SEALING ARRANGEMENT IN CLEARANCE SEALS FOR HYDROSTATICALLY SUPPORTED PISTON RODS OF HYDRAULIC LOAD CYLINDERS

Abstract: 1. Sealing arrangement in clearance seals (5) on hydrostatically mounted piston rods (4) of hydraulic load cylinders (1), in which a suction device (7-9) is arranged at the clearance seal (5) for the removal of the pressure medium (leakage flow) passing through the clearance seal (5), characterised in that behind the clearance seal (5) an additional operable (disengageable) seal (10, 20) is arranged, that the operable seal when in a state of rest fits against the piston rod (4) in a sealing manner and that the operation of the seal counteracts the sealing effect.

Description: Dichtungsanordnung bei Spaltdichtungen an hydrostatisch gelagerten Kolbenstangen von hydraulischen Belastungszylindern Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung bei Spaltdichtungen an hydrostatisch gelagerten Kolbenstangen von hydraulischen Belastungszylindern, bei der an der Spaltdichtung eine Absaugvorrichtung zur Abführung des durch die Spaltdichtung hindurchtretenden Druckmittels (Leckfluss) angeordnet ist. Bei hydraulischen Belastungszylindern werden die Kolbenstangen oft hydrostatisch gelagert bzw. geführt, um bei Betrieb des Zylinders möglichst geringe Reibungskräfte zu erzeugen und um an der Kolbenstangenlagerung auch Querkräfte aufnehmen zu können. Die hydrostatischen Lager werden meist durch Spaltdichtungen nach aussen abgedichtet. Bei Dichtanordnungen mit Spaltdichtungen können Absaugvorrichtungen vorgesehen werden, die dafür sorgen, dass das durch die Spaltdichtung hindurchtretende Druckmittel (der LeckfluB) während des Betriebs des Zylinders abgesaugt wird. Dazu wird das Druckmittel z.B. in einer Nut oder in einem Raum am Ende der Spaltdichtung gesammelt und über eine Leitung und eine geeignete Pumpvorrichtung in einen Vorratsbehälter gepumpt. Auf diese Weise werden Druckmittelverluste sowie eine Verschmutzung der Vorrichtung vermieden. Nach Abschaltung des Zylinders und der Absaugvomchtung besteht jedoch die Gefahr, dass weiterhin Druckmittel durch die Lagerspalte der Spaltdthtung nach aussen tritt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannte Dichtungsanordnung so zu verbessern, dass ein Austritt von Druckmittel aus der Spaltdichtung bzw. der Dichtungsanordnung auch nach der Abschaltung der Absaugvorrichtung bei Stillstand der Anlage vermieden wird. Bei Betrieb des Belastungszylinders soll jedoch durch die zu treffenden MaBnahmen keine zusätzliche Reibung auftreten. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Die Ansprüche enthalten auch Ausgestaltungen der Erfindung. Durch die erfindungsgemässen Vorschläge wird eine sichere Abdichtung an der Spaltdichtung auch bei Stillstand des Belastungszylinders gewährleistet. Dabei ist es nicht notwendig, dass die vorhandene Absaugvorrichtung ständig eingeschaltet bleibt. Andererseits wird eine zusätzliche herkömmliche Dichtung vermieden, die bei Betrieb Reibung und damit unerwünschte Kräfte erzeugt und die das Dämpfungsverhalten der Anordnung (des Belastungszylinders) beeinflussen kann. Durch die Erfindung wird auch der bei herkömmlichen Dichtungen auftretende Verschh ss vermieden. Zur Realisierung der Erfindung sind verschiedene konstruktive Lösungen möglich. Einige Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Die Figuren zeigen in schematischer Darstellung einen hydraulischen Belastungszylinder mit Spaltdichtung für die Kolbenstange, Absaugvorrichtung an der Spaltdichtung und einer zusätzlichenbetätigbaren Dichtung, die in den einzelnen