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Elastische Dichtungskörper, vorzugsweise Dichtmanschetten, insbesondere
für hydraulische Bremsvorrichtungen an Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich
auf elastische Dichtungskörper, insbesondere Dichtmanschetten, die hohen sowie niedrigen
Temperaturen ausgesetzt sind und gegenüber einer Hydraulikfliissigkeit auf Polyglykolbasis
abdichten, insbesondere für hydraulische Bremsvorrichtungen an Kraftfahrzeugen auf
der Basis von synthetischem Kautschuk.
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Beim Gebrauch von Dichtungskörpern, beispielsweise von Dichtmanschetten
aus Mischungen auf der Basis von Kautschuk oder kautschukähnlichen Stoffen für Bremszylinder,
ist es erforderlich, daß diese Manschetten eine definierte Quellbeständigkeit gegenüber
den üblichen Bremsflüssigkeiten, die z. B. Polyglykol oder Rizinusöl enthalten,
aufweisen. Gleichzeitig sollen die Manschetten eine genaue Maßhaltigkeit besitzen
und beständig gegenüber hohen und niedrigen Temperaturen sein. Die Manschetten sollen
ferner die Eigenschaft haben, daß ihr plastischer Anteil gering und ihr elastischer
Verformungsanteil hoch ist, so daß die Dichtungslippen auch nach längerem Gebrauch
immer noch unter Spannung an der Zylinderwandung anliegen.
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Dichtmanschetten aus Mischungen auf Naturkautschukgrundlage haben
sich bis jetzt durchaus bewährt und boten einen Verwendungsanreiz durch ihre Kältebeständigkeit.
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Entsprechend aufgebaute Dichtmanschetten aus Synthesekautschukmischungen
aus Butadien und Butadien-Styrol-Mischpolymerisaten boten zwar eine ausreichende
Temperaturbeständigkeit, konnten aber wegen ihrer Quellung durch die Bremsflüssigkeit
nicht befriedigen, weil insbesondere bei höheren Temperaturen die Funktionssicherheit
des Bremssystems nicht mehr gewährleistet war.
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Es hat sich jedoch als notwendig erwiesen, die Sicherheit des Fahrbetriebes
auch bei im Bremssystem auftretenden höheren Temperaturen (von etwa 120°C) weiter
zu erhöhen, so daß die Dichtungsmanschetten derartigen Temperaturbeanspruchungen
standhalten und die Funktionssicherheit des Bremssystems erhalten bleibt.
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Dies wird durch die erßndungsgemäße Ausbildung der Dichtungsmanschette
erreicht, wobei vorgesehen ist, daß diese Manschetten aus einer Mischung bestehen,
die aus einem Polymerisat von Butadien aufgebaut ist, in welchem in an sich bekannter
Weise Styrol mit einem Anteil von 0 bis 15°/o einpolymerisiert ist und die Mischung
zur Steuerung des Quellverhaltens einen Zusatz von 2-Mercaptobenzimidazol von 0,
5 bis 3 Gewichtsprozent, auf den Kautschukanteil der Mischung bezogen, enthält.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn für diese
Mischungen eine
Beschleunigerkombination aus der Mercaptobenzothiazolreihe und der Thiuramsulfidreihe
verwendet wird und der gesamte Beschleunigeranteil der Mischung mehr als 3°/0, bezogen
auf den Polymerisatanteil, beträgt.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung der Manschette hat den Vorteil, daß
ihre Wirksamkeit in Polyglykol-Bremsflüssigkeiten erhalten bleibt und daß sie bis
zu den geforderten Temperaturen von-40°C kältebeständig ist.
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Die Funktionsfähigkeit derartiger Manschetten wurde durch Versuche
bestimmt, wonach die in eine Bremsvorrichtung eingebauten Manschetten 70 Stunden
lang einer Temperatur von 120° C ausgesetzt wurden und dabei 70 OOOmal die Bremsvorrichtung
mit 70 atü betätigt wurde. Nach dieser Prüfmethode müssen die Manschetten von z.
B. 25, 4 mm Durchmesser nach Beendigung der Prüfung noch einen Durchmesser haben,
der 0, 762 mm größer ist als die Zylinderbohrung von 25, 4 mm. Wie die Versuche
ergaben, wird diese Vorschrift von der erfindungsgemäßen Manschette gut eingehalten.
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Die Erfüllung dieser Prüfungsbedingungen beweist, daß die erfindungsgemäßen
Manschetten auch nach härterer Beanspruchung noch eine genügende Lippenspannung
aufweisen, womit die Funktionssicherheit von Bremssystemen zusammenhängt.
