge is shifted towards the low pressure side and a certain tilting moment arises, which strives to reduce the low-pressure side wedge angle. This one-sided The higher the medium pressure, the greater the load on the sealing ring higher so on the high pressure side the effect of the clamping ring is canceled. So that will the wedge angle is smaller and, as a result, its dragging back effect is all the greater, the greater the medium pressure.

Insbesondere unter extremen Betriebsbedingungen, insbesondere bei hohen Temperaturen, kommt es im Material des Dichtringes zu Ermüdungserscheinungen, die zur Folge haben, daß sich der Dichtring im Laufe der Zeit mit seiner Umfangsfläche an die Gegenlauffläche vollständig anlegt. Die Folge davon ist, daß die hohe Flächenpressung an der der hochdruckseite zugewandten Kante verlorengeht und auch die rückschleppende Wirkung des Keilspaltes nicht mehr vorhanden ist. Die Wirkung der richtung nimmt dann also schlagartig ab, und es tritt auch ein sehr schneller Verschleiß des Dichtringes ein, wenn er mit seiner Umfangsfläche an der Gegenlauffliche anliegt.Especially under extreme operating conditions, especially when high temperatures, the material of the sealing ring shows signs of fatigue, which have the consequence that the sealing ring with its peripheral surface over time completely in contact with the counter surface. The consequence of this is that the high surface pressure at the edge facing the high pressure side is lost and also the retreating edge effect of the wedge gap is no longer present. The direction then takes effect abruptly, and the sealing ring also wears out very quickly when it rests with its circumferential surface on the counter-rotating surface.

Der Erfindung liegt die aufgabe zugrunde, die durch solche Ermüdungserscheinungen begrenzte Lebensdauer der Dichtung zu verlängern.The invention is based on the object caused by such fatigue to extend the limited life of the seal.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die von dem Spannring belastete Mantelfläche des vichtungsringes als Kegelfläche ausgebildet ist, die eine zu der den Keilwinkel bildenden Umfangsfläche entgegengesetzte Neigung hat.This object is achieved according to the invention in that the of the clamping ring loaded outer surface of the sealing ring designed as a conical surface is the inclination opposite to that of the circumferential surface forming the wedge angle Has.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Mantelfläche des Dichtringes als Kegelfläche nimmt die Weite des Zwischenraumes zwischen dieser Mantelfläche und dem Grund der die Dichtung aufnehmenden Nut nach der Niederdruckseite hin zu, wodurch die Anpresskraft des durch den Mediumdruck in Richtung auf die Niederdruckseite belasteten Spannringes am niederdruckseitigen Ende des Dichtringes abnimmt. Dadurch wird die grundsätzliche Wirkungsweise der Dichtung nicht beeinträchtigt, jedoch verhindert, daß die an sich angestrebte Verschiebung der resultierenden Kraft des Spannringes nicht so stark auf das niederdruckseitige Ende des Dichtringes verlagert werden kann, um auch bei Ermüdungserscheinungen ein vollständiges Anliegen des Dichtringes an der Gegenlauffläche zu bewirken. Versuche haben gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Maßnahme die Lebensdauer einer solchen Dichtung auch unter extremen Betriebsbedingungen also unter sehr hohem Druck und bei sehr hohen Temperaturen, noch bedeutend verl::ngert werden konnte.The inventive design of the outer surface of the sealing ring as the conical surface takes the width of the space between this lateral surface and the bottom of the groove receiving the seal towards the low-pressure side, whereby the contact force of the medium pressure in the direction of the low pressure side loaded clamping ring decreases at the low-pressure end of the sealing ring. Through this the basic function of the seal is not impaired, however prevents the desired shift in the resulting force of the The clamping ring is not shifted so much onto the end of the sealing ring on the low-pressure side can be to a complete concern of the sealing ring even with signs of fatigue to effect on the counter surface. Experiments have shown that by the invention Measure the service life of such a seal even under extreme operating conditions so under very high pressure and at very high temperatures, still could be extended significantly.

Bei bevorzugten AusführungSformen der erfindung betrt die Neigung der Mantelfläche gegenüber der L'ngsachse des nicht ringes 10 bis 15°.In preferred embodiments of the invention, the inclination occurs the lateral surface opposite the longitudinal axis of the non-ring 10 to 15 °.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten siusffihrungsbeispieles naher beschrieben und erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen uichtung im Querschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt durch den Dichtring der Wichtung nach Fig. 1.The invention is illustrated below with reference to the in the drawing siusffihrungsbeispieles described and explained in more detail. 1 shows an embodiment the device according to the invention in cross section and FIG. 2 is a cross section through the sealing ring of the weighting according to FIG. 1.

