DE2457762C3 - Dichtung für Kolben bzw. Kolbenstangen von Arbeitszylindern - Google Patents
Dichtung für Kolben bzw. Kolbenstangen von ArbeitszylindernInfo
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Description
Durch die trotz relativ geringer Vorspannung an der Dichtkante bewirkte Partialpressung wird
insbesondere bei langsamen Hubbewegungen der
für diese Dichtungsart lebensnotwendige Film aus flüssigem Betriebsmedium so scharf abgestreift,
daß die Dichtung infolge trockener Reibung zerstört wird.
ίο Bei schnellen Hubbewegungen reicht die Vorspannung
der DichtKanle nicht aus, um einen unzulässig dicken, bei Kolbenstangendichtungen nach außen
tretenden Schmierfilm zu unterbinden.
Bei hohen Betriebsdrücken wird auch der Dich-
Bei hohen Betriebsdrücken wird auch der Dich-
\s tungsrücken voll an die Laufflache angepreßt.
Beispielsweise beträgt bei einem Betriebsdruck von 80 bar die Flächenpressung am Rücken der
Dichtung annähernd 80 kp/cm2, während die Pressung an der Dichtkante bei diesem Betriebszustand
üblicherweise 95 kp/cm2 nicht überschreitet.
Wird die Dichtung derart belastet, führt die hierdurch bewirkte hohe Reibung auch bei
feinstbearbeiteten Laufflächen zu ruckweisem Anfahren des Zylinders und zum schnellen
Zusammenbruch der Dichtung durch Reibverschleiß.
Bei einer weiteren bekannten Dichtung (hier jedoch angeordnet in einer Nut mit zylinderförmigem Nutgrund)
ist ein vorwiegend plastisches, selbstschmierendes Dichtungsteil zwischen der metallischen Lauffläche
und einem elastischen, durch Eigenspannung anpreßbaren Dichtungsteil angeordnet.
Die auf diese Art eingesetzten plastischen Dichtungs-
xs teile zeigen eine relativ geringe Abdichtwirkung bei
schnellen Hubbewegungen sowie eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Schmutzpartikeln im abzudichtenden
Druckmedium und gegenüber den üblichen, fertigungsbedingten Oberflächenrauhigkeiten der ent-
(10 sprechenden Laufflächen. Nach dem Stand der Technik
ist der Einsatz solcher Dichtungen deshalb begrcn/i auf
Kolbendichtungen in feinstbearbeiteten Zylinderrohren mit Oberflächenrauheiter unter R, = 2,0μηι, wobei
außerdem der Einsatz von Feinstfiltern für das
6s abzudichtende Druckmedium zwingend nötig ist. Die relativ geringe Abdichtwirkung bei schnellen Hubbewegungen
sowie die hohe Empfindlichkeit der bekannten selbstschmierenden Dichtungsteile (beispielsweise Rin-
ge aus Polytetrafluoräthylen bzw. Ringe aus anderen Kunststoffen mit hohem Mischungsanteil aus Festschmierstoffen)
resultieren daraus, daß diese Ringe grundsätzlich eine nur geringe Elastizität aufweisen und
hönere örtliche Spannungszustände durch den sögenannten »Kaltfluß« innerhalb der Ringe selbri abgebaut
werden.
Bei diesen Dichtungen ist eine stirnseitige, in Ricntung der Dichtungs-Relativbewegung weisende —
an sich zur Verhinderung der Poiseulle'schen Schleppströmung unbedingt nötige — scharfe Abstreifkante mit
gegenüber der Pressung im Verlauf der Dichtungs-Berüiirungsiänge
stark erhöhter Anpressung praktisch nicht darstellbar.
Die bei diesen Dichtungen bei Hubbewegungen zwangsläufig entstehende Schleppströmung (unbefriedigende
Dichtheit) führt zu einem zusätzlichen Abheben der in Richtung der Dichtungs-Relativbewegung weisenden
Partie der Dichtung von der Lauffläche und zu einem Einklemmen von Schmutzpartikeln d°s Druckmediums
in dem dadurch entstehenden keilförmigen Ringspalt.
Die Folgen sind: Einlagerung von abrasiven Fremdkörpern in der Dichtung, Verschleiß der metallischen
Laufflächen, Zerstörung der Dichtung.
Die Empfindlichkeit der genannten Dichtungen gegenüber den Oberflächenrauheiten ist ebenfalls Folge
der mangelnden Elastizität — aber auch Folge der geringen Festigkeitskennwerte — der für Abdichtungszwecke eingesetzten selbstschmierenden Ringe.
