DE3715607A1 - Kolbendichtung und anordnung fuer pneumatische arbeitszylinder und kolbenstangenfuehrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung ist nicht nur auf dem Gebiet der Hochdruck­ pneumatik im Druckbereich ab p = 0,4 Mpa anwendbar, sondern für eine Vielzahl fluidischer Medien. Sie ist aber beson­ ders dort vorteilhaft einsetzbar, wo Reibungsarmut, War­ tungs- und Ölnebelfreiheit sowie hohe Zuverlässigkeit ge­ fordert werden. Sie ist für eine Vielzahl von Lippendich­ tungen und analogen Dichtungen in einseitiger Abdichtung anwendbar.

Es sind Kolbendichtungen für pneumatische Arbeitszylinder und Kolbenstangenführungen bekannt, bei denen die drei we­ sentlichen Funktionen "Dichten, Führen und Schmieren" auf verschiedene Weise gelöst werden. Als Dichtungen kommen z. B. reibungsarme filigrane Dichtungen, sogenannte "Z- und W-" Dichtungen verschiedener Formen, als Führungselemente Gleitbänder z. B. PTFE oder Acetale und als Schmierstoff­ träger und -verteiler zum Beispiel technische Filze, Gewe­ be und Hohlräume in Dichtungen.

In der Patentschrift Nr. 95 156 (Int. Kl F 16 J 1/00) ist ein selbstdichtender geführter Kolben offenbart, bei dem das Dichten, Führen und Schmieren in der Weise erfolgt, indem der Kolben selbstdichtend ist und aus einem Stück aus ma­ kromolekularem Werkstoff oder dessen Kombination mit nicht­ metallischen Einlagen besteht. Auf den beiden druckbeauf­ schlagten Seiten ist je eine lippenförmig ausgebildete Abdichtwulst mit dazwischen angeordneten ringförmigen Ril­ len als Führungsringe angeordnet. Die dazwischen befindli­ chen Vertiefungen dienen als Schmierstoffhaltung.

In der Auslegeschrift Nr. 26 31 382 B2 (Int. Kl. F 16 J 1/02) ist ein Kolben, insbesondere für einen Pneumatikzylin­ der beschrieben, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Gleitfläche und die von diesen seitlich schräg abstehenden Dichtlippen an einem einstückigen Führungsring angeformt sind, der in Umfangsnuten der beiden Kolbenhälften eingesenkt oder eingesetzt und hier mittels einer formschlüssigen Ver­ bindung gehalten wird.

In der Offenlegungsschrift Nr. 29 27 777 (Int. Kl. F 16 J 1/04) wird bei einem Kolben eine preiswerte Schmierung da­ durch erreicht, indem der Kolbenkörper als ein ein- oder mehrstückiges Kunststoffteil in sich vereint. Das Kunststoff­ teil ist auf einem Haltebereich der Kolbenstange elastisch aufgeschrumpft.

In der Patentschrift WP F 16 J/27 42 367 ist ein reibungs- und wartungsarmer fluidischer Kolben und eine Kolben­ stangenführung offenbart, indem einerseits auf einer Kolben­ stange mehrere einen Scheibenkolben bildende scheiben- oder ringförmige Grundelemente und andererseits in analoger Wei­ se in einer zylindrischen Bohrung in einem Kolbenstangen­ führungsgehäuse angeordnet sind. Die Grundelemente werden so nach den Regeln der Kombinatorik angeordnet, daß innen und außen am Scheibenkolben bzw. im Kolbenführungsgehäuse ent­ sprechende Flächen und Hohlräume für die Funktion bzw. Auf­ nahme von Gleitelementen, Dichtungen, Schmierelementen, Schmierstoffen und Signalelementen entstehen. Die hier auf­ geführten Kolbendichtungsanordnungen und Kolbenstrukturen haben eine Reihe Nachteile, die wie folgt zusammenfassend beschrieben werden.

