DD274262A1 - Dichtung aus gummielastischem oder analogem werkstoff - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtung aus gummielastischem oder analogem Kunststoff, insbesondere fuer fluidische Arbeitszylinder und Ventile. Sie ist in der Fluidtechnik besonders gut in pneumatischen Arbeitszylindern einsetzbar, bei denen die Forderung nach einer niedrigen und gleichmaessigen Startreibung besteht. Diese Dichtung aus gummielastischem Werkstoff ist dadurch charakterisiert, dass sie eine konvexe waelzfaehige Reibflaeche besitzt. Die Dichtung ist in einer entsprechenden Aufnahmenut des Koerpers I verlagert und vollzieht bei Bewegungsbeginn eine begrenzte Waelzbewegung, die nach Beendigung in die geschwindigkeitsabhaengige Gleitreibung uebergeht. Der pilz- oder kreisausschnittfoermige Dichtungsquerschnitt ist so gestaltet, dass auch vor, waehrend und nach dem Waelzvorgang ein Abdichten des Linearantriebes gewaehrt bleibt. Fig. 1

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist in fluidischen Linearanirieben bei Arbeitszylindern und Ventilen anwendbar. Sie ist besonders vorteilhaft dort einzusetzen, wo infolge längerer Standzeiten der Linearantr'ebe ein ι große nicht vorherbestimmbare Start, eibungskraft und damit ein hoher Losbrechdruck zu erwarten ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Um dio Hauptfunktionen „Dichten" und „Führen" in pneumatischen Arbeitszylindern und Ventilen mit Kolben zu realisieren, gibt es eine Vielzahl verschiedener Dichtungsarten. So sind die Doppeltopfmanschette, Rundringe und reibungsarme filigrane Dichtungen, dio sogenannte „Ζ"- und „W-Dichtung" in der Praxis im Einsatz. Die Doppeltopfmanschette vereinigt Kolben und Dichtung in einem und besitzt damit einen kompakten Aufbau. Sie hat aber den Nachteil, daß sie ein ungünstiges und ungleichmäßiges Startreibungsverhalten wegen der dominierenden gleitenden Reibung und der damit verbundenen Haftkräfte beim Anfahren aufweist, was sich negativ auf die Genauigkeit pneumatischer Positionierantriebe und auf den Gesamtwirkungsgrad auswirkt.

Die „Z"- und „W-Dichtungen" besitzen auf Grund ihrer kleinen Kontaktfläche einen geringeren Reibungswiderstand als die Doppeltoptmanschette, dennoch ist ein markantes Anwachsen der Startreibungskraft mit der Haltezeit feststellbar. Werkstoffstrukturänderungen in den Randzonen des Gummiwerkstoffes (z. B. durch Strahlenbromierung) können bisher die mit der Startreibung auftretende Probleme nicht befriedigend lösen.

In dem DDR-Wirtschaftspatent Nr. 127 292 (Intern. Kl. F16 J15/16) wird eine Kompaktdichtung beschrieben, die aus zwei Gummiwerkstoffen aufgebaut ist, damit die Reibung reduziert weruen kann. Aber auch diese Dichtung besitzt auf Grund ihrer Struktur Gleitreibung mit der ihr zugeordneten problematischen Startreibung. Eine Verbessert g bringt der Verbund mit PTFE (Teflon), obwohl auch hier zu Bewegungsbeginn eine gleitende Reibung vorliegt. Aus Gründen mangelnder Verfügbarkeit dieses Werkstoffes ist sein Einsatz nur bedingt ökonomisch sinnvoll und möglich.

Die Patentschrift DE 2855497 (Int. Kl. F16 J15/36) beschreibt eine Dichtung für Schieberventile, die zwei Dichtwülste aufweist, robust und alterungsbeständig aufgetaut ist und d'^ einen kontinuierlichen übergang des Stütz-zum Dichtungskörper aufweist. Diese Dichtungsart entspricht dem Prinzip der Hintereinanderanordnung von i-wei Rundringen, deshalb besitzt diese Dichtungsart auch ein den Rundringen ähnliches Startreibungsverhalten.

Es sind „fliegende" Rundringe, die in einer Nut mit rechteckförmigem Querschnitt gelagert sind und die durch axiale Bewegungsmöglichkeit eine geringere Reibung erreichen sollen, bekannt. Durch die Verformung der Rundringe, infolge ihres Einbaus mit Übermaß und Vorspannung zur Gewährleistung ihrer Dichtfunktion, wird jßdoch der Kreisquerschnitt der Dichtung in einer für die Bewegung ungünstigen Weise deformiert.

