DE2457762C3 - Dichtung für Kolben bzw. Kolbenstangen von Arbeitszylindern - Google Patents

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-

\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 verarke^rter 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

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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 Viskosit^s»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)

Patentansprüche:

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: