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Die Erfindung betrifft einen Dichtsatz mit komprimierbarem Schaumspacer für eine Pneumatik- oder Hydrauliksystem sowie ein Pneumatik- oder Hydrauliksystem.
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Bei Pneumatik- und Hydrauliksystemen ist der Dicht- oder Lagerspalt zwischen (Arbeits-)Zylinder und Kolben bzw. Kolbenstange in der Regel mittels eines Dichtsatzes gedichtet, der zumeist mehrere Dichtungen umfasst. Der Dichtsatz verhindert, dass Fluide innerhalb des Zylinders nach außen treten können. Dichtsätze mit sogenannten Stangendichtungen verhindern gleichzeitig einen Eintrag von Verunreinigungen in den Zylinder, insbesondere solchen, die an der Kolbenstange anhaften.
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In der Praxis sind derlei Dichtsätze häufig großen mechanischen, thermischen und mitunter auch chemischen Belastungen ausgesetzt. Für einen Funktionserhalt sowie eine möglichst große Lebensdauer der Dichtsätze muss deshalb auf eine ausreichende Schmierung ihrer Dichtungen geachtet werden.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen Dichtsatz sowie ein Pneumatik- oder Hydrauliksystem anzugeben, bei denen eine verbesserte Schmierung der Dichtungen gewährleistet ist und bei welchen möglichst ein nochmals zuverlässigerer Schutz gegenüber in den Lager- bzw. Dichtspalt eindringenden Verunreinigungen ermöglicht ist.
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Die den Dichtsatz betreffende Aufgabe wird durch einen Dichtsatz gemäß Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Pneumatik- oder Hydrauliksystem weist die in Anspruch 9 angegebenen Merkmale auf.
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Der erfindungsgemäße Dichtsatz dient einem Abdichten eines Dichtspalts zwischen einer Kolbenstange und einem Zylinder bzw. einem Kolben und einem Zylinder. Der Dichtsatz kann mithin als ein sogenannter Kolben- bzw. als ein Stangendichtsatz ausgeführt sein. Der Dichtsatz weist zumindest eine erste und eine zweite Dichtung auf. Die Dichtungen weisen jeweils einen dynamischen Dichtabschnitt auf, der je nach vorgesehener Einbaulage des Dichtsatzes zur dynamisch dichtenden Anlage an der Gegenlauffläche einer Kolbenstange oder des genannten Zylinders dienen und die im Montagezustand des Dichtsatzes in einer zur Zentralachse des Dichtsatzes axialen Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Zentralachse fällt im Montagezustand des Dichtsatzes mit der Bewegungsachse des Kolbens bzw. der Kolbenstange des Pneumatik- oder Hydrauliksystems zusammen.
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Der Dichtsatz umfasst zumindest einen Schaumspacer, der ein zumindest teilweise offenporiges und komprimierbares Schaummaterial umfasst. Der Schaumspacer ist im Montagezustand des Dichtsatzes zwischen der ersten und der zweiten Dichtung und vorzugsweise unter Kontaktierung der ersten und der zweiten Dichtung in einer zur Bewegungsachse axialen Richtung angeordnet. Das Schaummaterial ist vorzugsweise gummielastisch verformbar bzw. komprimierbar.
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Der erfindungsgemäße Dichtsatz bietet den Vorteil einer verbesserten Schmierung der beiden Dichtungen. Der komprimierbare Schaumspacer kann im Betriebseinsatz ein Schmiermittel aufnehmen und zwischenspeichern, wie dieses in der Praxis zum Schmieren der Dichtungen eingesetzt wird. Das Schmiermittel kann beispielsweise Schmieröl, Schmierfett oder im Falle des Einsatzes des Dichtsatzes bei einem Hydrauliksystem, auch das Hydraulikfluid (= Hydrauliköl), sein. Wird der Dichtsatz hochdruckseitig mit einem im Dichtspalt herrschenden atmosphärischen Betriebsdruck beaufschlagt, kann der Schaumspacer - abgeleitet aus einer druckbedingten oder reibungsbedingten Verformung der jeweilig hochdruckseitig am Schaumspacer anliegenden Dichtung - komprimiert und in der Folge im Schaummaterial des Schaumspacers gespeichertes Schmiermittel aus dem Schaumspacer freigesetzt werden. Dadurch steht exakt zum Zeitpunkt einer vergrößerten mechanischen Belastung des Dichtsatzes ein Überschuss an Schmiermittel im Bereich der Dichtabschnitte der Dichtungen zur Verfügung.
