DE2431745A1 - Rollmembrandichtung - Google Patents

Description

T2-Lin/L 12.6.1974

MOTOREN-WERKE MANNHEIM AG, vorm. BENZ, Abt. stat. Motorenbau, 6800 Mannheim, Carl-Benz-Strasse 5

Rollmembrandichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine einseitig druckbelastete Rollmembrandichtung zwischen der Wand einer Gehäusebohrung und einem Innenteil, das eine Hin- und Herbewegung gegenüber der Wand ausführt. Die Röl!membrandichtung besteht aus zwei nach ent= gegengesetzten Richtungen- umgestülpten RoI!membranen, deren innere Kanten an dem Innenteil und deren äußere Kanten an Gehäusepartien dichtend befestigt sind, wobei Jede Rollmembran je einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Stützraum zusammen mit je einer nur in einer Richtung abdichtenden Gleitdichtung abschließt,, die bei Hin- und Herbewegung des Innenteiles auf einer Gegenfläche prleitet. Eine Rollmembrandichtung dieser Bauart ist z.B. in der deutschen Patent= schrift 1 080 366 dargestellt und beschrieben.

Wenn eine Rollmembrandichtung der vorgenannten Bauart einseitig, insbesondere mit hohem Druck, belastet wird, so wird die Flüssig= keit aus dem belasteten Stützraum über die unvermeidlichen Undicht= hexten der zugehörigen Gleitdichtung in den unbelasteten Stütz= raum verdrängt, was zur Folge haben würde, daß die druckabgewand= te Rollmembran überdehnt und schließlich zerstört würde, d.h. die bekannte Rollmembrandichtung ist nicht für einseitige hohe Druck= belastung geeignet»

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Roll= membrandichtung der eingangs genannten Bauart für einseitige hohe Druckbelastung geeignet zu machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleit= dichtungen derart angeordnet sind, daß bei Hin- und Herbewegung des Innenteiles eine Pumpwirkung auftritt, die Flüssigkeit aus

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dem entlasteten Stützraum in den belasteten Stützraum bringt, wobei die Flüssigkeitszufuhr in den belasteten Stützraum derart geregelt wird, daß sie lediglich Undichtheitsverluste aus dem belasteten Stützraum ausgleicht.

Diese Haßnahmen ergeben eine hermetische Abdichtung für Teile, wie Kolben und Kolbenstangen, die auch für hohe Drücke geeignet ist, weil ihre Rollmembranen hydraulisch abgestützt sind, wobei der Vorteil darin liegt, daß das hydraulische System im Inneren der Abdichtung liegt und keinen Regeleingriff von außen benötigt.

Vorteilhaft kommt die erwähnte Pumpwirkung dadurch zu Stande, daß die Gleitdichtung, die den belasteten Stützraum abdichtet, bei Bewegung des Innenteiles auf dem Innenteil gleitet, daß die Gleitdichtung, die den entlasteten Stützraum abdichtet, bei Be= wegung des Innenteiles auf der Bohrungswand gleitet, daß beide G-leitdichtungen den Durchtritt von Flüssigkeit von dem entlasteten in den belasteten Stützraum zulassen, in der entgegengesetzten Richtung jedoch sperren und daß die Gleitdichtungen, das Innenteil und die Bohrungswand einen im Hubtakt des Innenteiles veränder= liehen Pumpraum begrenzen.

Diese Anordnung ergibt eine im Inneren der Abdichtung liegende Pumpeinrichtung, deren aufeinander gleitende Teile gut geschmiert und daher verschleißfest und somit störungsfrei arbeiten, da als Stützflüssigkeit Schmieröl verwendet werden kann.

