DE8115167U1 - Gleitende Dichtung für Kolben und Kolbenstangen - Google Patents

Description

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Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine gleitende Dichtung für Kolben
und Kolbenstangen von Arbeitszylindern sowie für fliegende Kolben von Druckspeichern, bestehend aus einer Korabination aus Dicht- und Schmierringen, wobei zur Erzielung eines
praktisch vollständigen Trockenlaufs der Dichtungskombination f eine hohe Partialpressung erzeugbar ist und der Schmierring ; aus plastisch verformbarem nicht selbstschmierendem Werkstoff mit hohem Anteil an mineralischem Trockenschmiermittel j besteht, nach Patentanmeldung 27 08 4-56. I

Bei derartigen Dichtungskombinationen werden die eigentlichen ψ

Schmierringe aus reinem plastisch verformbarem, ansich nicht i

selbstschmierenden Werkstoff hergestellt, der als loses |

Stützgitter für einen hohen Pestschmierstoffanteil aus |

Molybdändisulfid (MoS₀) oder ähnlichen Stoffen dient. Schmierig \

ringe dieser Art entfalten ihre volle Wirksamkeit jedoch erst ^ί dann, wenn eine Gleitreibung auf praktisch trockenen Gleitflächen erreicht wird und der Schmierring selbst oder die abgetrennten Festschmierstoff-Partikel mit so hohen Scherkräften
belastet werden, daß entsprechende Süiichtgitterlamellen aus
Einkristallplatten abgetrennt werden.

Der Hauptanmeldung liegt daher die Erkenntnis zugrunde, daß
die Anwesenheit von öl bzw. Fett die Schmierwirksamkeit von
Molybdändisulfid erheblich vermindert.

Aufgabe der Hauptanmeldung ist es daher, eine |

Dichtungskombination vorzuschlagen, die sowohl im Hochdruck- |

bereich als auch bei geringsten Drücken des Arbeitsmediums f

die Bildung eines Filmes von einer vom Arbeitsmittel her- |

rührenden Flüssigkeit mit Sicherheit ausschließt, ohne dabei |

einem nennenswertenVerschleiß zu unterliegen, wobei betriebs- |

mäßig sofort ein druckfester, geschlossener und fest veranker- |

ter Überzug aus Trockenschmiermittel zwischen der Ursprung- I

lieh metallischen Gleitfläche des Rohrzylinders bzw. der Kolbenstange und der Dichtungskombination gebildet wird und für die Dichtungskombination eine rechteckige Nut und die Verwendung üblicher Dichtungsmaterialien vorgesehen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Hauptanmeldung darin, daß bei der eingangs aufgeführten gleitenden Dichtung für Kolben und Kolbenstangen der Dichtring eine Gewebearmierung aufweist, die an der Dichtkante eine zusätzliche Pressung erzeugt.

Bei einer weiteren Lösung der gestellten Aufgabe ist bei der eingangs genannten gleitenden Dichtung für Kolben und Kolbenstangen der Schmierring völlig gekammert angeordnet und ist einer zusätzlichen radialen Pressung durch Druckübersetzung innerhalb der Dichtungskombination unterworfen.

Bei einer noch anderen Lösung der gestellten Aufgabe ist der Schmierring der Dichtungskombination völlig gekaramert angeordnet und ist zum Eliminieren vorhandener Freiräume einer zusätzlichen Pressung durch eine Federanordnung innerhalb der Dichtungskombination unterworfen.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung nach der Hauptanmeldung besteht der Schmierring aus zwei Teilstücken mit werkstoffmäßig unterschiedlichen Trockenschmiermitteln, wobei das erste Mittel eine hohe Bindungskraft zum Werkstoff der abzudichtenden Lauffläche aufweist, während das zweite Trockenschmiermittel sich chemisch inert gegenüber der Lauffläche verhält.

Der Trockenschmiermittelanteil im plastisch verformbaren Ring besteht vorzugsweise aus unterschiedlichen

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Mitteln, 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.

Der Erfindungsgegenstand nach der Hauptanmeldung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Dichtring aus einem ohne Rücksicht auf die Festigkeit seines Grundmater-ials festgelegten Werkstoff (der Werkstoff wird somit nur im Hinblick auf Elastizität und Gebrauchstauglichkeit in WirkVerbindung mit dem gewählten Druckmittel ausgewählt) mit zusätzlicher .hoher radialer Vorspannung an der Dichtungslauffläche anliegt oder aber einen entsprechenden Schmierring mit einer ebensolchen Pressung an die Gleitfläche des Bohrzylinders oder der Kolbenstange spannt, so daß ein sicherer Trockenlauf in allen üblichen Druckbereichen auch bei schnellen Hubbewegungen gewährleistet ist und die genannte Pressung so groß ist, daß das verwendete Trockenschmiermittel sich ohne einen störenden Einfluß von detergierenden oder dispergierenden Beimengungen des Betriebsmittels fest an den ursprünglichen Gleitflächen verankern kann und darüberhinaus eine Abscherung von Trockenschmierstofflamellen aus Einkristallen erfolgt. Trotz der hierdurch erzwungenen

Trockenreibung ist die Reibkraft an allen relativ

zueinander bewegten Teilen außergewöhnlich gering, weil durch das vom Schmierring abgegebene Trockenschmiermittel auf den entsprechenden Gleitflächen eine Laufschicht erzeugt wird, deren Rauhheit im Regelfalle in der Größenordnung von 0,4 bis 1,0 Mikrometer liegt, auch wenn die ursprüngliche Rauhheit der

metallischen Gleitflächen vor dem kurzzeitigen Einlauf

bei 12 bis 20 Mikrometer betragen hatte. Diese durch übliche spangebende Bearbeitung bei z.B. Rohrzylindern

im Regelfalle nicht darstellbare Glattheit der Gleitflächen bewirkt in Verbindung mit den Heibwertparametern der die ursprüngliche Gleitfläche überziehenden Schicht aus z.. B. reinem Molybdändisulf id mit etwa gleichzusetzenden niedrigen Reibwerten der Bewegung und der Ruhe erhebliche Vorteile, die in der Hauptanmeldung aufgeführt sind.

Es hat sich durch Versuche herausgestellt, daß an sich bekannte Gewebearmierungen von Dichtringen einen ungleichmäßigen Verschleiß aufweisen. Durch die Gewebearmierung sind die Dichtungsraaterialien inhomogen aufgebaut und vorzugsweise von einem Textilgewebe durchzogen= Insbesondere bei extremen Betriebsbedingungen kann es daher vorkommen, daß der Verschleiß an der Dichtungskante oder der Dichtungspartie entsprechend dem inhomogenen Aufbau der Dichtungsmaterialien auch ungleichmäßig erfolgt. So ist es beispielsweise ferner möglich, daß die Textilgewebe-Einlagen sich vom Gummi abtrennen, wodurch die Gefahr eines vorzeitigen Ausfalls der Dichtung besteht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Erkenntnis zugrunde, daß die Dichtungsmaterialien des Dichtringes möglichst homogen aufgebaut sein sollen, so daß sich auch ein gleichmäßiger Verschleiß ergibt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der gleitenden Dichtung für Kolben und Kolbenstangen von Arbeitszylindern sowie für fliegende Kolben von Druckspeichern gemäß der eingangs aufgeführten Art, der Dichtring innerhalb seiner Gummisubstanz in partiellen Bereichen homogen verteilt Verstärkungsmittel aufweist, die an seiner Dichtkante bzw. Dichtungspartie eine zusätzliche Pressung bewirken.

Gemäß der Erfindung bestehen die Verstärkungsmittel aus Faserenden, die in gleichmäßiger und ungerichteter Verteilung mit dem Gummi eine homogene Substanz bilden. Die Faserenden bestehen dabei vorzugsweise aus Baumwolle, Kunststoff, Asbest, Zellulose oder aus einer Kombination dieser Stoffe.

In einer Weiterbildung der Erfindung bestehen die Verstärkungsmittel aus einem carboxylierten Nitrilkautschuk.