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Die vorstehend ausgeführten Bedingungen werden von Mischungen auf
Naturkautschukbasis nicht erfüllt. Es hat sich dabei gezeigt, daß die Manschetten
aus Naturkautschukmischungen bei höheren Temperaturen in Anwesenheit von Bremsflüssigkeit
verhärten und negative Quellwerte ergeben, wodurch eine Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit
gegeben sein kann.
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Im Gegensatz dazu wird durch Anwendung der erfindungsgemäßen Mischungen
dieser Nachteil behoben,
da diese die vorstehend erwähnten Bedingungen
voll und ganz erfüllen. In einer Bremsflüssigkeit auf Polyglykolbasis trat nämlich
bei einer Versuchstemperatur von 120°C nach einer Lagerzeit, bei welcher normale
Manschetten auf Naturkautschukbasis eine die Funktionsfähigkeit in Frage stellende
Verhärtung zeigten, praktisch keine meßbare Härteanderung ein.
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Je nach der verwendeten Bremsflüssigkeit ist weiterhin für die erfindungsgemäßen
Manschetten eine bestimmte Quellung vorgeschrieben. Eine Schrumpfung der Manschetten
ist in jedem Fall unzulässig.
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Erst durch den bereits erwähnten Zusatz von 2-Mercaptobenzimidazol
wird es möglich, daß die Quellwerte der erfindungsgemäßen Mischungen genau in einem
erwähnten Rahmen variiert werden können.
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2-Mercaptobenzimidazol ist an sich als Alterungsschutzmittel in Kautschukmischungen
bereits bekannt.
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Es wurde jedoch überraschenderweise gefunden, daß diese Substanz in
Synthesekautschuken der beschriebenen Art und in Abhängigkeit von der Dosierung
die Funktion der Sicherstellung einer bestimmten Quellgroße übernimmt. Wenn den
Mischungen z. B.
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1, 5 Kautschukprozent 2-Mercaptobenzimidazol zugesetzt werden, erhält
man eine Quellung von 5 Volumprozent. Höhere Zusätze dieser Substanz ergeben höhere,
niedere Zusätze eine geringere Quellung.
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Der niedrige Styrolgehalt begründet die Kältebeständigkeit der Manschetten.
Selbst bei einem Styrolgehalt kleiner als 1, im Grenzfalle sogar = 0, läßt sich
noch eine ausreichende Kältebeständigkeit erhalten. Das Kälteverhalten der ausgestalteten
Manschetten ist ausgezeichnet, während Mischungen mit einem höheren Styrolgehalt
im Mischpolymerisat nicht diese erwähnte Kältefestigkeit ergeben.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Manschette aus
einer Mischung, die ein Beschleunigergemisch von 2-Mercaptobenzothiazol und Dipentamenthylenthiuramtetrasulfid
enthält. Diese Beschleunigerkombination in der angegebenen Menge gibt den Effekt,
daß die erfindungsgemäß aufgebauten Manschetten im Zusammenwirken mit 2-Mercaptobenzimidazol
auch bei der gewünschten kontrollierbaren Quellung, diese Verbesserung der physikalischen
Eigenschaften aufweisen, insbesondere hinsichtlich der Beständigkeit der Lippenspannung.
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Die Beschleunigerkombination kann z. B. wie folgt abgestimmt sein
: Auf 2, 5 Kautschukprozent Schwefel werden 1, 5 Kautschukprozent 2-Mercaptobenzothiazol
und 1, 5 Kautschulcprozent Dipentamethylenthiuramtetrasulfid verwendet.
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Außerdem werden der Mischung noch 1, 5 Kautschukprozent 2-Mercaptobenzimidazol
zugesetzt.
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Die mit den unter Verwendung der erfindungsgemäß aufgebauten Mischungen
hergestellten Manschetten durchgeführten Messungen ergaben die unten angegebenen
physikalischen Daten.
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In der foIgenden Tabelle ist auch das Quellungsverhalten der erfindungsgemäß
gestalteten Manschetten im Vergleich mit aus Naturkautschukmischungen angefertigten
Manschetten gezeigt. Als Quellungsflüssigkeit wurde eine Bremsflüssigkeit auf Basis
Polyglykol verwendet.
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Die erfindungsgemäßen Manschetten werden verglichen mit Manschetten
auf Naturkautschukbasis, welche die beanspruchte Beschleunigerkombination und die
beanspruchten Zusätze nicht aufweisen.