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Bei einer Druckentlastung kann sich der Schaumspacer angesichts einer elastischen Rückverformung der Dichtung sowie des seinem Schaummaterial innewohnenden elastischen Rückstellvermögens in seinen Ausgangszustand zurückverformen und überschüssiges Schmiermittel im Bereich der Dichtabschnitte der Dichtungen wieder aufnehmen. Der Schaumspacer kann darüber hinaus eine Filterfunktion aufweisen und im Dichtspalt befindliche partikuläre Verunreinigungen, beispielsweise aus dem Schmiermittel, herausfiltern und zurückhalten. Dadurch kann die Lebensdauer des Dichtsatzes selbst sowie von anderen Bauteilen eines mit dem Dichtsatz versehenen Pneumatik- oder Hydrauliksystems verlängert werden.
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Durch den Schaumspacer ist darüber hinaus ein (gewisses) Abstützen der Dichtungen ermöglicht. Im Betriebseinsatz können dadurch beispielsweise unerwünschte Schwingungen der Dichtungen gedämpft werden. Dies ist für die Lebensdauer der Dichtungen von Vorteil. Zugleich kann dadurch unerwünschten Betriebsgeräuschen des Pneumatik- oder Hydrauliksystems entgegengewirkt werden.
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Das Schaummaterial des Schaumspacers ist vorzugsweise ein Polymerschaum. In Abhängigkeit von den an die Dichtsatz gestellten Anforderungen kann der Polymerschaum beispielsweise ein Weichpolymerschaum, etwa ein PE-Schaum (= Polyethylen-Schaum) oder ein PU-Schaum (= Polyurethan-Schaum) sein.
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Weist der Schaumspacer bzw. dessen Schaummaterial nach einer Ausführungsform der Erfindung lipophile Oberflächeneigenschaften auf, so kann dadurch die Adsorption und Aufnahme von Schmieröl/Schmierfett/Hydrauliköl begünstigt werden.
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Nach der Erfindung kann der Dichtsatz auch zumindest eine weitere Dichtung aufweisen. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen jeder der Dichtungen vorzugsweise ein Schaumspacer angeordnet. Dadurch kann der Dichtsatz im Sinne seriell hintereinandergeschalteter Dichtungen mit dazwischenliegend angeordneten Schaumspacern auf die jeweilig abzudichtenden Betriebsdrücke bzw. Einsatzanforderungen ausgelegt werden. Es versteht sich, dass der Dichtsatz insoweit auch 4, 5, 6 oder auch mehr Dichtungen aufweisen kann.
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Nach der Erfindung weisen zumindest zwei der Dichtungen des Dichtsatzes eine übereinstimmende Hauptdichtrichtung auf. Dadurch kann ein besonders zuverlässiges Dichtvermögen des Dichtsatzes, insbesondere bei Hochdruckanwendungen bzw. bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen, realisiert werden. Weisen zumindest zwei der Dichtungen des Dichtsatzes einander entgegengesetzte Hauptdichtrichtungen auf, so kann dadurch auch im Falle einer im Betriebseinsatz auftretenden sogenannten Druckumkehrlage bzw. bei einem doppeltwirkenden Kolben ein ausreichendes Dichtvermögen des Dichtsatzes realisiert werden. Zudem kann in diesem Fall eine der Dichtungen des Dichtsatzes bedarfsweise als ein Abstreifer ausgeführt sein bzw. fungieren. Dadurch kann einem unerwünschten Eindringen von, beispielsweise an der Kolbenstange anhaftenden partikulären oder flüssigen (z.B. Wasser) Verunreinigungen, zuverlässig entgegengewirkt werden. Dies ist für die Lebensdauer der anderen Dichtung(en) sowie der weiteren Bauteile des Hydraulik- bzw. Pneumatiksystems von Vorteil.