Figuren wie folgt ausgebildet ist: Fig. 1 als elastisch vorgespanntr Ringfaltenbalg, Fig. 2 als O-Ring mit U-ringförmigem Federelement und einem schlauchringförmigen Betätigungselement, Fig. 3 als O-Ring mit einem über eine elastische Ring scheibe wirkenden Nutring oder Ringkolben als Betätigungselement, Fig. 4 als O-Ring mit Ringkolben und Tellerfeder. Auf der linken Seite der Figuren ist die betätigbare Dich tung jeweils im eingeschalteten, auf der rechten Seite im ausgeschalteten Zustand (Dichtung nicht wirksam) dargestellt. Die Figuren zeigen einen hydraulischen Belastungszylinder 1 mit einem Kolben 2, einer Zylinderkammer 3 und einer nach aussen geführten Kolbenstange 4. Die Kolbenstange kann auch auf beiden Seiten des Kolbens bzw. Zylinders nach aussen geführt sein. Einzelheiten der Druckmittelzuführung und der Steuerung des Zylinders sind nicht dargestellt. Die Klbenstange 4 ist im Zylinderdeckel 1' des Zylinders 1 mit sehr kleinem Spiel geführt. Der zwischen Zylinderdekkel 1' und der Kolbenstange 4 vorhandene schmale Spalt bildet eine Spaltdichtung 5, die die Zylinderkammer bzw. eine Lagerstelle an der Kolbenstangendurchführung gegen die Atmosphäre abdichtet. Das aus der Zylinderkammer 3 bzw. aus einem im Zylinderdeckel 1' angeordneten und aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten hydrostatischen Lager durch die Spaltdichtung 5 tretende Druckmittel wird am Ende der Spaltdichtung in einer Absaugnut 6 oder in einem Raum hinter der Spaltdichtung (Fig. 4) gesammelt und von einer Pumpe 7 über eine Leitung 8 in einen Vorratsbehälter 9 gepumpt. Dadurch wird vermieden, dass Druckmittel durch die Spaltdichtung 5 nach aussen tritt. Die bisher beschriebene Anordnung ist bei allen Figuren etwa gleich ausgebildet. Die hinter der Spaltdichtung 5 angeordnete zusätzliche betätigbare Dichtung ist in Fig. 1 als Ringfaltenbalg 1o ausgebildet. Der Ringfaltenbalg ist an seinem offenen Ende am Zylinderdeckel 1' druckmitteldicht befestigt. Der Innenraum 11 des Balges ist über eine Leitung 12 und ein Umschaltventil 13 mit einer geeigneten Druckmittelquelle 14 (schematisch als Pumpe dargestellt) verbunden. Von dieser Druckmittelquelle kann der Innenraum 11 des Faltenbalgs 1o mit einem Druckmittel beaufschlagt werden. Durch Umschalten des Ventils 13 kann das im Ringfaltenbalg 1o vorhan dene Druckmittel in einen Vorratsbehälter 15 zurückgeleitet und der Ringfaltenbalg in seine Ruhelage zurückgeführt werden. Im Ruhezustand, d.h. bei nicht betätigter Dichtung, ist der Ringfaltenbalg 1o elastisch vorgespannt, wie auf der linken Seite der Fig. 1 schematisch dargestellt. Die Vorspannung kann durch die Balgform gegeben sein. Sie kann auch durch eingelegte Federn erzeugt oder durch Federelemente unterstützt werden. Im Ruhezustand ist der Innendurchmesser des Faltenbalgs 1o kleiner als der Aussendurchmesser der Kolbenstange 4, so dass der Faltenbalg abdichtend an der Kolbenstange anliegt. Dadurch wird verhindert, dass Druckmittel aus der Spaltdihtung 5 nach aussen tritt. Wenn der Belastungszylinder 1 in Betrieb gesetzt werden soll, wird zunächst der Innenraum 11 des Ringfaltenbalgs 1o von der Druckmittelquelle 14 über das Umschaltventil 13 in geeigneter Weise mit Druckmittel beaufschlagt. Hierfür kann das Druckmittel verwendet werden, das auch zur Betätigung des Zylinders bzw. des Kolbens dient. Die Umschaltung des Ventils 13 kann zweckmässigerweise auch automatisch mit der Ein- und Ausschaltung des Belastungszylinders 1 erfolgen. Dadurch wird die Bedienung vereinfacht und die Betriebssicherheit erhöht. Durch die Beaufschlagung mit