Bei einer weiteren Dichtung der vorgenannten Art
soll ein zusätzlicher Dichtungskörper aus geringelastischem Material bei Beaufschlagung der Dichtung mit
Hochdruck das Einwandern von Teilen der Dichtung in den Dichtspalt verhindern.
Diese Dichtungsart geht von der bekannten Möglichkeit aus, eine Abdichtung zwischen zwei relativ
zueinander beweglichen Teilen so zu gestalten, daß das abzudichtende Druckmedium in radialer Richtung eine
Dichtungsfläche beaufschlagt, die größer ist als die von der entsprechenden Lauffläche abgestützte Dichtungsfläche.
Hierdurch wird eine Erhöhung der Dichtungsanpressung in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebsdruck und
verbesserte Dichtigkeit im Hochdruckbereich durch Verhinderung der Poiseulle'schen Schleppströmung ab
bestimmten, hohen Betriebsdrücken erzielt. Wegen der bei dieser Dichtungsart vorgesehenen tangentialen
Dichtungsvorspannung, die von Natur aus zu einer geringeren Anpressung der Dichtung an die Lauffläche
im Niederdruckbereich bzw. bei drucklosem Zustand des abzudichtenden Betriebsmediums führt als die
übliche, radiale Dichtungsvorspannung sowie wegen der abgeschrägten Anlaufflächen der eigentlichen Dichtlippen
ist diese Dichtungsart aufgrund der schon vorher beschriebenen, hier noch stärkeren Poiseulle'schen
Schleppströmung und Empfindlichkeit gegenüber Schmutzpartikeln im Druckmedium niuit für den
Betrieb in Arbeitszylindern geeignet, bei denen auch im unteren und mittleren Druckbcreich gefahren werden
muß.
Neben der nicht gegebenen universellen Anwendbarkeit für Arbeitszylinder ist die Herstellung dieser
Dichtungen wegen ihrer komplizierten Form und der Summierung der Fertigungstoleranzcn von beiden
Dichtungsteilen in radialer Richtung sehr aufwendig und teuer.
Die bisher beschriebenen Dichtungen sind — auch bei
Berücksichtigung der angeführten Einschränkungen — nur brauchbar, wenn die zugehörigen Laufflächen mit
hoher Präzision feinstbearbeiiet werden, im Gegensatz
hierzu kann eine weitere, bekannte Dichtung an Laufflächen mit relativ großer Rauheit eingesetzt
werden. Bei dieser Dichtung handelt es sich um einen üblichen Nutring, an dessen Rückenpartie ein zusätzlicher
Ring aus einem die Oberflächenrauheiten der Lauffläche ausfüllenden Stoff angeordnet ist.
Da die über den jeweiligen Betriebsdruck hinausgehende Anpressung der Dichtlippe an die abzudichtende
Lauffläche nur durch eine tangential D'chtungsvorspannung
erfolgt, treten hier ebenfalls die schon genannten Schwierigkeiten auf. Die bei der Verwendung
dieser Dichtungen nötigen, zusätzlichen Niederdruckdichtungen mit durch radiale Verspannung erzeugier
höherer Anfangspressung können nicht verhindern, daß sich die im abzudichtenden Druckmedium
befindlichen Schmutzpartikeln in die Hochdruckdichtung einlagern bzw. sich in dem Raum zwischen Hoch-
und Niederdruckdichtung festsetzen.
Darüber hinaus erscheint die zusätzliche Anordnung von Niederdruckdichtungen sowie von teueren, weil an
den Dichtlippen notwendigerweise angeschliffene!. Nulringen als relativ kostenaufwendige Lösung. Insbesondere
der Schleifvorgang an den Dichtlippen muß mit größter Sorgfalt durchgeführt werden, weil schon
geringste Schleifriefen an der Dichtkante zu noch größerer Empfindlichkeit gegenüber Schmutzpartikeln
führen.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei dieser Dichtungsart deshalb, weil wegen der geringen tangentialen
Vorspannung der Nutring-Dichtlippe die Entstehung eines Filmes aus flüssigem Betriebsmittel zwischen dem
zusätzlichen, die Oberflächenrauheiten ausfüllenden Ring und der Lauffläche bei entsprechenden Hubbewegungen
unvermeidbar ist. Dieser Film aus flüssigem Betriebsmittel (üblicherweise Hydrauliköl) behindert
jedoch — wie aus der einschlägigen Literatur bekannt — die feste Verankerung des kristallinen Festschmierstoffes
auf der entsprechenden Oberfläche und die Ausbildung eines geschlossenen Überzuges sehr erheblich.