Der Dichtring, der innerhalb seiner Gummisubstanz in partiellen Bereichen homogen verteilt Verstärkungsmittel aufweist, findet vorzugsweise Anwendung bei einer Dichtungskombination, bei der der Schmierring völlig gekammert angeordnet ist und einer zusätzlichen radialen Pressung durch Druckübersetzung innerhalb der Dichtungskombination unterworfen ist.

Eine weitere Anwendung des Dichtringes mit homogen verteilten Verstärkungsmitteln ist eine Dichtungskombination, bei der der Schmierring völlig gekammert angeordnet ist und zum Eliminieren vorhandener Freiräume einer zusätzlichen Pressung durch eine Federanordnung innerhalb der Dichtungskombination unterworfen ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Schmierring aus zwei Teilstücken mit werkstoffmäßig unterschiedlichen Trockenschmiermitteln, wobei das erste Mittel eine hohe Bindungskraft zum Werkstoff der abzudichtenden Lauffläche aufweist, während das zweite Trockenschmiermittel sich chemisch inert gegenüber der Lauffläche verhält.

Der Trockenschmiermittelanteil im plastisch verformbaren Ring besteht in Weiterbildung der Erfindung aus unterschiedlichen Mitteln, von denen mindestens ein

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Mittel eine hohe Bindungskraft zum Werkstoff der Lauffläche aufweist, während mindestens ein weiteres Trockenschmiermittel sich chemisch inert gegenüber der Lauffläche verhält.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 und 2

Figur 3 und 4

Figur
Figur

5 und 6

Figur 8,9 u.10

Axialschnitte verschiedener Ausführungen von einfach- und doppeltwirkenden Dichtungsformen,

schematische Axial-Schnittansichten von zwej Kolbendichtungen, einfach- bzw. doppeltwirkend,

ebensolche Schnitte, jedoch von zwei Kolben stangendichtungen,

den Axial-Schnitt einer sogenannten "axial-! verspannten Manschettenpackung", jedoch mit reduzierter Anzahl von vollelastischen und mit Verstärkungsmitteln versehenen Dichtringen und

wiederum Axial-Schnitte verschiedener Ausführungen von einfach- und doppeltwirkenden Dichtungsformen.

Die Figuren 1 und 2 zeigen Axial-Schnitte je einer einfachwirkenden Kolben- bzw. Kolbenstangendichtung 11 mit einem einen hohen Anteil an Trockenschmiermitteln enthaltenden Ring 12. Eine mit 13 bezeichnete Hilfslinie zeigt die Lage einer nicht weiter dargestellten Lauffläche einer Kolbenstange bzw. eines Rohrzylinders in Bezug auf die Lage der Dichtung in völlig montiertem Zustand, wobei zur Verdeutlichung die Dichtung selbst vor dem Einschieben der Kolbenstange bzw. vor dem Einschieben in den zugehörigen Rohr-

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zylinder dargestellt ist. Beide Dichtungen 11 sind einstöckig ausgeführt und bestehen aus einem vollelastischen Abschnitt 11a und einem Abschnitt 11b, der mit einem homogen verteilten Verstärkungsmittel versehen ist, wobei der verstärkte Abschnitt durch Verlängerung in Richtung der Dichtkante 14 und entsprechende Formgebung den vollelastischen Abschnitt der Dichtung so verstärkt, unterstützt und versteift, daß im vollmontierten Zustand zwar eine noch genügende Elastizität vorhanden ist, die Pressungswerte zwischen der Dichtkante 14 und

;| der "Lauffläche" 1p jedoch bleibende Größen annehmen,

die wenigstens doppelt so hoch sind wie bei den üblichen Dichtungen, so daß auf diese Weise der erwünschte Erfolg in Bezug auf Trockenlauf-und Schmierschichtbildung auf der Lauffläche eintritt.

Nach den Figuren 3 bis 6 gleitet ein Kolben 1 nach der völligen Montage in einem nicht dargestellten Zylinderrohr bzw. einer nicht dargestellten Kolbenstange in einen Endverschluß 2, wobei durch das jeweilige Betriebsmedium ein Druck in Richtung der Pfeile 3 bzw. abwechselnd in Richtung der Pfeile 3a und 3b auf die gleitende Dichtungskombination 4 ausgeübt wird.