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Aus folgenden Beispielsmischungen wurden die zu vergleichenden Mischungen
hergestellt :
| Erfindungsgemäß hergestellte |
| Naturkautschukmanschetten |
| Manschetten |
| Gewichtsteile Gewichtsteile |
| Butadien-Styrol-Mischpolymerisat mit 10°/o Styrol... ~. 66 |
| Naturkautschuk................... 66- |
| Mercaptobenzimidazol .............................. - 1,1 |
| Schwefel .......................................... 1,7 1,7 |
| 2-Mercaptobenzolthiazol ........................... - 1,1 |
| Dipentamethylenthiuramtetrasulfid ................. - 1,1 |
| N-Cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamid ............. 1,0 - |
| Ruß ............................................... 26,3 24 |
| Zinkoxyd .......................................... 5 5 |
| Die Vergleichsuntersuchung ergabfolgendes Bild: |
| gut gutgut |
| KältefunktionsprüfungimBremsaggregatbei-40°C | erfüllt deutliches
l erfülltkaummerkliche |
| Härte nach QueXung. t Weichwerden J Veränderung |
| Beurteilung nach Quellung bei höheren Tempera- |
| turen............... wird schmierig unverändert |
| Zerstörungserscheinung nach Funktionsversuch.. schwach bis
stark sehr schwach |
| etwa 65 etwa 65 etwa 68 |
| Rückprallelastizität ............................. etwa 55
etwa 45 |
Noch deutlicher treten die Vorteile der erfindungsgemäß aufgebauten Dichtmanschetten
bei Betrachtung der Diagramme in F i g. 1 und 2 hervor.
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In F i g. 1 sind die Härteänderungen-in Abhängigkeit von der Lagerzeit
in einer handelsüblichen
Bremsflüssigkeit auf Polyglykolbasis-von Dichtmanschetten
in konventionellem und erfindungsgemäßem Mischungsaufbau bei 100 bis 120°C einander
gegenübergestellt, während F i g. 2 die Quellung derselben Dichtmanschetten unter
gleichen Bedingungen zeigt.
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Es fällt auf, daß Manschetten in konventioneller Ausführung bei einer
Beanspruchung bei 120° C bereits nach 7 Tagen eine beginnende Verhärtung zeigen,
die, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, eine Schrumpfung (ausgedrückt durch negative
Quellwerte) zur Folge hat, während bei einer Beanspruchung bei 100 °C eine starke,
ständig zunehmende Erweichung eintritt. Beide Faktoren-einerseits die Schrumpfung
und andererseits die Erweichung-geben keine Gewähr für eine ausreichende Funktionssicherheit
des Bremssystems.
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Demgegenüber gewährleisten die erfindungsgemäß aufgebauten Manschetten,
wie die jeweiligen Kurven 1 und 2 der F i g. 1 und 2 zeigen, durch die Konstanz
der für die Erhaltung der Funktionstüchtigkeit des Bremssystems kritischen Eigenschaften
ein sicheres Funktionieren desselben, auch bei höheren Temperaturen.
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Damit ist durch die vorstehende Tabelle und die Darstellungen in
den F i g. 1 und 2 erwiesen, daß die zunächst unerfüllbar erscheinenden Anforderungen
voll erfüllt wurden. Auch die zunächst nicht zu realisierenden Anforderungen, die
durch die vorher beschriebenen Funktionsprüfungen festgestellt wurden, konnten durch
den erfindungsgemäßen Aufbau der Dichtmanschetten erfüllt werden.
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Um die Verarbeitbarkeit der vorstehend aufgeführten Mischungen zu
beeinflussen, können der Mischung ferner geringe Anteile von Naturkautschuk zugesetzt
werden, ohne daß hierdurch die günstigen Eigenschaften der vorgenannten Zusammensetzung
nennenswert beeinträchtigt werden.
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F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch eine aus dem erfindungsgemäßen
Stoff aufgebaute Dichtmanschette.
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Die Dichtlippe L weist auch nach längerer Gebrauchsdauer im ausgebauten
Zustand noch einen Durchmesser D auf, der stets größer ist als der Innendurchmesser
des zugehörigen Zylinders. Die dargestellte Manschette ist im Sinn eines Beispieles
zu versehen.
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Die Erfindung findet ihre Anwendung mit dem gleichen Erfolg auch bei
anderen Dichtmanschettenausführungen, ebenso wie bei elastischen Dichtungskörpem
der verschiedenen Arten, deren Dichtwirkung von
einer Schrumpfung des Dichtkörpers
beeinträchtigt wurde.