Darüber hinaus können die üblicherweise in Hydraulikölen vorhandenen EP-Wirkstoffe bzw. die
detergierenden oder dispergierenden Additive die eine
bessere Haftung bewirkenden Polarisationskräfte des Trockenschmiermittels ggf. völlig neutralisieren.
Diese Wirkvorgänge führen dazu, daß einerseits die in der Lauffläche vorhandenen Rauhtäler nicht völlig
ausgefüllt werden und insbesondere die vom Trockenschmiermittel nicht bedeckten Rauhirpitzen einen
fortlaufenden Verschleiß der Dichtung erzeugen und andererseits durch das ständige Wiederauffüllen der
Unebenheiten der Lauffläche ein fortschreitendes Aufbrauchen des zusätzlichen Ringes erfolgt.
Es liegt die Aufgabe vor, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile eine Dichtungsanordnung für
Kolben bzw. Kolbenstangen von Arbeitszylindern zu schaffen, die sowohl im Horhdruckbereich als auch bei
geringsten Drücken des Arbeitsmediums die Bildung eine; rilmes von einer vim Arbeitsmittel herrührenden
Flüssigkeit mit Sicherheit ausschließt, ohne dabei einem nennenswerten Verschleiß zu unterliegen, und die die
Verwendung von relativ rauhen Cjleitflächen in den
Zylindern zuläßt. Vor allein soll erreicht werden, daß sich auf der metallischen Cjleitfläche betriebsmäßig
sofort ein druckfester, geschlossener und durch Polarisationskräfte fest verarkerter Überzug aus
Trockenschmiermitteln bildet, wobei diese Ausbildung weder durch die flüssigen Betriebsmittel selbst, noch
durch seine detergierenden oder dispergierenden Additive störend beeinflußt werden kann. Darüber
hinaus soll diese Dichtungsanordnung unempfindlich gegenüber Schmutzpartikeln im Druckmedium sein und
entsprechende Schmutzeinlagerungen auch in den metallischen Gleitflächen sicher verhindern. Durch
einfachste Formgebung soll zudem die nachfolgend beschriebene Dichtungsanordnung sehr kostengünstig
herstellbar sein und insbesondere auch zur Vermeidung von Schleifriefen eine scharfe, lediglich geschnittene
Dichtkante aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dichtungsanordnung derart gelöst, daß erstens ein aus
hochelastischem, festem Werkstoff bestehender Dichtungsring mit einem im wesentlichen rechteckigen
Querschnitt in einer Nut angeordnet ist, deren minimale Tiefe um so viel kleiner ist als die radiale Breite des
Dichtungsringes, daß infolge hoher Partialpressung ein Trockenlauf an der dem Druckraum zugewandten
Kante des Dichtungsringes erzielt wird und daß zweitens zwischen dem Dichtungsring und der dem
Druckraum abgewandten, rechtwinklig zur Zylinderachse verlaufenden Nutflanke ein einen hohen Anteil an
Molybdändisulfid enthaltener Ring aus plastisch verformbarem nicht selbstschmierendem Werkstoff angeordnet
ist.
Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine scharfe, aus
hochelastischem Werkstoff bestehende Dichtungskante mit zusätzlicher, hoher radialer Vorspannung an der
Dichtungs-Lauifläche anliegt und damit sicher im Druckmedium enthaltenen Schmutzpartikeln abstreift
und eine Poiseulle'sche Sctileppströmung in alien
üblichen Druckbereichen auch bei schnellen Hubbewegungen unterbindet. Trotz der hierdurch erzwungenen
Trockenreibung ist die Reibkraft an allen relativ zueinander bewegten Teilen außergewöhnlich gering,
weil durch das vom vorwiegend plastischen Dichtungsteil abgegebene Trockenschmiermittel ein druckfester
Schmierfilm in allen denkbaren Betriebsbereichen sichergestellt werden kann.
Darüber hinaus ist die wichtigste Voraussetzung für ein einwandfreies Schmicrverhalten — die feste und
bleibende Verankerung des Trockenschmiermittels durch Polarisationskräfte auf der entsprechenden
Lauffläche — erfüllt, da bei der Gleitbewegung das Trockenschmiermittel fest an die Lauffläche aufgerieben
und richtungsorientiert wird. Wichtig ist hierbei insbesondere, daß wegen der Unterbindung eines
Flüssigkeitsfilmes zwischen Lauffläche und plastischem Dichtungsteil die Verankerung des Trockenschmiermittels durch Polarisationskräfte ungestört erfolgen kann,
da die diesen Vorgang stark behindernden Einflüsse von EP-Werkstoffen bzw. detergierenden oder dispergierenden Additiven im Betriebsmedium (z. B. Hydrauliköl)
nicht mehr wirksam werden können. Durch einfachste Formgebung der einzelnen Dichtungsteile werden
außerdem die sonst bei solchen Dichtungen notwendigerweise anfallenden Fertigungs- und Werkzeugkosten erheblich reduziert.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Tiefe der für die Aufnahme des Dichtungsringes vorgesehenen Ringnut an der dem Druckraum
zugewandten Seite im Verhältnis zu der radialen Breite des Dichtungsringes und seiner Festigkeitskennwerte so
gering ausgeführt, daß die hierdurch erzeugte und ggf.