Die Dichtungskombination 4 ist in einer üblichen Dichtungsnut 5 angeordnet und besteht hier beispielsweise aus dem eigentlichen Dichtring 4a mit einem partiellen Bereich 4b - versehen mit einem homogen verteilten Verstärkungsmittel - auf einer jeweils druckabgewandten Seite und dem in einer entsprechenden Ausnehmung befindlichen, einen hohen Anteil an mineralischem Trockenschmiermittel enthaltenden Ring 4c aus plastisch verformbarem, nicht selbstschmierendem Werkstoff.

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Um bei sehr hohen Betriebsdrücken eine völlige Kammerung des Ringes 4c zu erhalten, kann zusätzlich ein Stützring 6 aus verschleißfestem Werkstoff sowie gegebenenfalls am Dichtungsrücken eine Stützschulter 7 angeordnet sein.

Das Zustandekommen der gewünschten Druckübersetzung innerhalb der Dichtungskombination ist in der Hauptanmeldung am .Beispiel der Figur 3 beschrieben. Die Beschreibung findet sinngemäß aber ebenso bei den Dichtungen nach den Figuren 4, 5 und 6 Anwendung. Der Einfachheit halber wird auf die Beschreibung in der Hauptanmeldung verwiesen.

Der Ring 4c wird durch die Wirkung der Erfindung wesentlich stärker als bei üblichen Dichtungskombinationen an seine zugehörige, hier nicht dargestellte metallische Gleitfläche angepreßt, wodurch bei Gleitbewegungen sofort eine extrem glatte, druckfeste Schmiermittelschicht auf der metallischen Gleitfläche erzeugt wird.

Die Figur 7 zeigt eine Dichtungskombination 11 für die Abdichtung der Lauffläche einer nicht dargestellten Kolbenstange. Zwischen den mit einem homogen verteilten Verstärkungsmittel versehenen Dichtungsteilen, nämlich Druckring 16, Dichtring 13' und Stützring 14' befindet sich ein vollelastischer Dichtring 15'· Ein einen hohen Anteil an Trockenschmiermittel enthaltender Ring 12 aus plastisch verformbarem, nicht selbstschmierendem Werkstoff ist zwischen der druckabgewandten Stirnfläche des Stützringes 14' und der ebenfalls druckabgewandten Nutflanke 17 angeordnet. Die gesamte Dichtungskombination 11 ist längenmäßig so ausgelegt, daß nach ihrer Montage in die Dichtungsnut eine starke Pressung in Axial-Richtung durch die Nutflanken 17 und

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18 über den gegebenenfalls mit Druckausgleichkerben versehenen Ansatz 19 des Druckringes 16 gewährleistet ist, wodurch sich nach dem Einschieben der nicht dargestellten Kolbenstange einerseits eine vö 1.1 ige Kammerung der einzelnen Dichtungsteile ergibt und andererseits eine üblicherweise unzulässig hohe Zusatzpressung dieser Dichtungsteile an die Lauffläche der Kolbenstange bewirkt wird.

Die Größe dieser Zusatzpressung wird auf einfache Weise durch axiale Verspannung mittels des am Ansatz 19 durch f den Abstand der Nutflanken 17 und 18 erzwungenen Ver- | formungsweges so festgelegt, daß der Ring 12 bei betriebs- | mäßigen Gleitbewegungen sofort eine glatte druckfeste ί Schmiermittelschicht auf der Lauffläche der Kolbenstange erzeugt und gleichzeitig der vollelastische Dichtring 15' bei allen vorkommenden Hubgeschwindigkeiten einen Trockenlauf bewirkt. Eine entsprechende axiale Verspannung kann selbstverständlich statt mittels des Ansatzes 19 auch auf andere Weise, beispielsweise durch eine in Axial-Richtung wirkende Druck- oder Tellerfeder bzw. durch eine Stopfbuchsen-Konstruktion bewirkt werden.