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Erfindungsgemäß kann der Dichtsatz ein Abstützelement aufweisen, das zu einem axialen sowie ggf. auch radialen Abstützen zumindest einer der Dichtungen dient. Das Abstützelement besteht vorzugsweise aus einem im Vergleich zum Material des Schaumspacers bzw. der Schaumspacer verformungssteiferen Material.
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Eine besonders einfache Bereitstellung und Montage des Dichtsatzes kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass der Dichtsatz eine Montagekartusche aufweist, in der die Dichtungen sowie jeder Schaumspacer und, sofern vorhanden, das vorgenannte Abstützelement, gehalten angeordnet sind. Die Montagekartusche kann grundsätzlich aus Metall, einem Verbundwerkstoff oder auch aus einem Kunststoff, insbesondere einem Elastomer, bestehen. Es ist auch möglich, dass der jeweilige Schaumspacer durch die jeweiligen zugehörigen Dichtungen gehalten ist, die jeweilig in der Montagekartusche gehalten angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße Hydraulik- oder Pneumatiksystem umfasst einen Zylinder und einen Kolben oder eine Kolbenstange, der/die im Zylinder unter Ausbildung eines Dicht- oder Lagerspalts entlang einer Bewegungsachse hin und her bewegbar ist. Ein vorstehend erläuterter Dichtsatz dient einem Abdichten einer Hochdruckseite H des Dichtspalts gegenüber einer Niederdruckseite N des Dichtspalts, wobei jede der Dichtungen mit ihrem dynamischen Dichtabschnitt im Falle der Kolbenstange an einer Dichtfläche der Kolbenstange und im Falle des Kolbens an einer Dichtfläche des Zylinders umlaufend dynamisch dichtend anliegt.
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Der Dichtsatz kann nach der Erfindung mittels eines axialen Vorspannelements in einer Haltenut gehalten angeordnet sein. Weist das Hydraulik- oder Pneumatiksystem einen Kolben auf, so ist die Haltenut durch den Kolben oder die vorstehend erläuterte Montagekartusche gebildet. Weist das Hydraulik- oder Pneumatiksystem eine Kolbenstange auf, so kann die Haltenut durch den Zylinder oder die vorstehend erläuterte Montagekartusche gebildet sein.
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Weist der Dichtsatz ein vorstehend erläutertes Abstützelement auf, so ist dies von der Gegenlauffläche des Zylinders bzw. der Kolbenstange vorzugsweise beabstandet angeordnet. Dadurch können unerwünschte Reibungsverluste im Betriebseinsatz minimiert und einem Verschleiß der Dicht- oder Gegenlauffläche entgegengewirkt werden.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind rein beispielhaft.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Pneumatik- oder Hydrauliksystem mit einem Zylinder und mit einer im Zylinder hin- und her bewegbar geführten Kolbenstange sowie mit einem erfindungsgemäßen Dichtsatz mit zwei Dichtungen, zwischen denen ein komprimierbarer Schaumspacer auf Kontakt angeordnet ist, im Detailausschnitt;
- 2 ein zu 1 ähnliches Pneumatik- oder Hydrauliksystem, bei dem der Dichtsatz zwei weitere Dichtungen und ein Abstützelement aufweist, wobei eine der Dichtungen als ein Abstreifer ausgeführt ist; und
- 3 ein Pneumatik- oder Hydrauliksystem, bei dem der Dichtsatz eine Montagekartusche umfasst, in der die Dichtungen sowie das Abstützelement gehalten angeordnet sind.
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1 zeigt ein Pneumatik- oder Hydrauliksystem 10 in einer ausschnittsweisen Detaildarstellung. Das Pneumatik- oder Hydrauliksystem 10 umfasst ein Maschinenteil, hier in Form einer Kolbenstange 12, und einen (Arbeits-)Zylinder 14, in dem die Kolbenstange 12 unter Ausbildung eines Lager- bzw. Dichtspalts 16 entlang einer mit L bezeichnete Bewegungsachse hin und her bewegbar geführt ist.