durch den jeweiligen Betriebsdruck und die Gleitbewe gung verstärkte Flächenpressung des Dichtungsringe
an der Lauffläche eine Größe erreicht, die schoi während der Einlaufzeit zum Abscheren von Trocken
Schmierstofflamellen aus Einkristallen bzw. zur Bildung eines glatten, homogenen Festschmierstoffilmes genügt
Wie bekannt, werden Dichtungsnuten allgemein se
ausgeführt, daß kompakte Dichtungen aus Natur- odei Kunstgummi radial um 4 ... 15% verformt werden; die:
ίο führt zu gemessenen Pressungsdrücken, die höchsten;
um 15 bar über dem vom jeweiligen Betriebsdruck herrührenden Pressungen liegen. Bei tangential vorgespannten
Dichtungen ist die zusätzliche Anpressung an die Lauffläche noch wesentlich geringer.
is Bei Anwendung von Trockenschmiermitteln auf der
Basis von MoS2 genügen die genannten Pressungswerte allenfalls für die Verschiebung von MoS2-Schuppen die
locker auf MoS2-Kristallen haften, d. h. zur Bildung einer relativ glatten Oberfläche mit verbleibenden
jo Vertiefungen und deutlich markierten Korngrenzen.
Die Reibungszahl solcher Oberflächen liegt bei etwa μτη = 0,1 und bleibt konstant erhalten.
Durch eine in der Dichtungstechnik bisher nicht praktizierte erfindungsmäßige Erhöhung der radialen
Vorpressung auf Werte, die mindestens zu einer Verdoppelung der vorgespannten, die vom Betriebsdruck herrührenden Pressungen übersteigenden Pressungsdrücke
führen (z. B. 40... 130 bar bei drucklosem Betriebsmedium) werden durch entsprechende Hubbewegungen
Scherkräfte in das Trockenschmiermittel eingeleitet, die genügen, um MoS2-Lamellen aus
Einkristallplatten abzuscheren.
Es ist bekannt, daß hierdurch ein äußerst giatter, fester und kompakter MoS2-FiIm entsteht, bei dem auch
bei starker Vergrößerung kaum Ansatzstufen von MoS2-Lamellen mehr feststellbar sind. Nach Beendigung
der Einkristailamellen-Gleitung stabilisiert sich der Reibungswert einer solchen Oberfläche bei
μ = 0,03.
Die mit der erfindungsgemäßen Abdichtung gefahrenen Versuche bestätigen die aus wissenschaftlichen
Arbeiten über die Technologie der MoS2-Schmierung bekannten Vorgänge:
Bei Arbeitszylindern mit rauhen Gleitflächen (R, = ca. 18 μπι) reduzierte sich der für die
Bewegung des Zylinders nötige Druck des Betriebsmediums schon nach wenigen Hüben von ca.
7 bar auf weniger als 2 bar und blieb dann konstant.
so Bei der mikroskopischen Untersuchung der erzeugten Gleitflächen konnten keine Unstetigkeiten
in den Beschichtungen festgestellt werden. Die ursprüngliche Rauheit hatte sich bis auf
R1 = 0,4 μπι reduziert
ss Die sonst bei Arbeitszylindern üblichen Stick-Slip-Erscheinungen (Rattern beim langsamen Anfahren)
waren völlig eliminiert; eine Bestätigung dafür, daß bei gut ausgebildeten MoS2-Schichten die Reibung
der Ruhe gleich oder kleiner der Bewegungsrei-
bung war.
Verschleißerscheinungen an den einzelnen Dichtungen und Festschmiermittel-Rrngen konnten
weder durch ungewöhnliche lange Dauerläufe im Hochdruckgebiet (versuchsmäßig eingestellter
6s Hochdruck: 315 bar) noch bei geringen Betriebsdrücken erzeugt werden.