Vorteilhaft wird die Flüssigkeitszufuhr in den belasteten Stütz= raum durch eine in einer Bohrung des Gehäuses verschiebbare, dem Druck im entlasteten Stützraum sowie der Gegenkraft einer Feder ausgesetzte Steuerhülse dadurch geregelt, daß die Steuerhülse bei Unterschreitung eines bestimmten Sollwertes des Druckes in dem entlasteten Stützraum in eine Lage verschoben wird, in der sie einen Oberströmweg zwischen dem entlasteten Stützraum und dem Pumpraum herstellt und daß der Überströmweg verschlossen wird, wenn die Steuerhülse nach Erreichen des Sollwertes des

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Druckes, in dem entlasteten Stützraum unter der Wirkung dieses Druckes in die Schließlage gelangt ist.

Diese Regeleinrichtung hat den Vorteil eines relativ geringen Platzbedarfes in radialer Richtung, was z.B. bei der Abdichtung von Kolbenstangen wichtig sein kann.

Im Stillstand unter Druckbelastung, d.h. wenn sich der Druck in dem belasteten Stützraum nach Aufhören der Pumpwirkung in den unbelasteten Stützraum fortpflanzt, wird die druckabgewandte Rollmembran dadurch vor Schaden bewahrt, daß sie in ihrer äußeren Endlage an ihrer gesamten Außenseite von Wandpartien umgeben ist. Damit diese Stützwirkung auch in anderen Stellungen des Innen= teiles erzielt wird, muß die druckabgewandte Rollmembran soweit dehnbar sein, daß sie durch den nunmehr stark erhöhten Druck in ihrem Stützraum an die Gehäusepartien gepreßt werden kann, ohne zu reißen. Da diese starke Dehnung nur im Stillstand und bei den ersten Hubbewegungen des Innenteils beim Wiederingangsetzen auf= tritt, kann sie von der Rollmembran ertragen werden.

Zweckmäßig erzeugt der in dem entlasteten Stützraum wirkende Druck dadurch eine auf die Steuerhülse wirkende Kraft, daß die druckabgewandte Rollmembran mit ihrer äußeren Kante an der Steu= erhülse und mit ihrer inneren Kante an dem Innenteil dichtend befestigt ist.

Diese Anordnung vermeidet zusätzlichen Platzbedarf in radialer Richtung.

Ein Austreten von Stützflüssigkeit über den äußeren Umfang der Steuerhülse im Stillstand wird vorteilhaft dadurch verhindert, daß die Steuefhülse bei Überschreitung des Sollwertes des Druckes in dem entlasteten Stützraum dichtend auf einen Absatz im Gehäuse gepreßt wird.
Damit wird eine hermetische Dichtheit im Stillstand erreicht.

Vorteilhaft kann die Flüssigkeitszufuhr in den belasteten Stütz=

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raum auch mit Hilfe einer dem Druck im entlasteten Stützraum ausgesetzten Barometerdose dadurch geregelt werden, daß die Barometerdose bei Unterschreitung eines bestimmten Sollwertes des Druckes in dem entlasteten Stützraum unter dem Einfluß ihrer Eigenfederung ein Überströmventil öffnet, das einen Überströmweg zwischen dem entlasteten Stützraum und dem Pumpraum beherrscht, sowie das Überstömventil unter dem Einfluß des Druckes im ent= lasteten Sützraum schließt, sobald dieser iiruck seinen Sollwert erreicht hat.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das Stützflüssigkeitssystem dauernd zur Umgebung hin hermetisch abgedichtet ist.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Ausführung, bei der die Regelung der Flüssig= keitszufuhr in den belasteten Stützraum mit Hilfe einer

Steuerhülse geschieht.
Fig. 2 zeigt die Abdichtung der Ausmündung des Uberströmweges

in vergrößernder Darstellung.
Fig. j> zeigt eine Ausführung, bei der die Regelung der Flüssig= keitszufuhr in den belasteten Stützraum mit Hilfe einer

Barometerdose geschieht.
Fig. 4- zeigt die Gleitdichtung, die auf dem Innenteil gleitet,

in selbstspannender Ausführung.
Fig. 5 zeigt die Dichtung gemäß Fig. 4-, Jedoch mit besonderem Spannring.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf die Gleitdichtung gemäß Fig. 5· Fig. 7 zeigt die Gleitdichtung, die auf der Bohrungswand gleitet,

in selbstspannender Ausführung.
Fig. 8 zeigt die Gleitdichtung gemäß Fig. 7» Jedoch mit besonde=

rem Spannring.
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf die Gleitdichtung gemäß Fig. 8.