Die in big. 1 dargestellte Dichtung besteht aus einem aus Kunststoff bestehenden Dichtring 1 und einem konzentrisch zum Dichtring angeordneten, gummielastischen Spannring 2.The big. 1 shown consists of a seal made of plastic existing sealing ring 1 and a concentric to the sealing ring arranged, rubber-elastic Clamping ring 2.

Beide Ringe befinden sich in der Nut 3 eines Bauteiles ), das in der Lage ist, gegenüber einem zweiten Bauteil 5 eine Relativbewegung auszuführen. Der Dichtring 1 liegt an der Gegenlauffläche 6 des zweiten Bauteiles 5 an. ie Anordnung ist zur Achse I oder zur Achse Ii. rotationssymmetrisch. Ist die Achse I die Symmetrieachse,so handelt es sich um eine Kolbendichtung. Ist dagegen die Achse ii die Symmetrieachse, so handelt es sich um eine Stangendichtung.Both rings are located in the groove 3 of a component), which is in the Is able to perform a relative movement with respect to a second component 5. Of the Sealing ring 1 rests on the mating surface 6 of the second component 5. he arrangement is to axis I or to axis Ii. rotationally symmetrical. If the axis I is the axis of symmetry, then it is a piston seal. If, on the other hand, axis ii is the axis of symmetry, so it is a rod seal.

Der Dichtring 1 weist, in axialer Richtung gesehen, in seinem mittleren Bereich eine rechtwinklige stufe 7 auf, so daß eine der Hochdruckseite H zugewandte Kante entsteht, an die sich ein zur Hochdruckseite hin offener, verhältnismäßig großer Spalt zwischen dem Dichtring 1 und dem abzudichtenden aschinenteil 5 entsteht. Im anschlup an die Stufe 7 ist die Umfangsflche 9 des Dichtringes von von der Kante ausgehend zur Iiederdruckseite im hin unter einem kleinen Winkel zur Gegenlauffläche 6 konisch geneigt, so daß dort ein sich zur Niederdruckseite N öffnender, im Querschnitt keilförmiger Spalt 10 vorhanden ist. Die von-dem gummielastischen Spannring 2 belastete Mantelfläche 8 des Dichtringes wird ebenfalls von einer Kegelfläche gebildet, die eine zu der Umfangsfläche 9 entgegengesetzte Neigung hat. Wie in Fig. 2 gesondert dargestellt, hat bei entspanntem dichtring 1 der KeilwinkelaL zwischen der Umfangsfläche 9 und einer zur Achse des Dichtringes parallelen Geraden 11 einen Wert zwischen 5 und 100. Der Winkel ß der kegelförmigen Mantelfläche 8 und einer zur Achse des Dichtringes parallelen Geraden12 beträgt 10 bis 1O. Besonders günstige Werte liegen bei d= 70 und ß = 12 bis 130.The sealing ring 1 has, seen in the axial direction, in its middle Area a right-angled step 7, so that one of the high pressure side H facing Edge arises, on which a relatively open to the high pressure side is attached large gap between the sealing ring 1 and the one to be sealed machine part 5 is created. In connection with the step 7, the circumferential surface 9 of the sealing ring is from starting from the edge to the low pressure side at a small angle to the Counter surface 6 inclined conically, so that there is an opening to the low pressure side N, A wedge-shaped gap 10 in cross section is present. The from-the rubber-elastic Clamping ring 2 loaded outer surface 8 of the sealing ring is also of a conical surface formed which has an inclination opposite to the circumferential surface 9. As in Fig. 2 shown separately, the wedge angle has between the circumferential surface 9 and a straight line 11 parallel to the axis of the sealing ring Value between 5 and 100. The angle β of the conical surface 8 and one straight lines12 parallel to the axis of the sealing ring is 10 to 10. Particularly cheap Values are d = 70 and ß = 12 to 130.

