DE2457762B2 - Dichtung fuer kolben bzw. kolbenstangen von arbeitszylindern - Google Patents

Description

Durch die trotz relativ geringer Vorspannung an der Dichtkante bewirkte Partialpressung wird insbesondere bei langsamen Hubbewegungen der für diese Dichtungsart lebensnotwendige Film aus flüssigem Betriebsmedium so scharf abgestreift. daß die Dichtung infolge trockener Reibung zerstört wird.

Bei schnellen Hubbewegungen reicht die Vorspannung der Dichtkante nicht aus. um einen unzulässig dicken, bei Kolbenstangendichtungen nach außen tretenden Schmierfilm zu unterbinden.
Bei hohen Betriebsdrücken wird auch der Dichtungsrücken voll an die Lauffläche angepreßt. Beispielsweise beträgt bei einem Betriebsdruck von 80 bar die Flächenpressung am Rücken der Dichtung annähernd 80 kp/cm², während die Pressung an der Dichtkantc uei diesem Betriebszustand üblicherweise 95 kp/cm² nicht überschreitet. Wird die Dichtung derart belastet, führt die hierdurch bewirkte hohe Reibung auch bei feinstbearbeiteten Laufflächen zu ruckweisem Anfahren des Zylinders und zum schnellen Zusammenbruch der Dichtung durch Reibvcrschleiß.

Bei einer weiteren bekannten Dichtung (hier jedoch angeordnet in einer Nut mit zylinderförmigem Nutgrund) ist ein vorwiegend plastisches, selbstschmierendes, Dichtungsteil zwischen der metallischen Lauffläche und einem elastischen, durch Eigenspannung anpreßbaren Dichtungsteil angeordnet.

Die auf diese Art eingesetzten plastischen Dichtungstei'e zeigen eine relativ geringe Abdichtwirkung bei schnellen Hubbewegungen sowie eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Schmutzpartikeln im abzudichtenden Druckmedium und gegenüber den üblichen, fertigungsbedingten Oberflächenrauhigkeiten der entsprechenden Laufflächen. Nach dem Stand der Technik ist der Einsatz solcher Dichtungen deshalb begrenzt auf Kolbendichtungen in feinstbearbeiteten Zylinderrohren mit Oberflächenrauheit'jn unter R, = 2,0μηι, wobei außerdem der Einsatz von Feinstfiltern für das abzudichtende Druckmedium zwingend nötig ist. Die relativ geringe Abdichtwirkung bei schnellen Hubbewegungen sowie die hohe Empfindlichkeit der bekannten selbstschmierenden D chtungsteile (beispielsweise Rin-

ge aus Polytetrafluoräthylen bzw. Ringe aus anderen Kunststoffen mit hohem Mischungsanteil aus Festschmierstoffen) resultieren daraus, daß diese Ringe grundsätzlich eine nur geringe Elastizität aufweisen und höhere örtliche Spannungszustände durch den sögenannten »KaltfluB« innerhalb der Ringe selbst abgebaut werden.

Bei diesen Dichtungen ist eine stirnseitige, in Richtung der Dichtungs-Relativbewegung weisende — an sich zur Verhinderung der Poiseulle'schen Schlepp-Strömung unbedingt nötige — scharfe Abstreifkante mit gegenüber der Pressung im Verlauf der Dichtungs-Berührungslänge stark erhöhter Anpressung praktisch nicht darstellbar.

Die bei diesen Dichtungen bei Hubbewegungen zwangsläufig entstehende Schleppströmung (unbefriedigende Dichtheit) führt zu einem zusätzlichen Abheben der in Richtung der Dichtungs-Relativbewegung weisenden Partie der Dichtung von der Lauffläche und zu einem Einklemmen von Schmutzpartikeln des Druckmediums in dem dadurch entstehenden keilförmigen Ringspalt.

Die Folgen sind: Einlagerung von abrasiven Fremdkörpern in der Dichtung, Verschleiß der metallischen Laufflächen, Zerstörung der Dichtung. :s

Die Empfindlichkeit der genannten Dichtungen gegenüber den Oberflächenrauheiten ist ebenfalls Folge der mangelnden Elastizität — aber auch Folge der geringen Festigkeitskennwerte — der für Abdichtungs-Ewecke eingesetzten selbstschmierenden Ringe.

Bei einer weiteren Dichtung der vorgenannten Art soll ein zusätzlicher Dichtungskörper aus geringelastischem Material bei Beaufschlagung der Dichtung mit Hochdruck das Einwandern von Teilen der Dichtung in den Dichtspalt verhindern.

Diese Dichtungsart geht von der bekannten Möglichkeit aus, eine Abdichtung zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen so zu gestalten, daß das abzudichtende Druckmedium in radialer Richtung eine Dichtungsfläche beaufschlagt, die größer ist als die von der entsprechenden Lauffläche abgestützte Dichtungsfläche.

Hierdurch wird eine Erhöhung der Dichtungsanpressung in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebsdruck und verbesserte Dichtigkeit im Hochdruckbereich durch Verhinderung der Poiseulle'schen Schleppströmung ab bestimmten, hohen Betriebsdrücken erzielt. Wegen der bei dieser Dichtungsart vorgesehenen tangentialen Dichtungsvorspannung, die von Natur aus zu einer geringeren Anpressung der Dichtung an dit Lauffläche im Niederdruckbereich bzw. bei drucklosem Zustand des abzudichtenden Betriebsmediums führt als die übliche, radiale Dichtungsvorspannung sowie wegen der abgeschrägten Anlaufflächen der eigentlichen Dichtlippen ist diese Dichtungsart aufgrund der schon vorher beschriebenen, hier noch stärkeren Poiseulle'schen Schleppströmung und Empfindlichkeit gegenüber Schmutzpartikeln im Druckmedium nicht für den Betrieb in Arbeitszylindern geeignet, bei denen auch im unteren und mittleren Druckbereich gefahren werden <«> muß.

Neben der nicht gegebenen universellen Anwendbarkeil für Arbeitszylinder iit die Herstellung dieser Dichtungen wegen ihrer komplizierten Form und der Summierung der Fertigungstoleranzen von beiden f>s Dichtungsteilen in radialer Richtung sehr aufwendig und teuer.

Die bisher beschriebenen Dichtungen sind — auch bei Berücksichtigung der angeführten Einschränkungen — nur brauchbar, wenn die zugehörigen Laufflächen mit hoher Präzision feinstbearbeitet werden. Im Gegensatz hierzu kann eine weitere, bekannte Dichtung an Laufflächen mit relativ großer Rauheit eingesetzt werden. Bei dieser Dichtung handelt es sich um einen üblichen Nutring, an dessen Rückenpartie ein zusätzlicher Ring aus einem die Oberflächenrauheiten der Lauffläche ausfüllenden Stoff angeordnet ist.

Da die über den jeweiligen Betriebsdruck hinausgehende Anpressung der Dichtlippe an die abzudichtende Lauffläche nur durch eine tangentiale Dichtungsvorspannung erfolgt, treten hier ebenfalls die schon genannten Schwierigkeiten auf. Die bei der Verwendung dieser Dichtungen nötigen, zusätzlichen Niederdruckdichtungen mit durch radiale Verspannung erzeugter höherer Anfangspressung können nicht verhindern, daß sich die im abzudichtenden Druckmedium befindlichen Schmutzpart-keln in die Hochdruckdichtung einlagern bzw. sich in dem Raum zwischen Hoch- und Niederdruckdichtung festsetzen.

Darüber hinaus erscheint die zusätzliche Anordnung von Niederdruckdichtungen sowie von teueren, weil an den Dichtlippen notwendigerweise angeschliffenen. Ntitringen als relativ kostenaufwendige Lösung. Insbesondere der Schleifvorgang an den Dichtlippen muß mit größter Sorgfalt durchgeführt werden, weil schon geringste Schleifriefen an der Dichtkante zu noch größerer Empfindlichkeit gegenüber Schmutzpartikeln führen.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei dieser Dichtungsart deshalb, weil wegen der geringen tangentialen Vorspannung Jer Nutring-Dichtlippe die Entstehung eines Filmes aus flüssigem Betriebsmittel zwischen dem zusätzlichen, die Oberflächenrauheiten ausfüllenden Ring und der Lauffläche bei entsprechenden Hubbewegungen unvermeidbar ist. Dieser Film aus flüssigem Betriebsmittel (üblicherweise Hydrauliköl) behindert jedoch — wie aus der einschlägigen Literatur bekannt — die feste Verankerung des kristallinen Festschmierstoffes auf der entsprechenden Oberfläche und die Ausbildung eines geschlossenen Überzuges sehr erheblich. Darüber hinaus können die üblicherweise in Hydraulikölen vorhandenen EP-Wirkstoffe bzw. die detergierenden oder dispergierenden Additive die eine bessere Haftung bewirkenden Polarisationskräfte des Trockenschmiermittels ggf. völlig neutralisieren.