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Der Zylinder 14 weist eine Dichtungshaltestruktur, hier in Form einer Haltenut 18, auf. Zur Abdichtung einer Innenseite H des Dichtspalts 16 gegenüber einer Außenseite N des Dichtspalts 16 dient ein Dichtsatz 20. Der Dichtsatz 20 ist in der Haltenut 18 des Zylinders 14 gehalten angeordnet. Der Dichtsatz 20 umfasst hier zwei Dichtungen 22. Die Dichtungen 22 sind mit ihren Montage- oder Fußabschnitten 24 jeweils in der Haltenut 18 des Zylinders 14 gehalten angeordnet. Die Dichtungen 22 weisen jeweils eine am Fußabschnitt 24 angeformte Dichtlippe 26 mit einem Dichtabschnitt 28 auf, der an der Kolbenstange 12 vollumfänglich dynamisch dichtend anliegt.
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Die Dichtabschnitte 28 sind jeweils mit einer Dichtkanten 30 versehen, die hier einander entgegengerichtete Wirk- bzw. Hauptdichtrichtungen S1, S2 aufweisen. Dadurch kann der Zylinder 14 als bidirektionaler Arbeits-Zylinder 14 fungieren. Die Dichtungen 22 sind durch ein zwischen den Fußabschnitten 22 angeordnetes Abstützelement 32 relativ zueinander auf Abstand gehalten. Das Abstützelement 32 ist mithin in axialer Richtung zwischen den beiden Fußabschnitten 24 der beiden Dichtungen 22 angeordnet. Das Abstützelement 32 ist vorzugsweise ringförmig geschlossen ausgeführt und kann beispielsweise ein Material mit einem größeren E-Modul als das Material der Dichtungen 22 umfassen. So kann das Abstützelement 32 etwa aus einem Hartkunststoff, einem Metall bzw. aus einem Verbundwerkstoff bestehen. Das Abstützelement 34 kann auch aus einem gummielastisch verformbaren Material bestehen. Die Dichtungen 22 können beispielsweise ein zähelastisch verformbares Elastomer, beispielsweise PTFE (Polytetrafluorethylen), umfassen bzw. aus solch einem Elastomer bestehen.
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Weiterhin ist in axialer Richtung zwischen den Dichtlippen 26 der Dichtungen 22 ein Schaumspacer 34 angeordnet. Der Schaumspacer 34 umfasst ein teilweise offenporiges komprimierbares Schaummaterial 36 bzw. besteht aus einem solchen Schaummaterial 36. Im gezeigten Montagezustand des Dichtsatzes 20 ist der Schaumspacer 34 in einer zur Bewegungsachse L axialen Richtung zwischen der ersten Dichtung 22 und der zweiten Dichtung 22 angeordnet. Die erste und die zweite Dichtung 22 liegen in axialer Richtung an dem Schaumspacer 34 beiderseitig an.
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Das Schaummaterial 36 des Schaumspacers 34 kann insbesondere ein Polymerschaum, bevorzugt ein Elastomerschaum, sein.
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Durch den Schaumspacer 34 kann im Betriebseinsatz des Pneumatik- oder Hydrauliksystems 10 eine verbesserte Schmierung der Dichtabschnitte 28 beider Dichtungen 22 erreicht werden. So kann der komprimierbare Schaumspacer 34 im Betriebseinsatz ein Schmiermittel des Pneumatik- oder Hydrauliksystems 10 bzw. ein Betriebsfluid des Hydrauliksystems 10 aufnehmen und zwischenspeichern. Das Schaummaterial 36 weist diesbezüglich vorzugsweise lipophile Oberflächeneigenschaften auf, um eine Adsorption/Absorption des Schmiermittels bzw. Hydraulikfluids zu begünstigen.
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Wird der Dichtsatz 20 hochdruckseitig mit einem im Dichtspalt 16 herrschenden atmosphärischen Betriebsdruck P beaufschlagt bzw. die Kolbenstange 12 in axialer Richtung relativ zu dem Dichtsatz 20 bewegt, so kann der Schaumspacer - abgeleitet aus einer druckbedingten oder reibungsbedingten Verformung der jeweilig hochdruckseitig am Schaumspacer 34 anliegenden Dichtung 22 - komprimiert und in der Folge das im Schaummaterial 36 des Schaumspacers 34 zwischengespeicherte Schmiermittel aus diesem freigesetzt (herausgepresst) werden. Eine vergrößerte mechanische Belastung der Dichtungen 22 geht somit zwangsläufig mit einer ausreichenden und ggf. sogar überschüssigen Schmierung deren Dichtabschnitte 28 einher.