Eine Dichtung, die speziell die Verringei ung der Startreibung zur Aufgabe hat, ist in der BrlD-Offenlegungschrift DE-OS 354 2213 (Intern. Kl. F16 J15/16) vorgestellt. Diese Dichtung besteht aus einer Ringmembran aus zähelastischem Werkstoff (i.a. Kunststoff), die auf einen Gummiringkörper aufgezogen ist. Prinzipiell entspricht diese Dichtung den o.a. Verbunddichtungen und ihre Anwendung ist nur erfolgversprechend, wenn ein leicht verfügbarer, tribotecr nisch günstiger Gleitwerkstoff für die Membran vorhanden ist, was zur Zeit noch nicht gewährleistet werden kann.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die bekannten Mangel zu beseitigen. Es soll eine Dichtung geschaffen werden, die aus herkömmlichen NBR-Gummiwerkstoffen besteht und in der Reibpaarung m t konventionellen Werkstoffen fluidischer Arbeitszylinder und Ventile eine geringe Startreibungskraft besitzt und somit zu Bewegungsbeginn nur unmerklichen Bewegungswiderstandsschwankungen zuläßt. Damit soll sich nicht nur der Anfahrwirkungsgrad erhöhen, sondern vor allem soll durch die startreibungsgünstige Gestaltung eine Verbesserung der Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit und eine Voraussetzung zur Verbesserung der Berechenbarkeit des Weg-Zeit-Verhaltens mit dem Ziel der rechentechnische>. Erfassung und Beeinflussung der Bewegungsabläufe der fluidischen Arbeitszylinder geschaffen werden. Außerdem tritt eine Verringerung der Havariegefahr fluidisch betriebener Maschinen und Anlagen durch den Einsatz der erfundenen Dichtung ein.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es steht die Aufgabe, eine Dichtung für Arbeitszylinder und Ventile zu entwickeln, die sowohl eine sehr geringe und quasi gleichmäßige Startreibungskraft zu Bewegungsbeginn und somit einen hohen Anfahrwirkungsgrad besitzt, als auch einfach aus herkömmlichen NBR-Gummiwerkstoffen hergestellt werden kann.

Die bekannten Dichtungslösungen gewährleisten entweder nicht in genügendem Maße eine geringe und gleichmäßige Startreibungskraft, oder sie erfordern teure Dzw. schwer verfügbare Spezialwerkstoffe zu ihrer Herstellung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtung einen Querschnitt aufweist, der durch seine konvexe oder konkave Randstruktur in Verbindung mit entsprechend gestalteten Aufnahmenuten (V-Nut, Bogennut, Rechtecknut bzw

Kombinationen zwischen diesen Formen) die bei der Startreibung normalerweise vorhandene imponderable Gleitreibung beim Startvorgang durch die reibungsgünstigere Wälzreibung ersetzt. Nach Einleitung der Bewegung durch den kraftsparenden Wälzvorgang erfolgt die weitere Relativbewegung in der konventionellen Weise der entsprechenden Bewegungsreibung des Gleitvorganges. Durch die elastische Vorspannung beim Einbau und außerdem durch die infolge Druckeinwirkung vorhandene Anpressung und partiellen Dichtlipper.wirkungen der Dichtlippenaußenkonturen wird die Dichtfunktion vor, während und nach dem Abrollen gewährleistet. Eine entsprechende Gestaltung der Dichtung verhindert ihr Umkippen über die Kanten und ein Herausgleiter ~us der, eine gewisse Wälzbewegung der Dichtung zulassenden Nut. Der Dichtkörper mit gummielastischen Eigenschaften kann dabei einen mehrschichtigen Aufbau und zur Aufnahme von Schmierstoffen und zur Sicherung der Dichtfunktion Taschen, Nuten und zusätzliche kleine Dichtlippen an seiner Randstruktur besitzen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird an den in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Dichtungsquerschnitten näher erläutert, in den Fig. 1 bis 6 sind die Dichtungen während des Wälzvoranges symmetrisch zu ihren Anlagerändern gezeichnet. Am Ende eines Wälzvorganges der Dichtung auf dem Körper 2 und damit nach Beendigung der Anlaufbewegung erfolgt die Anlage der Dichtung mit ihren

Seitenflächen an die entsprechenden Flächen der Aufn. hmenut.