Die genannten Versuchsergebnisse bestätigen, daß
durch den Erfindungsgegenstand ein Vorurteil der Dichtungstechnologie überwunden wurde, nämlich die
Annahme, daß eine Verringerung von Reibung, stick-slip und Verschleiß an den Dichtelementen nur
durch Reduzierung der Vorpressung erzielbar wäre. Bei der sachgemäßen Anwendung von Festschmiersioffen
ist das Gegenteil der Fall: Eine gegenüber üblichen Ausführungen erhöhte Vorpressung bewirkt nicht nur
eine praktisch absolute Dichtheit, sondern auch eine sehr weitgehende Verlängerung der Lebensdauer und
eine immense Reduzierung der Reibung von Dichtungen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß der Dichtungsring aus
vernetztem Polyurethan mit einem Ε-Modul in der Größenordnung von ca. 750 kp/cm2 besteht, wobei die
in bezug auf Elastizität, Zug-, Weiterreiß- und Abriebfestigkeit außergewöhnlich guten Eigenschaften
dieses Werkstoffes dazu führen, daß die bei einer Abdichtung der eingangs beschriebenen Art funktionsnotwendige,
scharfe Abstreifkante des elastischen Dichtungsteiles auch nach langer Gebrauchsdauer mit
hoher Vorspannung erhalten bleibt.
Der Ε-Modul, einer der besten in der Dichtungstechnik verwendeten Natur- und Kunstgummiwerkstoffe
liegt nur bei etwa maximal 100 kp/cm2. Weil der Verformungswiderstand eine direkte Funktion des
Elastizitätsmoduls darstellt, kann durch den Übergang auf Werkstoffe mit höherem Ε-Modul bei radialer
Verformung ohne weitere Hilfsmittel eine Flächenpressung erzeugt werden, die das schon beschriebene
Abscheren von Trockenschmiermiltel-Lamellen aus Einkristallplatten bewirkt.
Die hierdurch erzeugte, optimale Oberflächenbeschichtung
reduziert die sonst unzulässige Reibungswärme so weit, daß auch hydrolyse-empfindliche
Dichtungen aus vernetztem Polyurethan selbst bei Anwesenheit von Wasserspuren im Druckmedium und
den üblichen, hohen Betriebstemperaturen der Hydraulikanlage (um ca. 1000C) noch mit bestem Ergebnis
einsetzbar sind.
Bei einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgegenstandes besteht der plastisch verformbarc Ring aus zwei
Teilstücken mit werkstoffmäßig unterschiedlichen Trokkenschmiermitteln, von denen das erste Mittel eine hohe
Bindungskraft — in der Umgangssprache: hohe Affinität chemischer Elemente - zum Werkstoff der
abzudichtenden Lauffläche aufweist, während das zweite Trockenschmiermittel sich chemisch inert
gegenüber der Lauffläche verhält.
Das erste Trockenschmiermittel (z. B. Molybdändisulfid)
lagen sich bei Hubbewegungen an der Oberfläche beziehungsweise den Oberliächenrauheiten der entsprechenden
Lauffläche (z. B. Stahl) mit einer starken, durch Polarisationskräfte bzw. eine Reaktion
MoS2 + 2 Fe-* 2 FeS + Mo hervorgerufenen Haftung
bzw. Bindung ab.
Die hierdurch erzeugte, noch relativ rauhe Schicht aus dem ersten, kristallinen Trockenschmiermittel wird
ausgefüllt und damit geglättet vom zweiten Trockenschmiermittel (z. B. Polytetrafluorethylen), welches sich
in der Laufschicht des ersten Trockenschmiermittels nach entsprechender plastischer Verformung mechanisch
fest verankert. Hierdurch entsteht eine aus beiden Schmiermitteln bestehende, äußerst dichte, glatte und
mit der Lauffläche fest verbundene Gleitfläche für die Dichtungskombination, nach deren völliger Ausbildung
— wie Versuche zeigten — der sonst übliche Ab~;cb der
einzelnen Dichtungsteile praktisch ganz zum Stillstand kommt.
Darüber hinaus reduziert sich auch der Reibbeiwert der Gleitpaarung sehr erheblich, wodurch ein ruckfreies
Anfahren des entsprechenden Zylinders bei Hubbeginn gewährleistet ist und die durch Reibung erzeugte
Temperatur an der Dichtungsoberfläche stark reduziert wird. Hierdurch wird ebenfalls ermöglicht, daß plastische
Dichtungsteile aus hochelastischen, jedoch wärmeempfindlichen Werkstoffen (z. B. bestimmte Polyurethane)
problemlos eingesetzt werden können.