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Bei einer Druckentlastung des Dichtsatzes 20, also beispielswiese bei einem Stillstand der Kolbenstange 12, können sich die Dichtungen 22 jeweils in ihren unbelasteten Funktionszustand gemäß 1 zurückverformen. Der Schaumspacer 34 kann sich aufgrund des seinem Schaummaterial 36 innewohnenden elastischen Rückstellvermögens ebenfalls in seine Ausgangsform (1) zurückverformen und überschüssiges Schmiermittel im Bereich der Dichtabschnitte 28 der Dichtungen 22 erneut aufnehmen. Der Schaumspacer 34 kann darüber hinaus eine Filterfunktion ausüben und im Dichtspalt 16 befindliche partikuläre Verunreinigungen aus dem Dichtspalt 16 bzw. dem Schmiermittel herausfiltern und zurückhalten. Insgesamt kann dadurch die Lebensdauer des Dichtsatzes 20 sowie des damit versorgten Pneumatik- oder Hydrauliksystems verlängert werden.
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Durch den Schaumspacer 34 ist darüber hinaus ein - wenngleich nur begrenztes - Abstützen der Dichtungen 20 ermöglicht. Im Betriebseinsatz können dadurch unerwünschte Schwingungen der Dichtungen 22 gedämpft werden. Dies ist für die Lebensdauer der Dichtungen 22 von Vorteil. Zugleich kann dadurch einer Entstehung von unerwünschten Betriebsgeräuschen entgegengewirkt werden.
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Zwecks eines Druckausgleichs kann ein Druckausgleichskanal 38 vorgesehen sein, über den der Schaumspacer 34 vorzugsweise mit der Niederdruck- oder Außenseite N des Pneumatik- oder Hydrauliksystems 10 fluidisch verbunden ist. Der Durchausgleichskanal 38 kann sich durch die niederdruckseitige Dichtung 22 erstrecken.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform des Pneumatik- oder Hydrauliksystems 10 gezeigt.
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Der Dichtsatz 20 umfasst hier eine erste, zweite, und dritte Dichtung 22, die jeweils auf der Hochdruckseite H des Abstützelements 32 seriell hintereinanderliegend angeordnet sind. Zwischen jeweils zweien der Dichtungen 22, d. h. jedem Dichtungspaar 40, ist jeweils ein Schaumspacer 34 angeordnet. Die Schaumspacer 34 können sich jeweils bis zum Nutgrund 18a der Haltenut 18 des Zylinders 14 erstrecken. Die Schaumspacer 34 können baugleich ausgeführt sein oder sich in ihren Materialeigenschaften voneinander unterscheiden. Die auf der Niederdruckseite N des Abstützelements 32 angeordnete vierte Dichtung 22 kann beispielsweise als ein sogenannter Abstreifer ausgeführt sein. Als Abstreifer umfasst die Dichtung 22 vorzugsweise ein Material mit einer im Vergleich zum Material der hochdruckseitig angeordneten Dichtungen 22 kleineren Modul.
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Gemäß dem in 3 ausschnittsweise gezeigten Pneumatik- oder Hydrauliksystem 10 kann der Dichtsatz 20 grundsätzlich eine Montagekartusche 42 umfassen. In diesem Fall ist die Montagekartusche 42 in der Haltenut 18 - hier des Zylinders 14 - gehalten angeordnet. Die Montagekartusche 42 kann aus Metall, einem Polymermaterial oder auch aus einem Verbundmaterial bestehen. In dazu entsprechender Weise können auch die in den 1 und 2 dargestellten Dichtsätze 20 jeweils in einer Montagekartusche 42 angeordnet sein.
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Darüber hinaus können die Dichtsätze 20 ein oder mehrere Klemmelemente 44 aufweisen, mittels derer die Dichtungen 22 gemäß 3 in der Montagekartusche 42 in axialer Richtung geklemmt gehalten angeordnet sind. Die Klemmelemente 44 bestehen vorzugsweise jeweils aus einem gummielastisch verformbaren Material, vorzugsweise einem Elastomer.