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Die Rollmembrandichtung besteht in der Hauptsache aus den nach entgegengesetzten Richtungen umgestülpten Rollmembranen 1 und 2, deren innere Kanten 3 und 4- an dem Innenteil 5 und deren äußere Kanten 6 und 7 an im wesentlichen feststehenden Gehäusepartien dichtend befestigt sind. Die äußere Kante 6 der Rollmembran 1 ist dichtend an einer in das Gehäuse 8 eingepreßten Büchse 9 be= festigt, die in diesem Bereich die Bohrungswand darstellt. Die äußere Kante 7 ist bei der Ausführung nach Fig.1 dichtend an der Steuerhülse 10 befestigt, die in einer Bohrung des Gehäuses 8 verschiebbar ist. Die Steuerhülse 10 ist dem Druck in dem ent= lasteten Stützraum 11 ausgesetzt, der sie nach unten zu verschie= ben sucht. In entgegengesetztem Sinn wirkt die Feder 12, die be= strebt ist, die Steuerbohrung 13 zur Deckung mit der Ausmündung 14 des Überströmweges 15 zu bringen. Der äußere Umfang der Steu= erhülse 10 ist mit Hilfe des O-Ringes 16 abgedichtet. In einer Nut der Büchse 9 liegt die Gleitdichtung 17 mit Spiel, so daß sie unter Wirkung ihrer Eigenfederunp: mit ihrer Innenfläche 18 am äußeren Umfang des Innenteiles 5 anliegt. An einer Stirnseite der Gleitdichtung 17 befinden sich radiale Schlitze 19. Die An= lage der Innenfläche 18 an dem Innenteil 5 kann auch unter der Wirkung eines Spannringes 20 erfolgen, wenn der Werkstoff der Gleitdichtung 17 nicht selbstfedernd ist. In einer JMut des Innen= teiles 5 liegt mit Spiel die Gleitdichtung 21, so daß sie unter der Wirkung ihrer Eigenfederung mit ihrer Außenfläche 22 an der Bohrungswand der Büchse 9 anliegt. An einer Stirnseite der Gleit= dichtung 21 befinden sich radiale Schlitze 23. Die Anlage an der Büchse 9 kann auch unter dem Einfluß des Spannringes 24 erfolgen, wenn der Werkstoff der Gleitdichtung 21 nicht selbstfedernd ist. Die Gleitdichtungen 17 und 21, das Innenteil 5 und die Bohrungs= wand der Buchse 9 begrenzen einen im Hubtakt des Innenteiles 5 veränderlichen Pumpraum 25· Beim Aufwärtsgang des Innenteiles 5 kann Flüssigkeit aus dem Pumpraum 25 über das Seitenspiel und die Schlitze 19 der Gleitdichtung 17 in den belasteten ötützraum 26 gelangen. Beim Abwärtsgang des Innenteiles 5 kann Flüssigkeit aus dem entlasteten Stützraum 11 über das Seitenspiel und die

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Schlitze 23 der Gleitdichtung 21 in den Pumpraum 25 gelangen. In der Gegenrichtung sperren beide Gleitdichtungen 17 und 21 den Flüssigkeitsstrom bis auf unvermeidliche Leckagen. Die Aus= mündung 14 des Uberströmweges 15 ist bei der in Fig. 1 und 2 dar= gestellten Ausführung durch einen Ventilring 27 abgedichtet, der durch den Druck im Uberströmweg 15 an die Steuerhülse 10 gepreßt wird. Der Ventilring 27 liegt in einer zylindrischen Erweiterung 28 und wird durch einen zwischen dem Venturing 27 und dem Grund der Erweiterung 28 liegenden O-Ring 29 an seinem Umfang abgedich= tet und an die.Steuerhülse 10 gepreßt.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführung wird die Ausmündung 14 des Uberströmweges 15 durch ein Ventil 30 unter dem Einfluß einer Barometerdose 31 in Abhängigkeit von dem Druck in dem ent= lasteten Stützraum 11 geöffnet oder geschlossen.