Diese Wirkvorgänge führen dazu, daß einerseits di° in der Lauffläche vorhandenen Rauhtäler nicht völlig ausgefüllt werden und insbesondere die vom Trockenschmiermittel nicht bedeckten Rauhspitzen einen fortlaufenden Verschleiß der Dichtung erzeugen und andererseits durch das ständige Wiederauffüllen der Unebenheiten der Lauffläche ein fortschreitendes Aufbrauchen des zusätzlichen Ringes erfolgt.

Es liegt die Aufgabe vor. unter Vermeidung der geschilderten Nachteile eine Dichtungsanordnung für Kolben bzw. Kolbenstangen von Arbeitszylindern zu schaffen, die sowohl im Hochdruckbereich als auch be geringsten Drücken des Arbeitsmediums die Bildung eines Filmes von einer vom Arbeitsmittel herrührender Flüssigkeit mit Sicherheit ausschließt, ohne dabei einen nennenswerten Verschleiß zu unterliegen, und die die Verwendung von relativ rauhen Gleitflächen in der Zylindern zuläßt. Vor allem soll erreicht werden, dat. sich auf der metallischen Gleitfläche betriebsmäßig sofort ein druckfester, geschlossener und durcl Polarisationskräfte fesi verankerter Überzug au:

Trockenschmiermitteln bildet, wobei diese Ausbildung weder durch die flüssigen Betriebsmittel selbsit, noch durch seine detergierenden oder dispergierenden Additive störend beeinflußt werden kann. Darüber hinaus soll diese Dichtungsanordnung unempfindlich gegenüber Schmutzpartikeln im Druckmedium sein und entsprechende Schmutzeinlagerungen auch in den metallischen Gleitflächen sicher verhindern. Durch einfachste Formgebung soll zudem die nachfolgend beschriebene Dichtungsanordnung sehr kostengünstig herstellbar sein und insbesondere auch zur Vermeidung von Schleifriefen eine scharfe, lediglich geschnittene Dichtkante aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dichtungsanordnung derart gelöst, daß erstens ein aus hochelastischem, festem Werkstoff bestehender Dichtungsring mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt in einer Nut angeordnet ist, deren minimale Tiefe um so viel kleiner ist als die radiale Breite des Dichtungsringes, daß infolge hoher Partialpressung ein Trockenlauf an der dem Druckraum zugewandten Kante des Dichtungsringes erzielt wird und daß zweitens zwischen dem Dichtungsring und der dem Druckraum abgewandten, rechtwinklig zur Zylinderachse verlaufenden Nutflankc ein einen hohen Anteil an Molybdändisulfid enthaltener Ring aus plastisch verformbarem nicht selbstschmierendem Werkstoff angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine scharfe, aus hochelastischem Werkstoff bestehende Dichtungskante mit zusätzlicher, hoher radialer Vorspannung an der Dichtungs-Lauffläche anliegt und damit sicher im Druckmedium enthaltenen Schmutzpartikeln abstreift und eine Poiseulle"sche Schleppströmung in allen üblichen Druckbereichen auch bei schnellen Hubbewegungen unterbindet. Trotz der hierdurch erzwungenen. Trockenreibung ist die Reibkraft an allen relativ zueinander bewegten Teilen außergewöhnlich gering, weil durch das vom vorwiegend plastischen Dichtungsteii abgegebene Trockenschmiermittel ein druckfestcr Schmierfilm in allen denkbaren Betriebsbereichen sichergestellt werden kann.