Ein ähnlicher Effekt kann erreicht werden, wenn der plastisch verformbare Ring aus unterschiedlichen
Trockenschmiermitteln besteht, von denen mindestens ein Mittel eine hohe Bindungskraft zum Werkstoff der
Lauffläche aufweist, während mindestens ein weiteres Trockenschmiermittel sich chemisch inert gegenüber
der Lauffläche verhält, wobei sämtliche Trockenschmiermittel mittels eines Stützgitters aus plastisch
verformbaren, nicht selbstschmierendem Werkstoff (z. B. modifiziertem Polyolefin) gebunden sind.
Wichtig ist hierbei, daß der für die Bindung der Trockenschmiermittel verwendete Werkstoff die im
molekularen Bereich ablaufenden Reaktionen der
2s einzelnen Trockenschmiermittel nicht behindert und
dieselben schon bei relativ geringer äußerer Belastung in akiiver Form frei gibt. Zweckmäßigerweise erhalten
sämtliche Dichtungsteile in ungespanntem Zustand jeweils annähernd gleiche Innen- bzw. Außendurchmesser
und werden aus einfachen Schlauchstücken hergestellt. Hierdurch wird die Anzahl der notwendigen
Fertigungsmittel und die Vielzahl von Dichtungsgrößen erheblich reduziert, da z. B. eine Dichtungskombination
für Kolbenstangen ohne weiteres auch als Abdichtung für Kolben mit entsprechend größerem Durchmesser
verwendbar ist. Darüber hinaus werden die Fertigungskosten erheblich gesenkt.
Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sollen nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben
werden. Es zeigt
A b b. 1 den Querschnitt eines elastischen Dichtungsteiles
in nicht montiertem, ungespanntem Zustand;
Abb. 2 den Querschnitt einer Dichtungsanordnung
mit einem elastischen und einem plastischen Dichtungs-
4.S teil;
Abb.3 einen ähnlichen Querschnitt wie Abb. 2,
jedoch mit anderer Form der Ringnut für die Aufnahme der Dichtungsteile, wobei hier das plastische Dichtungsteil
aus zwei Teilstücken besteht;
so Abb.4 einen Querschnitt entsprechend Abb.3.
jedoch bei Druckbelastung der Dichtungsanordnung und mit bespielsweise quantitativ dargestellter Anpressung
der Dichtungsteile an die Lauffläche.
Es wird zunächst auf die A b b. 1 und 2 Bezug genommen.
Ein elastisches Dichtungsteil 1 ist ebenso wie ein plastisches Dichtungsteil 2 in der Ringnut 3 eines
Kolbens bzw. einer Kolbenstangendurchführung 4 eines nicht weiter dargestellten Arbeitszylinders angeordnet.
Das Gegenstück 5 mit einer Lauffläche 6 ist Teil des dazugehörigen Zylinderrohres bzw. der zugehörigen
Kolbenstange, wobei in Abb.2 die Dichtungsanordnung 1, 2, 3 im Zustand vor dem Einschieben in das
Gegenstück 5 gezeigt ist.
fts Die Tiefe der Ringnut 3 in Höhe der dem Druckraum
7 zugewandten Stirnseite la des elastischen Dichtungsteiles
1 ist wesentlich geringer als die Dicke dieses Dichtungsteiles (Maß a in Abb.l), weshalb im
709 617/381
dargestellten Zustand die Dichtkante Ic des Dichtungsteiles
1 bei der Anordnung der Dichtungsteile 1, 2 in einem Kolben größer bzw. bei der Anordnung in einer
Kolbenstangendurchführung kleiner im Durchmesser ist als der Durchmesser der zugehörigen Lauffläche 6.
Die Tiefe der Ringnut 3 in Höhe der dem Druckraum 7 abgewandten Stirnseite 16 des elastischen Dichtungsteiles
1 ist dagegen gleich oder größer als die Dicke (Maß a, Abb. 1) desselben, so daß in diesem Zustand
der Durchmesser des Dichtungsteiles 1 in Höhe der Stirnseite Ib gleich oder geringer ist als der
Durchmesser der Lauffläche 6 des Gegenstückes 5 bei einer Zylinderrohr-Abdichtung beziehungsweise gleich
oder größer ist als der Durchmesser der Lauffläche 6 des Gegenstückes 5 bei einer Kolbenstangenabdichtung.