Die Figur 1 zeigt eine Dichtung mit einem kreisausschnittförmigen Quersch litt. Die Schneide der Dichtung ist in Körper 1

gelagert, wobei der jeweilige Lagerpunkt der Schneide der Drehpunkt der g jmmielastischen Dichtung für ihren Wälzvorgang auf

Körper 2 ist. Der Öffnungswinkel der V-förmigen Nut in Körper 1 ist größer als der Keilwinkel des kreisausschnittförmigen

Querschnitts der Dichtung, womit ein freier Raum für die Kippbewegung des Wälzkörpers bis zum Anschlag an die Seitenflächen der Nut geschaffen wird.

Die Figur 2 zeigt einen pilzförmigen Dichtungsquerschnitt. Der Grund der V-förmigen Nut ist abgerundet und in ihr wälzt die

abgerundete Schneide der Dichtung ab, d<" jeweilige Wälzpunkt zwischen der abgerundeten Schneide und dem Nutgrund ist gleichzeitig der Drehpunkt der Wälzbewegung der Dichtung auf Körper 2.

Die Figur 3 zeigt ebenfalls einen pilzförmigen Dichtungsquerschnitt, der jedoch in einer V-förmigen Nut mit einem

rechteckförmigen Nutgrund mit seinem Steg verlagert ist. Der Drehpunkt der Wälzbewegung des Dichtungskopfes auf Körper 2 befindet sich in dem dünnen Steg des Dichtungsquerschnittes. Der V-förmige obere Teil der Nut erlaubt das Walzen der Dichtung, das'durch die elastische Verformung des Dichtungssteges gewährleistet wird.

Die Figur 4 zeigt einen pilzförmigen Querschnitt in einei Nut mit rechteckigem Querschnitt. Die Gewährleistung der

Wälzbewegung der gekrümmten Dichtfläche auf Körper 2 geschieht in Analogie zur Figur 3 durch die leichte elastische

Verformung des Dichtungssteges. Der Dichtungsfuß ist ebenso breit wie die rechteckförmige Nut.

In den Figuren 5 und 6 sind Dichtungen gezeigt, die ähnlich der in Figur 1 gezeigten Version funktionieren. Diese Dichtungen sind quer zu ihrer Wälzrichtung mit einer Rundumnut versehen, die auch als Schmierstoffdepot dienen kann. Die in Figur 6

dargestellte Version weist neben dieser Rundumnut noch kleine zusätzliche Dichtlippen an den Dichtungsaußenkanten auf, die vor dem Einsetzen der Relativbewegung an der druckluftbeaufschlagten Dichtungsseite an Körper 2 anliegen und somit

abdichten.

Claims (6)

1. Dichtung aus gummielastischem oder analogem Kunststoff, insbesondere für fluidische Arbeitszylinder und Ventile, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung eine konvexe, wälzfähige Reibfläche besitzt und so in einer die Schwenkbewegung zulassenden Aufnahmenut des bewegten Körpers 1 verlagert ist, daß beim Anfahren des Arbeitszylinders bzw. Ventiles ein Abwälzen der Dichtung auf der Kontaktfläche mit Körper 2 erfolgt und sich der Drehpunkt der Wälzbewegung entweder im Wälzpunkt der gekrümmten Dichtungsschneide in der Aufnahmenut oder im elasticch leicht verformbarem Steg des Dichtungskörpers befindet.

2. Dichtung aus gummielastischem oder analogem Kunststoff nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsquerschnitt pilzförmig ist.

3. Dichtung aus gummielastischem oder analogem Kunststoff nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung einen kreisausschittförmigen Querschnitt aufweist.

4. Dichtung aus gummielastischem oder analogem Kunststoff nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Steg in einer rechteckförmigen Aufnahmenut verlagert ist und daß er einen breiten Fuß aufweist.

5. Dichtung aus gummielastischem oder analogem Werkstoff nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung quer zu ihrer Wälzfläche eine umlaufende Nut aufweist.

6. Dichtung aus gummielastischem oder analogem Werkstoff nach Punkt 3 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Dichtung an ihren Randaußenstrukturen kleine zusätzliche Dichtlippen aufweist.