Darüber hinaus ist die wichtigste Voraussetzung für ein einwandfreies Schmierverhalten — die feste und bleibende Verankerung des Trockenschmiermittels durch Polarisationskräfte auf der entsprechenden Lauffläche — erfüllt, da bei der Gleitbewegung das Trockenschmiermittel fest an die Lauffläche aufgerieben und richtungsorientiert wird. Wichtig ist hierbei insbesondere, daß wegen der Unterbindung eines Flüssigkeitsfilmes zwischen Lauffläche und plastischem Dichtungsteil die Verankerung des Trockenschmiermittels durch Polarisationskräfte ungestört erfolgen kann, da die diesen Vorgang stark behindernden Einflüsse von EP-Werkstoffen bzw. detergierenden oder dispergierenden Additiven im Betriebsmedium (z. B. Hydrauliköl) nicht mehr wirksam werden können. Durch einfachste Formgebung der einzelnen Dichtungsteile werden außerdem die sonst bei solchen Dichtungen notwendigerweise anfallenden Fertigungs- und Werkzeugkosten erheblich reduziert.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Tiefe der für die Aufnahme des Dichtungsringes vorgesehenen Ringnut an der dem Druckraum zugewandten Seite im Verhältnis zu der radialen Breite des Dichtungsringes und seiner Festigkeitskennwerte so gering ausgeführt, daß die hierdurch erzeugte und ggf.

durch den jeweiligen Eietriebsdruck und die Gleitbewe gung verstärkte Flächenpressung des Dichtungsringes an der Lauffläche eine Größe erreicht, die schon während der Einlaufzeit zum Abscheren von Trockens Schmierstofflamellen aus Einkristallen bzw. zur Efildung eines glatten, homogenen Festschmierstoffilmes genügt. Wie bekannt, werden Dichtungsnuten allgemein so ausgeführt, daß kompakte Dichtungen aus Natur- oder Kunstgummi radial um 4 ... 15% verformt werden; dies

ίο führt zu gemessenen Pressungsdrücken, die höchstens um 15 bar über dem vom jeweiligen Betriebsdruck herrührenden Pressungen liegen. Bei tangential vorgespannten Dichtungen ist die zusätzliche Anpressung an die Lauffläche noch wesentlich geringer.

κ Bei Anwendung vor Trockenschmiermitteln auf der Basis von MoSj genügen die genannten Pressungswerte allenfalls für die Verschiebung von MoS;-Schuppen die locker auf MoS2-Kristallen haften, d.h. zur Bildung einer relativ glatten Oberfläche mit verbleibenden Vertiefungen und deutlich markierten Korngren/e":. Die Reibungszahl solcher Oberflächen liegt bei etwa μΓΠ = 0,1 und bleibt konstant erhalten.

Durch eine in der Diehtungstechnik bisher nicht praktizierte erfindungMnäßige Erhöhung der radialen

2s Vorpressung auf Werte, die mindestens zu einer Verdoppelung der vorgespannten, die vom Betriebsdruck herrührenden Pressungen übersteigenden Pressungsdrücke führen (z. B. 40... 130 bar bei drucklosen! Betriebsmedium) werden durch entsprechende Hubbewegungen Scherkräfte in das Trockenschmiermittel eingeleitet, die genügen, um MoS;-Lamellcn aus Einkristallpiatten abzuscheren.

Es ist bekannt, daß hierdurch ein äußerst glatter, fester und kompakter MoS₂-FiIm entsteht, bei dem auc'"

.15 bei starker Vergrößerung kaum Ansatzstufen von MoSi-Lamellen mehr feststellbar sind. Nach Beendigung der Einkristallamellen-Gleilung stabilisiert sieh der Reibungswert einer solchen Oberfläche bei μ = 0,03.

Die mit der erfindungsgemä'.ien Abdichtung gefahrenen Versuche bestätigen die aus wissenschaftlichen Arbeiten über die Technologie der MoS-Schmicrung bekannten Vorgänge:

Bei Arbeitszylindern mit rauhen Gleitflächen (Ri = ca. 18 μίτι) reduzierte sich der für die Bewegung des Zylinders nötige Druck des Betriebsmediums schon nach wenigen Hüben von ca. 7 bar auf weniger als 2 bar und blieb dann konstant.

so Bei der mikroskopischen Untersuchung der erzeugten Gleitflächen konnten keine Unstetigkeiten in den Beschichtungen festgestellt werden. Die ursprüngliche Rauheit hatte sich bis auf Ri = 0,4 μπι reduziert.