Aufgrund dieser Ausgestaltung von Ringnut 3 und Dichtungsteil 1 wird nach dem Einführen der Dichtungsanordnung
1, 2, 3 in die Lauffläche 6 eine partielle Pressung mittels radialer Verformung — Verkleinerung
des Maßes α in Abb. I; beidseitig kraftschlüssig abgestützte, radiale Druckspannung im Profilquerschnitt
des Dichtungsteiles 1 — am Dichtelement I erreicht. Hierbei ist die Pressung zwischen Lauffläche 6
und Dichtungsteil 1 in jedem Betriebszustand des Arbeitszylinders wesentlich größer an der scharfen
Dichtkante lein Höhe der Stirnseite la als in Höhe der
druckabgewandten Stirnseite Xb, wodurch ein Optimum
in bezug auf Schmutzabstreifung und Verhinderung einer Poiseulle'schen Schleppströmung durch das
Dichtungsteil 1 bei Hubbewegungen des Arbeitszylinders sichergestellt ist.
Das vorwiegend plastische Dichtungsteil 2 kommt bei Hubbewegungen zur allseitigen Anlage an den umgebenden
Bauteilen und versorgt so die Lauffläche 6 mit Trockenschmiermittel, wodurch die Reibung und die
Reibungswärme an der Dichtfläche erheblich geringer sind als bei üblichen Dichtungen mit Schmierung de
Dichtfläche durch das Betriebsmedium im Gebiet de Mischreibung bzw. von Dichtungen, bei denen di<
partielle Anpressung nicht ausreicht, um einen homogc
s neu, glatten und festnähenden Überzug aus Trocken
schmiermitteln zu erzeugen.
Abb. 3 zeigt die Anwendung von zwei vorwiegene
plastischen Dichtungstcilen 2n. 2b mit werkstoffmäßij
unterschiedlichen Trockenschmiermitteln in drucklo
ίο scm, jedoch montiertem Zustand. Die Dichtungsanord
nung nach A b b. 3 entspricht im wesentlichen — bis au die Anordnung von zwei Dichtungsteilen 2;;, 2b und di(
abgewandelte Form der Ringnut 3 — der Dichtungsan Ordnung nach Abb. 2, weshalb auf eine weitere
ι s Beschreibung verzichtet werden kann.
In Abb.4 ist quantitativ Pressungsdruckverlauf ί
zwischen den Dichlungsteilen 1, 2 und der Lauffläche ί bei einem bestimmten druckbeaufschlagten Zustanc
dargestellt. Der jeweilige Pressungsdruckverlauf irr Betrieb ergibt sich durch die Addition der hier variabler
Druckhöhe 9 des Betriebsmediums und der Wirkung dei montagemäßig erzeugten Pressungsdrücke 10.
Die Abb.4 zeigt deutlich den gewünschten Pres
sungsverlauf 8 bei einem Betriebsdruck von 80 bar mit
2s einem Maximum 11 von ca. 120 bar an der Dichtkante
10.
Die Größe des funktionsmäßig wichtigsten Pressungsteiles,
d.h. des Maximums 11 ist — untei Berücksichtigung der Dicke (Abb. 1) und der Werk-ίο
stoffkennwertc- des elastischen Dichtungsteiles 1 — durch die Tiefe der Ringnut 3 in Höhe der Stirnseite Xt
auf einfache Weise so festgelegt, daß einerseits eine Poiseulle'sche Schleppströmung bei den gegebener
Hubgeschwindigkeiten und Viskosits»en des Druckme
?n diums sicher unterbunden wird und andererseits auch
eine einwandfreie Abdichtung im Niederdruckbereicr bzw. im drucklosen Zustand gegeben ist.
Hierzu 2 Blau Zeichnungen
Claims (5)
1. Dichtung für Kolben bzw. Kolbenstangen von Arbeitszylindern, bei der ein im Querschnitt im
wesentlichen rechteckiger Ring aus nichtmetallischem Werkstoff in einer Nut angeordnet ist, deren
Tiefe auf ihrer dem Arbeitsraum benachbarten Seite kleiner ist als die auf der dem Druckraum
abgewandten Seite, wobei der minimale Abstand des Nutgrundes von der Gegenfläche kleiner ist als die
radiale Breite des Ringes, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (1) aus einem
hochelastischen festen Werkstoff besteht, daß die minimale Tiefe der Nut (3) um so viel kleiner ist als
die radiale Breite des Dichtungsringes, daß infolge hoher Partialpressung an der dem Druckraum
zugewandten Kante des Dichtungsringes ein Trokkenlauf erzielt wird, und daß zwischen dem
Dichtungsring und der dem Druckraum abgewandten, rechtwinklig zur Zylinderachse verlaufenden
Nutflanke ein einen hohen Anteil an M0S2 enthaltender Ring (2) aus plastisch verformbarem,
nicht selbstschmierendem Werkstoff angeordnet ist.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der für die Aufnahme des
Dichtungsringes (1) vorgesehenen Ringnut (3) an der dem Druckraum (7) zugewandten Seite im Verhältnis
zu der radialen Breite des Dichtungsringes und seiner Festigkeitskennwerte so gering ist, daß die
hierdurch erzeugte ggf. durch den jeweiligen Betriebsdruck und die Gleitbewegung verstärkte
Flächenpressung des Dichtungsringes an der Lauffläche (6) eine Größe erreicht, die schon während
der Einlaufzeit zum Abscheren von Trockenschmierstoff-Lamellen aus Einkristallen bzw. zur Bildung
eines glatten, homogenen Festschmierstoffilmes genügt.
3. Dichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (1) aus
vernetztem Polyurethan mit einem Ε-Modul in der Größenordnung von ca. 750 kp/cm2 besteht.
4. Dichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß der plastisch verformbare Ring (2) aus zwei Teilstücken (2a, 2b) mit werkstoffmäßig
unterschiedlichen Trockenschmiermitteln besteht, wobei das erste Mittel eine hohe Bindungskraft zum
Werkstoff der abzudichtenden Lauffläche (6) aufweist, während das zweite Trockenschmiermittel
sich chemisch inert gegenüber der Lauffläche verhält.
5. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der plastisch verformbare Ring (2) aus
unterschiedlichen Trockenschmiermitteln besteht, von denen mindestens ein Mittel eine hohe
Bindungskraft zum Werkstoff der Lauffläche (6) aufweist, während mindestens ein weiteres Trockenschmiermittel
sich chemisch inert gegenüber der Lauffläche verhält, wobei sämtliche Trockenschmiermittel
mittels eines Stützgitters aus plastisch verformbarem, nicht selbstschmierendem Werkstoff
(z. B. modifiziertem Polyolefin) gebunden sind.
■6. Dichtung nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Dichtungsteile
(1, 2, 2a, 2b) in ungespanntem Zustand jeweils annähernd gleiche Innen- bzw. Außendurchmesser
aufweisen und aus einfachen Schlauchstücken herstellbar sind.
Die Erfindung betrifft eine Dichtung für Kolben bzw Kolbenstangen von Arbeitszylindern, bei der ein in
Querschnitt im wesentlichen rechteckiger Ring au nichtmetallischem Werkstoff in einer Nut angeordne
ist deren Tiefe auf ihrer dem Arbeitsraum benachbarte!
Seite kleiner ist als die auf der dem Druckraun angewandten Seite, wobei der minimale Abstand de
Nutgrundes von der Gegenfläche kleiner ist als dii radiale Breite des Ringes.
ι ο Bei bekannten Dichtungen der genannten Art handel es sich um Dichtringe aus Natur- oder Kunstgummi fü
Niederdruck-Abdichtungen mit für diese Werkstoff! normaler, relativ geringer Vorspannung an der den
Arbeitsraum zugewandten Seite. Zwecks Reduzierung
von Reibung und Verschleiß werden diese Dichtringe ir
einer zur druckabgewandten Seite hin vertieften Nu angeordnet, so daß der Dichtungsrücken zumindest be
geringen Betriebsdrücken ohne Pressung an dei Lauffläche anliegt. So gestaltete Dichtungen sind füi
allgemeine Anwendungen bei Arbeitszylindern nich: brauchbar, und zwar aus folgenden Gründen:
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742457762 DE2457762C3 (de) | 1974-12-06 | Dichtung für Kolben bzw. Kolbenstangen von Arbeitszylindern | |
IT937776A IT1068801B (it) | 1974-12-06 | 1976-03-17 | Guarnizione per statuffi rispet tivamente aste di stantuffo di cilindri di lavoro |
ES446509A ES446509A1 (es) | 1974-12-06 | 1976-03-30 | Una junta para embolos. |
AU14297/76A AU507858B2 (en) | 1974-12-06 | 1976-05-26 | Seal between relatively reciprocating elements |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742457762 DE2457762C3 (de) | 1974-12-06 | Dichtung für Kolben bzw. Kolbenstangen von Arbeitszylindern | |
IT937776A IT1068801B (it) | 1974-12-06 | 1976-03-17 | Guarnizione per statuffi rispet tivamente aste di stantuffo di cilindri di lavoro |
ES446509A ES446509A1 (es) | 1974-12-06 | 1976-03-30 | Una junta para embolos. |
AU14297/76A AU507858B2 (en) | 1974-12-06 | 1976-05-26 | Seal between relatively reciprocating elements |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2457762A1 DE2457762A1 (de) | 1976-06-16 |
DE2457762B2 DE2457762B2 (de) | 1976-09-16 |
DE2457762C3 true DE2457762C3 (de) | 1977-04-28 |
Family
ID=
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