Der auf der Hochdruckseite H herrschende Druck des Mediums dringt ungedrosselt in die Nut 3 des Bauteiles 4 ein und belastet den Spannring 2, der innerhalb der Nut bis an deren niederdruckseitige Flanke 31 verschoben und dabei komprimiert wird. Dadurch verschiebt sich in gewünschter Weise in Abhängigkeit vom Mediumdruck die resultierende Kraft des Spannringes in Bezug auf die Stufe 7 und es entsteht ein von der Größe des Anpressdruckes abhängiges Kippmoment, welches bestrebt ist, bei zunehmendem Mediumdruck den Keilspalt 10 zu vermindern. Die Erweiterung des Raumes zwischen der Mantelfläche 8 des Dichtringes 1 und dem Nutengrund 32 gewährleistet jedoch, daß die von dem Spannring ausgeübte Kraft in der Nähe der Stufe 7 bleibt, so daß das Kippmoment niemals so groß wird, daß es bei einer Ermüdung des Dichtungsringes zu einer vollen Anlage der Umfangsflä.che 9 an der Gegenlauffläche 6 kommt. Dadurch wird die Lebensdauer einer solchen Dichtung, insbesondere bei einem Einsatz unter hohen Temperaturen, bedeutend verlingert.The pressure of the medium prevailing on the high pressure side H penetrates unthrottled into the groove 3 of the component 4 and loads the clamping ring 2, the shifted within the groove up to its low-pressure side flank 31 and thereby is compressed. This shifts in the desired manner depending on the Medium pressure the resulting force of the clamping ring in relation to level 7 and a tilting moment, which depends on the size of the contact pressure, arises the aim is to reduce the wedge gap 10 with increasing medium pressure. The extension of the space between the lateral surface 8 of the sealing ring 1 and the groove base 32 is guaranteed however, that the force exerted by the clamping ring remains close to step 7, so that the overturning moment is never so great that it is when the sealing ring is fatigued the circumferential surface 9 comes into full contact with the counter surface 6. Through this becomes the lifespan such a seal, especially one Use at high temperatures, significantly reduced.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird als opannring eine sogenannte Vierlippen-Dichtung verwendet. Statt dessen kann auch ein spannring mit rechteckigem oder quadratischem uerschnitt, ein O-lsing oder ein zubring Verwendung finden. ns hat sich jedoch die Verwendung einer Vierlippen-Dichtung als Spannring als besonders zweckmäßig erwiesen. Während für den Spannring alle gummielastischen Werkstoffe geeignet sind, die gegenüber den abzudichtenden Medien und bei den herrschenden Temperaturen bestindig sind, haben sich für den Dichtring insbesondere Kunststoffe auf der Basis von Polytetrafluoräthylen, die gegebenenfalls mit geeigneten Füllstoffen wie Glasfasern oder dergleichen versetzt sind, als geeignet erwiesen.In the illustrated embodiment, an opane ring is used so-called four-lip seal is used. Instead, a clamping ring can also be used Rectangular or square cross-section, an o-lsing or a zubring use Find. However, the use of a four-lip seal as a clamping ring has proven successful proved to be particularly useful. While for the tension ring all rubber-elastic Materials are suitable for the media to be sealed and the prevailing Temperatures are stable, plastics in particular have been used for the sealing ring based on polytetrafluoroethylene, optionally with suitable fillers such as glass fibers or the like are offset, proved to be suitable.

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Claims

Claims 1. Seal for hydraulic pistons or piston rods with a sealing ring made of a flexible plastic as a contact seal between stationary and moving machine part and one that radially clamps the L) sealing ring sealing, rubber-elastic clamping ring, the sealing ring being one of the high-pressure side has facing edge, which is formed by a step on the sealing ring, which - seen in the axial direction - lies in the middle area of the sealing ring and from which the circumferential surface of the sealing ring to the low pressure side under a small wedge angle is inclined to the mating surface, and in which the sealing ring only on the end face on the low-pressure side, axially supported in the recess is arranged so that the radial pressing pressure of the clamping ring has a tilting movement of the sealing ring around its sealing edge and thereby the wedge angle in dependence on the unpressure is reduced, characterized in that the The lateral surface (8) of the L) sealing ring (1), which is loaded by the Jparmring (2), is a conical surface is formed, the one to the wedge angle (10) forming peripheral surface (9) has opposite inclination.

2. Seal according to claim 1, characterized in that there is the inclination (ß) of the lateral surface (8) with respect to the longitudinal axis of the sealing ring (1) 10 to 15 ° cheats.