Die sonst bei Arbeitszylindern üblichen Stick-Slip-

Erscheinungen (Rattern beim langsamen Anfahren) waren völlig eliminiert; eine Bestätigung dafür, daß bei gut ausgebildeten MoSrSchichten die Reibung der Ruhe gleich oder kleiner der Bewegungsrei bung war.

Verschleißerscheinungen an den einzelnen Dichtungen und Festschmiermittel-Ringen konnten weder durch ungewöhnliche lange Dauerläufe im Hochdruckgebiet {versuchsmäßig eingestellter

6s Hochdruck: 315 bar) noch bei geringen Betriebsdrücken erzeugt werden.

Die genannten Versuchsergebnisse bestätigen, daß

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durch den Erfindungsgegenstand ein Vorurteil der Dichtungstechnologie überwunden wurde, nämlich die Annahme, daß eine Verringerung von Reibung, »tick-slip und Verschleiß an den Dichtelementen nur durch Reduzierung der Vorpressung erzielbar wäre. Bei der sachgemäßen Anwendung von Festschmierstoffen ist das Gegenteil der Fall: Eine gegenüber üblichen Ausführungen erhöhte Vorpressung bewirkt nicht nur eine praktisch absolute Dichtheit, sondern auch eine «ehr weitgehende Verlängerung der Lebensdauer und eine immense Reduzierung der Reibung von Dichtungen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß der Dichtungsring aus vernetztem Polyurethan mit einem Ε-Modul in der Größenordnung von ca. 750 kp/cm² besteht, wobei die in bezug auf Elastizität, Zug-, Weiterreiß- und Abriebfestigkeil außergewöhnlich guten Eigenschaften dieses Werkstoffes dazu führen, daß die bei einer Abdichtung der eingangs beschriebenen Art funktionsnotwendige, scharfe Abstreifkante des elastischen Dichtungsteiles auch nach langer Gebrauchsdauer mit hoher Vorspannung erhalten bleibt.

Der Ε-Modul, einer der besten in der Dichtungstechnik verwendeten Natur- und Kunstgummiwerkstoffe liegt nur bei etwa maximal 100 kp/cm-. Weil der Verformungswiderstand eine direkte Funktion des Elastizitätsmoduls darstellt, kann durch den Übergang auf Weikstoffe mit höherem Ε-Modul bei radialer Verformung ohne weitere Hilfsmittel eine Flächenpressung erzeugt werden, die das schon beschriebene Abscheren von Trockenschmiermittel-Lamellen aus Einkristallplatten bewirkt.

Die hierdurch erzeugte, optimale Oberflächenbesehichtung reduziert die sonst unzulässige Reibungswärme so weit, daß auch hydrolyse-empfindliche Dichtungen aus vernetzten! Polyurethan selbst bei Anwesenheit \on Wasserspuren im Druckmedium und den üblichen, hohen Betriebstemperaturen der Hydraulikanlage (um ca. 100"C) noch mit bestem Ergebnis einsetzbar sind.

Bei einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgegenstandes besteht der plastisch verformbare Ring aus zwei Teilstücken mit werkstoffmäßig unterschiedlichen Trokkens.chmiermiueln, von denen das erste Mittel eine hohe Bindungskraft — in der Umgangssprache: hohe Affinität chemischer Elemente — zum Werkstoff der abzudichtenden Lauffläche aufweist, während das zweite Trockenschmiermittel sich chemisch inert gegenüber der Lauffläche verhält.

Das erste Trockenschmiermittel (z. B. Molybdändisulfid) lagert sich bei Hubbewegungen an der Oberfläche beziehungsweise den Oberflächenrauheiten der entsprechenden Lauffläche (z. B. Stahl) mit einer starken, durch Polarisationskräfte bzw. eine Reaktion MoS₂ + 2 Fe- 2 FeS + Mo hervorgerufenen Haftung bzw. Bindung ab.

Die hierdurch erzeugte, noch relativ rauhe Schicht aus dem ersten, kristallinen Trockenschmiermittel wird ausgefüllt und damit geglättet vom zweiten Trockenschmiermittel (z. B. Polytetrafluoräthylen), welches sich in der Laufschicht des ersten Trockenschmiermittels nach entsprechender plastischer Verformung mechanisch fest verankert. Hierdurch entsteht eine aus beiden Schmiermitteln bestehende, äußerst dichte, glatte und mit der Lauffläche fest verbundene Gleitfläche für die Dichtungskombination, nach deren völliger Ausbildung — wie Versuche zeigten — der sonst übliche Abrieb der

einzelnen Dichtungsteile praktisch ganz zum Stillstand kommt.