In der in Fig. 1 und 3 gezeigten unteren Stellung des Innenteiles 5 ist die druckabgewandte Rollmembran 2 von dem Gehäuse 8, der Stützwand 32 und der Kolbenstange 33 umschlossen und somit gegen Überdehnung abgestützt. Die Steuerhülse 10 wird, wenn die abwärts gerichtete Kraft aus dem Druck im Stützraum 11 die Kraft der Feder 12 überschreitet, dichtend auf den Absatz 34 im Gehäuse 8 gepreßt.

Die Wirkungsweise der Rollmembrandichtung kann wie folgt beschrie= hen werden.

Vor Inbetriebnahme werden die Räume 11, 25 und 26 blasenfrei mit Schmieröl gefüllt und zwar mit einem leichten Überdruck, der die Rollmembranen spannt aber nur unwesentlich ausdehnt. Wird dann die Rollmembran 1 auf ihrer Außenseite mit einem unter hohem Druck stehenden Medium beaufschlagt, so stellt sich der gleiche Stützdruck im Raum 26 ein. Dieser Druck will das Öl aus dem Raum 26 in den Raum 25 und von dort in den Raum 11 verdrängen. Steht das Innenteil 5 still, so steigt der Druck in den Räumen 25 und 11 infolge der Leckage über die Gleitdichtungen 17 und 21 allmäh= lieh auf den Wert_t der im Raum 26 herrscht, und die Rollmembran wird, wenn das Innenteil 5 nicht in seiner unteren Stellung steht, so weit gedehnt, daß sie an den Wandpartien 8, 32 und 33 zur

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Anlage kommt. In einem solchen Fall wird die Steuerhülse 10 dichtend auf den Absatz 34- gepreßt.

Wird das Innenteil 5 hin- und herbewegt, so arbeitet die Gleit= dichtung 21 wie der Kolben, bzw. wie das Saugventil einer Pumpe, während die Gleitdichtung 17 wie das Druckventil einer Pumpe wirkt. Es wird so lange Flüssigkeit aus dem Raum 11 über den Raum 25 in den Raum 26 gepumpt, bis der Druck im Raum 11 unter den Sollwert gefallen ist. Nachdem dieser Druck erreicht ist, wird der Überströmweg 15 entweder über die Steuerbohrung 13 oder über das Ventil 30 geöffnet, was eine weitere Entleerung des Raumes und damit eine weitere Senkung des Druckes in diesem Raum verhin= dert. Steigt jedoch der Druck im Raum 11 wieder an als Folge von Leckagen über die Gleitdichtungen 17 und 21, so wird der Über= strömweg 15 geschlossen und die beschriebene Pumpwirkunp; setzt wieder ein.

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Claims (9)

_ 8 - 12.6.1974 Fatentansprüche

1. Rollmembrandichtung zwischen der Wand einer Gehäusebohrung und einem Innenteil, das eine Hin- und Herbewegung gegenüber der Wand ausführt, für einseitige Druckbelastung, bestehend aus zwei nach entgegengesetzten Richtungen umgestülpten Rollmembranen, deren innere Kanten an dem Innenteil und deren äußere Kanten an Gehäusepartien dichtend befestigt sind, wobei jede Rollmembran je einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Stützraum zusammen mit je einer nur in einer Richtung abdichtenden Gleitdichtung ab= schließt, die bei Hin- und Herbewegung des Innenteiles auf einer Gegenfläche gleitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitdich= tungen (17,21) derart angeordnet sind, daß bei Hin- und Herbewe= gung des Innenteiles (5) eine Pumpwirkung auftritt, die Flüssig= keit aus dem entlasteten Stützraum (11) in den belasteten Stütz= raum (26) bringt, wobei die Flüssigkeitszufuhr in den belasteten ütützraum in Abhängigkeit von dem Druck in dem entlasteten Stütz= raum derart geregelt wird, daß sie lediglich Undichtheitsverluste aus dem belasteten Stützraum ausgleicht.

2. Rollmembrandichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpwirkung dadurch zu Stande kommt, daß die Gleitdich= tung (17), die den belasteten Stützraum (26) abdichtet, bei Be= wegung des Innenteils (5) auf dem Innenteil gleitet, daß die Gleitdichtung (21), die den entlasteten Stützraum (11) abdichtet, bei Bewegung des Innenteils auf der Bohrungswand (9) gleitet, daß beide Gleitdichtungen den Durchtritt von Flüssigkeit von dem entlasteten in den belasteten Stützraum zulassen, in der entge= gengesetzten Richtung jedoch sperren, und daß die Gleitdichtungen, das Innenteil und die Bohrungswand einen im Hubtakt des Innentei= les veränderlichen Pumpraum (25) begrenzen.

3. Rollmembrandichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszufuhr in den belasteten Stützraum (26) durch eine in einer Bohrung des Gehäuses (8) verschiebbare, dem

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Druck im entlasteten Stützraum (11) sowie der Gegenkraft einer Feder (12) ausgesetzte Steuerhülse (10) dadurch geregelt wird, daß die Steuerhülse bei Unterschreitung eines bestimmten Soll= wertes des Druckes in dem entlasteten btützraum in eine Lage ver= schoben wird, in der sie einen Überströmweg (15) zwischen dem entlasteten Stützraum und dem Pumpraum (25) herstellt, und daß der Überströmweg verschlossen wird, wenn die Steuerhülse nach Erreichen des Sollwertes des Druckes in dem entlasteten Stütz= raum unter der Wirkung dieses Druckes in ihre Schließlage gelangt ist.

4. Rollmembrandichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckabgewandte Rollmembran (2) in ihrer äußeren Endlage an ihrer gesamten Außenseite von Gehäusepartien (8,32,33) umgeben ist.

5· Rollmembrandichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die druckabgewandte Rollmembran (2) mit ihrer äußeren Kante (7) an der Steuerhülse (10) und mit ihrer inneren Kante (4) an dem Innenteil (5) dichtend befestigt ist.

6. Rollmembrandichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (10) bei Überschreitung des Sollwertes des Druckes in dem entlasteten Stützraum (11) dichtend auf einen Absatz (3^) im Gehäuse (8) gepreßt wird.

7· Rollmembrandichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (10) an ihrem Außenumfang mit einer in den entlasteten Stützraum (11) führenden Steuerbohrung (13) versehen ist, die mit einer Ausmündung (14) des Überströmweges (15) zu= sammenarbeitet, die durch einen Ventilring (27) abgedichtet ist, der durch den Druck im Überströmweg an die Steuerhülse gepreßt wird.

8. Rollmembrandichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet,

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daß der Ventilring (27) in einer zylindrischen Erweiterung (28) des Uberströmweges (15) liegt und durch einen zwischen dem Ventil= ring und dem Grund der Erweiterung liegenden O-Ring (29) an seinem Umfang abgedichtet und an die Steuerhülse (10) gepreßt wird.

9. Rollmembrandichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszufuhr in den belasteten Stützraum (26) mit Hilfe einer dem Druck im entlasteten Stützraum (11) ausgesetzten Barometerdose (31) dadurch geregelt wird, daß die Barometerdose bei Unterschreitung eines bestimmten Sollwertes des Druckes im entlasteten Stützraum unter dem Einfluß ihrer Eigenfederung ein Überströmventil (50) öffnet, das einen Überstömweg (15) zwischen dem entlasteten Stützraum und dem Pumpraum (25) beherrscht, sowie das Überströmventil unter dem Einfluß des Druckes im entlasteten Stützraum schließt, sobald dieser Druck seinen Sollwert erreicht hat.

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