Bei den Figuren 8, 9 und 10 werden die gleichen Bezeichnungen wie bei den Figuren 1 und 2 verwendet. Dargestellt sind hier sogenannte "Kompaktdichtungen" mit üblicher geringer Pressung an der Dichtkante 14 bzw. der Dichtungspartie 15. Die für eine sichere Wirkung des Ringes 12 nötige hohe Pressung an die durch die Hilfslinie I3 dargestellte Lauffläche wird hierbei durch den dem steifen, durch ein Verstärkungsmittel versehenen partiellen Bereich 11b eingebetteten Ring 12 selbst erzeugt, und zwar dadurch, daß die radiale Höhe des Ringes 12 größer ist als die entsprechende Höhe der für eine Einbettung vorgesehenen Ausnehmung im Abschnitt 11b, wes-

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halb hier eine direkte Radialpressung des Ringes 12 zwischen der entsprechenden lauffläche und dem Grund der Einbettungsnut erfolgt und die Größe dieser Radialpressung insbesondere durch die Steifheit des mit einem Verstärkungsmittel versehenen Abschnittes bestimmt werden kann.

Das verdrängte Übermaß des Ringes 12 erzeugt eine entsprechende Verlagerung bzw. ein Abkippen des seitlichen Steges des verstärkten Abschnittes 11b, der seinerseits einschließlich dieses Steges durch den vollelastischen Dichtungsabschnitt 11a federnd abgestützt wird.

Claims (8)

" «HI ,, f ■ r «β f, i^srb-eartAnsprüche

1. Gleitende Dichtung für Kolben und Kolbenstangen von Arbeitszylindern sowie für fliegende Kolben von Druckepeiehern, bestehend aus einer Kobination aus Dicht- und Schraierringen, wobei zur Erzielung eines praktisch vollständigen Trockenlaufs der Dichtungskombination eina hohe Partialpressung erzeugbar ist und der Schmierring aus plastisch verformbarem, nicht selbstschmierendem Werkstoff mit hohem Anteil an mineralischem Trockenschmiermittel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (4,1I) innerhalb seiner Gummisubstanz in partiellen Bereichen (4b, 11b, 13', 14', 16) homogen verteilt Verstärkungsmittel aufweist, di.e an seiner Dichtkante bzw. Dichtungspartie (4d, 14, 15) eine zusätzliche Pressung bewirken oder daß der Dichtring eine Gewebeverstärkung aufweist.

2. Gleitende Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkungsmittel aus Faserenden bestehen, die in gleichmäßiger und eingerichteter Verteilung mit dem Gummi eine homogene Substanz bilden.

3. Gleitende Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Faserenden aus Baumwolle, Kunststoff, Asbest, Cellulose oder aus Korabinationen dieser Stoffe bestehen.

4. Gleitende Dichtung nach Anspruch 1 oder einem der vor anstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet , daß die Verstärkungsmittel aus

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einem carboxylierten Nitrilkautschuk bestehen.

5· Gleitende Dichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierring (4c) völlig gekammert angeordnet ist und einer zusätzlichen radialen Pressung durch Druckübersetzung innerhalb der Dichtungskombination (4) unterworfen ist.

6. Gleitende Dichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierring (12) völlig gekammert angeordnet ist und zum Eliminieren vorhandener Freiräume einer zusätzlichen Pressung durch eine Federanordnung innerhalb der Dichtungskombination (11) unterworfen ist.

7. Gleitende Dichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierring (4c; 6; 12) aus zwei Teilstücken mit werkstoffmäßig unterschiedlichen Trockenschmiermitteln besteht, wobei das erste Mittel eine hohe Bindungskraft zum Werkstoff der abzudichtenden Lauffläche aufweist, während das zweite Trockenschmiermittel sich chemisch inert gegenüber der Lauffläche verhält.

8. Gleitende Dichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenschmiermittelanteil im plastisch verformbaren Ring (4c, 12) aus unterschiedlichen Mitteln besteht, von denen mindestens ein Mittel eine hohe Bindungskraft zum Werkstoff der Lauffläche aufweist, während mindestens ein weiteres Trockenschmiermittel sich chen:.··. .· _>: ;■>■ · , · r der Lauffläche verhält.