Darüber hinaus reduziert sich auch der Reibbeiwert der Gleitpaarung sehr erheblich, wodurch ein ruckfreies Anfahren des entsprechenden Zylinders bei Hubbeginn gewährleistet ist und die durch Reibung erzeugte Temperatur an der Dichtungsoberfläche stark reduziert wird. Hierdurch wird ebenfalls ermöglicht, daß plastische Dichtungsteile aus hochelastischen, jedoch wärmeempfindlichen Werkstoffen (z. B. bestimmte Polyurethane) problemlos eingesetzt werden können.

Ein ähnlicher Effekt kann erreicht werden, wenn der plastisch verformbare Ring aus unterschiedlichen Trockenschmiermitteln besteht, 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, wobei sämtliche Trockenschmiermittel mittels eines Stützgitters aus plastisch verformbaren, nicht selbstschmierendem Werkstoff (z. B. modifiziertem Polyolefin) gebunden sind.

Wichtig ist hierbei, daß der für die Bindung der Trockenschmiermittel verwendete Werkstoff die im molekularen Bereich ablaufenden Reaktionen der einzelnen Trockenschmiermittel nicht behindert und dieselben schon bei relativ geringer äußerer Belastung in aktiver Form frei gibt. Zweckmäßigerweise erhalten sämtliche Dichtungsteile in ungespanntem Zustand jeweils annähernd gleiche Innen- bzw. Außendurchmesser und werden aus einfachen Schlauchstücken hergestellt. Hierdurch wird die Anzahl der notwendigen Fertigungsmittel und die Vielzahl von Dichtungsgrößen erheblich reduziert, da z. B. eine Dichtungskombination für Kolbenstangen ohne weiteres auch als Abdichtung für Kolben mit entsprechend größerem Durchmesser verwendbar ist. Darüber hinaus werden die Fertigungskosten erheblich gesenkt.

Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sollen nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben werden. Es zeigt

Abb. 1 den Querschnitt eines elastischen Dichtungsteiles in nicht montiertem, ungespanntem Zustand;

Abb. 2 den Querschnitt einer Dichtungsanordnung mit einem elastischen und einem plastischen Dichtungsteil;

Abb. 3 einen ähnlichen Querschnitt wie Abb. 2. jedoch mit anderer Form der Ringnut für die Aufnahme der Dichtutigsteile. wobei hier das plastische Dichtungsteil aus zwei Teilstücken besteht;

Abb.4 einen Querschnitt entsprechend Abb. 3. jedoch bei Druckbelasiung der Dichtungsanordnung und mit bespielsweise quantitativ dargestellter Anpressung der Dichtungsteile an die Lauffläche.

Es wird zunächst auf die A b b. 1 und 2 Bezuj genommen.

Ein elastisches Dichtungsteil 1 ist ebenso wie eil plastisches Dichtungsteil 2 in der Ringnut 3 eine Kolbens bzw. einer Kolbenstangendurchführung 4 eine nicht weiter dargestellten Arbeitszylinders angeordne Das Gegenstück 5 mit einer Lauffläche 6 ist Teil de dazugehörigen Zylinderrohres bzw. der zugehörige Kolbenstange, wobei in Abb.2 die Dichtungsanorc nung t, 2, 3 im Zustand vor dem Einschieben in da Gegenstück 5 gezeigt ist.

Die Tiefe der Ringnut 3 in Höhe der dem Druck^raui 7 zugewandten Stirnseite la des elastischen Dichtung: teiles 1 ist wesentlich geringer als die Dicke dies« Dichtungsteiles (Maß a in Abb.l), weshalb ii

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dargestellten Zustand die Dichtkante Ic des Dichtungsteiles 1 bei der Anordnung der Dichtungsteile 1, 2 in einem Kolben größer bzw. bei der Anordnung in einer Kolbenstangendurchführung kleiner im Durchmesser ist als der Durchmesser der zugehörigen Lauffläche 6.