An pneumatische Kolben werden hohe Anforderungen bezüglich der Dichtungsverhältnisse und einem wartungsarmen Betrieb gestellt. Diesen Anforderungen werden die Bauelemente mit dem genannten strukturellen Aufbau mit Kolben mit von einander abgewandten Dichtlippen durch den hohen Verschleiß der Dichtungen nicht gerecht. Das Aufschrumpfen von Kunststoffteilen oder anderen Materialien auf den Kolben ist kompliziert und bietet keine Garantie für gute Lauf­ eigenschaften, da die Reibungsenergie relativ groß ist. Durch die Kompaktheit der Kolben ist auch der Aufwand bei Reparaturen umfangreich und teilweise unökonomisch.

Es ist das Ziel der Erfindung, die bekannten Mängel zu be­ seitigen und die Kolbendichtungen und Kolbenstangenführungs­ strukturen so zu verbessern, daß mit geringem Aufwand für den Hersteller als auch für den Anwender ein wartungsarmes Betreiben mit hohem Nutzeffekt ermöglicht wird.

Die bekannten Lösungen gewährleisten in ihrem Anwendungs­ bereich zwar die Funktion des Dichtens, Führens und Schmierens, werden aber den höheren Anforderungen, die an pneumatische Bauelemente gestellt werden, nicht immer ge­ recht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kolben­ dichtung und Anordnung für pneumatische Arbeitszylinder und Kolbenstangenführungen zu schaffen, die relativ ein­ fach struktuiert, gute Gleitführung und Dichtheit sowie eine langzeitige Deponierung des Schmierstoffes in der Struktur des Dichtsystems (Kolben-Kolbenstangenfüh­ rung) aufweist. Gelöst wird dies dadurch, indem die Lip­ pendichtungen mit ihren Lippen einander zugewandt und durch ein Distanzstück/Massivkolben, einer Scheibe/Anschlag und einer Befestigungsmutter/Bremskegel auf einer Kolbenstange in einem Zylinderrohr angeordnet sind. Zwischen den einander zugewandten Lippendichtungen kann auch eine Gleitführungs­ scheibe angeordnet werden. Die Gleitführungen können auch direkt als Absatz eine konstruktive Einheit mit der Dicht­ lippe bilden. Die Dichtlippen können paarweise, tandem­ artig oder mehrfach kompakt angeordnet sein. Die Lippen­ dichtungen, mit den einander zugewandten Lippen, können auch als Lippendichtungspaar aus einem Stück bestehen, wobei die einander zugewandten Lippen gleiche oder unterschied­ liche Neigungswinkel aufweisen.

Die erfindungsgemäße Lösung soll an nachfolgendem Ausfüh­ rungsbeispiel erläutert werden. In den Skizzen zeigt

Fig. 1 paarweise zueinander angeordnete Lippendichtungen,

Fig. 2 Beispiele zur Anordnung von Lippendichtungen mit verschiedenen Führungen,

Fig. 3 Dichtungssysteme mit verschiedenartigen Dichtungs­ anordnungen,

Fig. 4 Varianten kompakter Dichtlippenpaare.

Die Verwendung von Lippendichtungen in pneumatischen Ar­ beitszylindern ist bekannt. Die Anordnung erfolgte aber bisher in der Weise, daß die Lippen der Lippendich­ tungen voneinander weg zum Druckraum hinwiesen. Das bedeutete auch hohe Anforderungen an die Konstruktion der Zylin­ der, da durch die Dichtungslippen der Zylinder für den Lippenauslauf etwas länger als der normale Hub sein mußte, d. h. das die Zylinderkonstruktion bisher so gestaltet wer­ den mußte, daß die Zylinderanschläge die überragenden Lippendichtungen aufnehmen mußten. Auch die Nutzung der Hohlräume in den Dichtungen zur Schmierstoffaufnahme, als Signalgeber oder zur Aufnahme von Schmierstoffträger ist bekannt, führte aber bisher immer noch nicht zu zufrieden­ stellenden Ergebnissen, da sich am Ende des Zylinders Schmierstoff als Schmierstoffkragen ablagerte, der zur Schmierung nicht mehr zur Verfügung steht. Dagegen arbei­ tet die erfindungsgemäße Kolbendichtung und Anordnung für pneumatische Arbeitszylinder und Kolbenstangenführungen mit Langzeitschmierstoffdepot (Hohlraum an Dichtlippenpaaren für Fett oder Filz für Öl) und ölnebelfreiem Betrieb zu­ verlässig.