einem Druckmittel verformt sich der Ringfaltenbalg lo durch den auf seine geschlossene Stirnfläche wirkenden Druck (s. Pfeile) in axialer Richtung in der auf der rechten Seite von Fig. 1 schematisch dargestellten Weise. Der Innendurchmesser des Faltenbalgs vergrössert sich. Er liegt dadurch nicht mehr an der Kolbenstange 4 an und die Dichtwirkung des Balges ist aufgehoben. Das durch die Spaltdichtung 5 tretende Lecköl wird durch die Absaugpumpe 7 abgesaugt, so dass es nicht nach aussen treten kann. Die beschriebene Anordnung mit einer betätigbaren Dichtung hat auch den Vorteil, dass zur Auf rechterhaltung der Dichtwirkung bei abgeschalteter Anlage keine angetriebene Vorrichtung bzw. keine Energie erforderlich ist. Die Figuren 2 - 4 zeigen Ausführungsbeispiele einer zusätzlichen betätigbaren Dichtung mit einem D-Ring 20. In Fig. 2 wird der D-Ring 20 in einem nach innen offenen U-ringförmigen Federelement 21 aufgenommen. Das Federelement 21 ist in geeigneter Weise am Zylinderdeckel 1' angebaut. Im Federelement ist in geringem radialen Abstand zum D-Ring 20 ein elastisches, durch ein Druckmittel aufweitbares Schlauchringelement 22 angeordnet. Im entspannten Zustand bzw. im Ruhezustand der Anordnung drückt das elastisch vorgespannte Federelement 21 den DRing 20 in axialer Richtung zusammen. Dadurch ergibt sich eine Verkleinerung des Innendurchmessers des 0-Rings, der Ring legt sich an die Kolbenstange 4 an und wirkt abdichtend, wie auf der linken Seite von Fig. 2 dargestellt. Durch Beaufschlagung des elastischen Schlauchringelements 22 mit einem Druckmittel über die Leitung 12 dehnt sich das Schlauchringelement aus. Dadurch wird das U-ringförmige Federelement 21 zur Kolbenstange 4 hin aufgeweitet, der D-Ring 20 kann sich entspannen und seine Dichtwirkung ist aufgehoben. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird der D-Ring 20 durch eine elastische Ringscheibe 30, die am Zylinderdeckel 1' angeordnet ist, in axialer Richtung zusammengedrückt und wirkt damit abdichtend, wie auf der linken Seite der Figur dargestellt. Durch Betätigung eines in einem Ringzylinder 31 angeordneten Nutrings 32 durch Beaufschlagung des Ringzylinders 31 mit einem Druckmittel, wird die Ringscheibe 30 an ihrem inneren Teil über den Ringkolben 33 in axialer Richtung so verformt, dass die Vorspannung des 0-Rings aufgehoben wird. Ur 0-Ring kann sich elastisch in seine Ruhe lage zurückverformen. Dabei vergrössert sich sein Innendurchmesser und die Dichtwirkung an der Kolbenstange 4 wird aufgehoben (Darstellung rechte Seite der Fig. 3). Der Nutring 32 kann auch so ausgebildet sein, dass er unmittelbar auf die Ringscheibe 30 wirkt. Anstelle des Nutrings 32 kann im Zylinder 31 auch ein geeignet ausgebildeter Ringkolben 33 vorgesehen werden, der auf die Ringscheibe 30 wirkt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist das Federelement als Tellerfeder 34 ausgebildet. Die Tellerfeder wirkt jedoch nicht direkt, sondern über einen Zwischenring, der mit einem Ringkolben 35 verbunden ist, auf den 0-Ring 20. Wenn die Zylinderkammer 31 drucklos ist, drückt die Tellerfeder 34 den 0-Ring 20 über den Zwischenring in axialer Richtung zusammen. Der 0-Ring legt sich an die Kolbenstange 4 an und wirkt abdichtend (Fig. 4 links). Bei Beaufschlagung des Ringzylinders 31 über die Leitung 12 wird die Tellerfeder 34 durch den Nutring 32 und den Ringkolben 35 bzw. die mit diesem verbundene Zwischenscheibe zusammengedrückt, der 0-Ring 20 wird entlastet und seine Dichtwirkung aufgehoben. Das durch die Spaltdichtung zwischen dem Zylinderdeckel 1' und der Kolbenstange 4 hindurchtretende Druckmittel wird über die Leitung 8 aus dem Raum hinter der Spaltdichtung abgesaugt. Die Betätigung der schaltbaren Dichtung mit 0-Ring erfolgt durch Beaufschlagung der Betätigungselemente (Schlauchringelement 22 und Ringzylinder 31) mit einem Druckmittel, wie bei Fig. 1 beschrieben. Bei den Ausführungen der zusätzlichen Dichtung mit 0-Ring sind auch konstruktive Anordnungen möglich, bei denen der 0-Ring zur Erzielung der Dichtwirkung in radialer Richtung zusammendrückbar ist und sich dadurch abdichtend an die Kolbenstange anlegt. In einer einfachen Ausführung können für die Betätigung der schaltbaren Dichtung beispielsweise auch mechanische Stellvorrichtungen (Stellschrauben, Stellringe) vorgesehen werden, so dass die Betätigungselemente bzw. die Beaufschlagung mit einem Druckmittel entfallen kann.

Claims: Patentansprüche: 1. Dichtungsanordnung bei Spaltdichtungen an hydrostatisch gelagerten Kolbenstangen von hydraulischen Belastungs zylindern, bei der an der Spaltdichtung eine Absaugvor richtung zur Abführung des durch die Spaltdichtung hin durchtretenden Druckmittels (LeckfluB) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Spaltdichtung eine zusätzliche betätigbare (abschaltbare) Dichtung angeordnet ist, deren Dichtwirkung durch Betätigung der Dichtung aufhebbar ist. 2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die zusätzliche Dichtung ein hohl ausgebilde tes Dichtelement (1o) aufweist, dessen Innenraum (11) zur Betätigung (Abschaltung) der Dichtung mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist. 3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die zusätzliche Dichtung ein Dichtelement (20) und ein vorgespanntes Federelement (21, 30, 34) auf weist, das auf das Dichtelement (20) direkt oder in direkt einwirkt, und dass zur Betätigung (Abschaltung) der Dichtung die Einwirkung des Federelementes (21, 30, 34) auf das Dichtelement (20) durch ein Betätigungsele ment (22, 32, 33, 35) aufhebbar ist. 4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass das Beitigungselement (22, 32, 33, 35) mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist. 5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass das Dichtelement (1o) als ringförmiger, ela stisch vorgespannter Faltenbalg (1o) ausgebildet ist. 6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass das Dichtelement (20) als elastisch verform barer 0-Ring (20) ausgebildet ist. 7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass der 0-Ring (20) durch das Federelement (21, 30, 34) in axialer Richtung zusammendrückbar ist. 8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, dass das Federelement (21, 30, 34) ein nach innen offenes, U-ringförmiges Element (21), eine ela stische Ringscheibe (30) oder eine Tellerfeder (34) ist. 9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, 4 oder 8, dadurch ge kennzeichnet, dass das Betätigungselement (22, 32, 33, 35) ein Schlauchringelement (22), ein Nutring (32) oder ein Ringkolben (33, 35) ist. 1o. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltung der zusätzlichen Dichtung mit der Einschaltung des Belastungs zylinders (1) koppelbar ist. 11. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die zusätzliche Dichtung mechanisch (durch Stellschrauben, Stellringe oder dgl.) betätigbar ist.

Inventors: HINTZ, GERHARD, ING. GRAD., KELLER, GUNTER, ING. GRAD., POHL, ANDREAS, ING. GRAD., WASSILUK, LEOPOLD, ZUBER, GUNTER, Keller, Günter, Ing. grad., Zuber, Günter
Applicants: CARL SCHENCK AG
Application year: 1981
Main classification: F16J15
IPC codes: F15B15, F16J15