Die Tiefe der Ringnut 3 in Höhe der dem Druckraum 7 abgewandten Stirnseite 16 des elastischen Dichtungsteiles 1 ist dagegen gleich oder größer als die Dicke (Maß a, Abb. 1) desselben, so daß in diesem Zustand der Durchmesser des Dichtungsteiles 1 in Höhe der Stirnseite \b gleich oder geringer ist als der Durchmesser der Lauffläche 6 des Gegenstückes 5 bei einer Zylinderrohr-Abdichtung beziehungsweise gleich oder größer ist als der Durchmesser der Lauffläche 6 des Gegenstückes 5 bei einer Kolbenstangenabdichtung.

Aufgrund dieser Ausgestaltung von Ringnut 3 und Dichtungsieil 1 wird nach dem Einführen der Dichtungsanordnung 1, 2, 3 in die Lauffläche 6 eine partielle Pressung mittels radialer Verformung — Verkleinerung des Maßes a in Abh.l; beidseitig kraftschlüssig abgestützte, radiale Druckspannung im Profilquerschnitt des Dichtungsteiles 1 — am Dichtelement 1 erreicht. Hierbei ist die Pressung zwischen Lauffläche 6 und Dichtungsteil 1 in jedem Betriebszustand des Arbeitszylinders wesentlich größer an der scharfen Dichtkante lein Höhe der Stirnseite la als in Höhe der druckabgewandten Stirnseite ib. wodurch ein Optimum in bezug auf Schmutzabstreifung und Verhinderung einer Poiseulle'schen Schleppströmung durch das Dichtiingsteil 1 bei Hubbewegungen des Arbeitszylinders sichergestellt ist.

Das vorwiegend plastische Dichtungsteil 2 kommt bei Hubbewegungen zur allseitigen Anlage an den umgebenden Bauteilen und versorgt so die Lauffläche 6 mit Trockenschmiermittel, wodurch die Reibung und die Reibungswärme an der Dichtflache erheblich geringer sind als bei üblichen Dichtungen mit Schmierung de Dichtfläche durch das Betriebsmedium im Gebiet de Mischreibung bzw. von Dichtungen, bei denen dii partielle Anpressung nicht ausreicht, um einen homogc nen, glatten und festhaftenden Überzug aus Trocken schmiermitteln zu erzeugen.

Abb. 3 zeigt die Anwendung von zwei vorwicgenc plastischen Diclitungsteilen 2a. 2b mit werkstoffmäßij unterschiedlichen Trockenschmiermitteln in drucklo sem, jedoch montiertem Zustand. Die Dichtungsanord nung nach A b b . 3 entspricht im wesentlichen — bis au die Anordnung von zwei Dichtungsteilen 2;;, 2b und dit abgewandelte Form der Ringnut 3 — der Dichtungsan Ordnung nach Abb. 2. weshalb auf eine weitere Beschreibung verzichtet werden kann.

In Abb. 4 ist quantitativ Pressungsdruckverlauf f zwischen den Dichtungsteilen 1, 2 und der Lauffläche I bei einem bestimmten druckbeaufschlagten Zustanc dargestellt. Der jeweilige Pressungsdruckverlauf irr Betrieb ergibt sich durch die Addition der hier variabler Druckhöhe 9 des Betriebsmediums und der Wirkung dei montagemäßig erzeugten Pressungsdrücke 10.

Die Abb.4 zeigt deutlich den gewünschten Pressungsverlauf 8 bei einem Betriebsdruck von 80 bar mil einem Maximum 11 von ca. 120 bar an der Dichtkante 10.