Erreicht wird dies dadurch, indem die Lippen 2, 2′ zweier bzw. einer Lippendichtung 1; 1′ nicht gegeneinander, son­ dern zueinander angeordnet werden. Dabei können sie durch ein Distanzstück 3 oder durch eine Gleitführungsscheibe 8, paarweise tandemartig oder mehrfachpaarweise kompakt in einem Zylinderrohr 7 oder um eine Kolbenstange 6 angeord­ net sein. Ein besonderer Effekt entsteht auch dadurch, wenn die Dichtlippen 2; 2′ einen unterschiedlichen Nei­ gungswinkel aufweisen. Bei der Translationsbewegung dich­ tet z. B. die Lippe 2 ab, während durch den auf sie wirken­ den Stau wird der Schmierstoff in das Schmierstoffdepot 9 geleitet und die Zylinderwand des Zylinderrohres 7 ge­ schmiert, während die Lippe 2′ von der Zylinderwand bis auf einen festhaftenden Grenzfilm den Schmierstoff wieder in das Schmierstoffdepot 9 abstreift. Beim Rücklauf des Kolbens übernimmt dann umgekehrt die Lippe 2′ die Funktion der Dichtlippe 2 und die Dichtlippe 2 die Funktion der Dichtlippe 2′. Durch diese wechselseitige Funktionsübertra­ gung wird die Funktion Dichten und Schmieren sowie Schmierstoffdeponierung ständig erfüllt. Durch die unter­ schiedliche Dichtungsgeometrie, z. B. die Dichtlippennei­ gungen, kann die Dichtwirkung, die Schmierung, die Reibung das Haltevermögen des Schmierstoffs und die Zuverlässig­ keit (Lebensdauer) gezielt gestaltet werden.

Die Kompaktdichtungen können mit und ohne Gleitführung ausgerüstet sein.

Claims (4)

1. Kolbendichtung und Anordnung für pneumatische Arbeitszylin­ der und Kolbenstangenführungen mit Langzeitschmierstoffde­ pot und ölnebelfreiem Betrieb, gekennzeichnet dadurch, daß die Lippendichtungen (1; 1′) mit ihren Dichtlippen (2; 2′) einander zugewandt sind und durch ein Distanzstück (3), einer Scheibe (4; 4′) und einer Befestigungsmutter/Bremske­ gel (5) auf einer Kolbenstange (6) in einem Zylinderrohr (7) angeordnet sind.

2. Kolbendichtung und Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen den einander zugewandten Lippendich­ tungen (1; 1′) eine Gleitführungsscheibe (8) angeordnet ist.

3. Kolbendichtung und Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekenn­ zeichnet dadurch, daß die einander zugewandten Lippendich­ tungen tandemartig oder mehrfach paarweise kompakt auf einer Kolbenstange (6) angeordnet sind.

4. Kolbendichtung und Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekenn­ zeichnet dadurch, daß die Lipendichtungen (1; 1′) mit den einander zugewandten Dichtlippen (2; 2′) aus einem Stück als Dichtung mit Gleitführung (11; 11′) bestehen und mit einer Trägerscheibe (10; 10′) fest verbunden sind, wobei die Dicht­ lippen (2; 2′) zueinander auch unterschiedliche Neigungswin­ kel (α ₁; α ₂) aufweisen können.