Die Größe des funktionsmäßig wichtigsten Pressungsteiles, d.h. des Maximums Il ist — untei Berücksichtigung der Dicke (Abb. 1) und der Werk Stoffkennwerte des elastischen Dichtungsteiles 1 — durch die Tiefe der Ringnut 3 in Höhe der Stirnseite 1,. auf einfache Weise so festgelegt, daß einerseits eine Poiseulle'sche Schleppströmung bei den gegebener Hubgeschwindigkeiten und Viskositäten des Druckme diums sicher unterbunden wird und andererseits auch eine einwandfreie Abdichtung im Niederdruckbereich bzw. im drucklosen Zustand gegeben ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ί. Dichtung für Kolben bzw. Kolbenstangen von Arbeitszylindern, bei der ein im Querschnitt im wesentlichen rechteckiger Ring aus nichtmetallischem Werkstoff in einer Nut angeordnet ist, deren Tiefe auf ihrer dem Arbeitsraum benachbarten Seite kleiner ist als die auf der dom Druckraum abgewandten Seite, wobei der minimale Abstand des Nutgrundes von der Gegenfläche kleiner ist als die ι ο radiale Breite des Ringes, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (1) aus einem hochelastischen festen Werkstoff besteht, daß die minimale Tiefe der Nut (3) um so viel kleiner ist als die radiale Breite des Dichtungsringes, daß infolge ■ > hoher Partialpressung an der dem Druckraum zugewandten Kante des Dichtungsringes ein Trok- kenlauf erzielt wird, und daß zwischen dem Dichtungsring und der dem Druckraum abgewand ten, rechtwinklig zur Zylinderachse verlaufenden :o Nutflanke ein einen hohen Anteil an MoS? enthaltender Ring (2) aus plastisch verformbarem, nicht selbstschmierendem Werkstoff angeordnet ist.
2. 2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der für die Aufnahme des Dichtungsringes (1) vorgesehenen Ringnut (3) an der dem Druckraum (7) zugewandten Seite im Verhältnis zu der radialen Breite des Dichtungsringes und seiner Festigkeitskennwerte so gering ist, daß die hierdurch erzeugte ggf. durch den jeweiligen Betriebsdruck und die Gleitbewegung verstärkte Flächenpressung des Dichtungsringes an der Lauffläche (6) eine Größe erreicht, die schon während der Einlaufzeit zum Abscheren von Trockenschmierstoff-Lamellen aus Einkristallen bzw. zur Bildung eines glatten, homogenen Festschmierstoffilmes genügt.
3. 3. Dichtung nach Anspruch ! und/oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (1) aus vernetztet!) Polyurethan mit einem Ε-Modul in der Größenordnung von ca. 750 kp/cm² besteht.
4. 4. Dichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der plastisch verformbare Ring (2) aus zwei Teilstücken (2a, 2b) mit werkstoffmäßig unterschiedlichen Trockenschmiermitteln besteht, wobei das erste Mittel eine hohe Bindungskraft zum Werkstoff der abzudichtenden Lauffläche (6) aufweist, während das zweite Trockenschmiermittel sich chemisch inert gegenüber der Lauffläche verhält.
5. 5. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der plastisch verformbare Ring (2) aus unterschiedlichen Trockenschmiermitteln besteht, von denen mindestens ein Mittel eine hohe Bindungskraft zum Werkstoff der Lauffläche (6) aufweist, während mindestens ein weiteres Trockenschmiermittel sich chemisch inert gegenüber der Lauffläche verhält, wobei sämtliche Trockenschmiermittel mittels eines .Stützgitters aus plastisch verformbarem, nicht selbstschmierendem Werkstoff < >o (z. B. modifiziertem Polyolefin) gebunden sind.
6. 6. Dichtung nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Dichtungsteile (1,2, 2;;, 2b) in ungespanntem Zustand jeweils annähernd gleiche Innen- bzw. Außendurchniesser <>s aufweisen und aus einfachen Schlauchstücken herstellbar sind.

   Die Erfindung betrifft eine Dichtung für Kolben bzw. Kolbenstangen von Arbeitszylinder!}, bei der ein im Querschnitt im wesentlichen rechteckiger Ring aus nichtmetallischem Werkstoff in einer Nut angeordnet ist, deren Tiefe auf ihrer dem Arbeitsraum benachbmen Seite kleiner ist als die auf der dem Druckraum angewandten Seite, wobei dar minimale Abstand des Nutgrundes von der Gegenfläche kleiner ist als die radiale Breite des Ringes.

   Bei bekannten Dichtungen der genannten Art handelt es sich um Dichtringe aus Natur- oder Kunstgummi für Niederdruck-Abdichtungen mit für diese Werkstoffe normaler, relativ geringer Vorspannung an der dem Arbeitsraum zugewandten Seite. Zwecks Reduzierung von Reibung und Verschleiß werden diese Dichtringe in einer zur druckabgewandten Seite hin vertieften Nut angeordnet, so daß der Dichtungsrücken zumindest bei geringen Betriebsdrücken ohne Pressung an der Lauffläche anliegt. So gestaltete Dichtungen sind für allgemeine Anwendungen bei Arbeitszylindern nicht brauchbar, und zwar aus folgenden Gründen: