DE2708456A1

DE2708456A1 - Gleitende dichtung fuer kolben und kolbenstangen von arbeitszylindern sowie fuer fliegende kolben von druckspeichern

Info

Publication number: DE2708456A1
Application number: DE19772708456
Authority: DE
Inventors: Herbert Urbaschek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-02-26
Filing date: 1977-02-26
Publication date: 1978-08-31
Also published as: FR2381949A1; SE7802215L; DE2708456B2; JPS53112360A; CA1136173A; GB1601674A

Description

Gleitende Dichtung für Kolben und Halbenstangen

Die Erfindung betrifft eine gleitende Dichtung für Kolben und Kolbenstangen von Arbeitszylindern sowie für fliegende Kolben von Druckspeichern, bestehend aus einer Kombination von Dicht- und Schmierringen.

Wie bekannt, werden bei solchen Dichtungskombinationen die eigentlichen Schmierringe aus einem plastisch verformbaren, an sich nicht selbstschmierenden Werkstoff hergestellt, der als loses Stützgitter für einen hohen Festschmierstoff-Anteil aus Molybdändisulfid (MoS₂), oder ähnlichen Stoffen dient. Schmierringe dieser Art entfalten ihre volle Wirksamkeit jedoch erst dann, uienn eine Gleitreibung auf praktisch trockenen Gleitflächen erreicht uird und der Schmierring selbst oder die abgeschabten Festschmierstoff-Partikel mit so hohen Scherkräften belastet werden, daß entsprechende Schichtgitterlamellen aus Einkristallplatten abgetrennt werden.

Bei einer bekannten Dichtungskombination der genannten Art wird die nötige hohe Belastung des Festschmierstoffes und der ebenfalls wichtige Trockenlauf dadurch erzeugt, daß ein hochfester, elastischer Dichtungswerkstoff -vorzugsweise vernetztes Polyurethan- mit einer gegenüber üblichen Dichtungen aus Natur- oder Kunstgummi etwa verdoppelten Festigkeit mittels einer Stufennut äußerst stark an die Gleitfläche gepresst uird und deshalb aufgrund der dadurch erzeugten glatten und kompakten Festschmierstoff-Schicht zwischen Dichtung und ursprünglicher Gleitfläche eine optimale Reduzierung der Reibbeiwerte, des Verschleißes und der Reibungswärme erfolgt.

Nach dem derzeitigen Stand der Technik können entsprechend hohe, bleibende Pressungen hochelastischer Dichtungen jedoch nur mit Werkstoffen erzeugt werden, die ein eng begrenztes Einsatzgebiet haben und insbesondere bei höheren Betriebstemperaturen, bei Uasserspuren im Druckmittel und

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bsi Anwendung von synthetischen, schüler brennbaren oder organischen Hydraulikflüssigkeiten nicht einsetzbar sind. Darüber hinaus verbietet die Notwendigkeit einer gestuften Dichtungsnut den Einsatz dieser Kombination bei vorhandenen rechteckigen üichtnuten. Bei einer weiteren bekannten Dichtungskombination wird der elastische Dichtring gegenüber der druckabgewandten Nutflanke durch einen sogenannten Stütz ring mit zusätzlichen, in Richtung des Dichtringe9 weisenden, Lippen abgestützt, wobei diese Lippen einer Zerstörung und "Knabberwirkung" des Dichtringe9 entgegenwirken sollen.

Stützringe dieser Art sind wegen ihrer Formgebung nicht aus einfachen Rührstücken abatechbar und somit bei der Herstellung relativ kostenaufwendig. Darüber hinaus können solche Stützringe zwar mit Dichtringen aus unterschiedlichen Werkstoffen kombiniert, selbst jedoch nicht nus lose, plastische StUtzgitter bildenden Werkstoffen für die Einlagerung von Trockennchmierstoffen hergestellt werden. Des weiteren bewirkt eine solche Dichtungskombination auch mit zusätzlichen Lippen am Sfcützring keine der Voraussetzungen (abnolute Dichtheit, außergewühnlich hnhe Anpreß- und ScherkrRfte) für die Bildung eines homogenen, glatten Festßchmlerstoff-Überzunes ohne feststellbare LamellenansStze auf der abzudichtenden GleltflHche.

Eine weitere bekannte Dichtungsanordnung beinhaltet zwischen dem inneren Dichtring-und dem Süßeren harten Stützring einen relativ weichen Zwischenring, der durch pla™ stitches FlieBen ein gutes Anpassungsvermögen an die benachbarten Bauteile besitzt. E3 erfolgt durch die vorgegebene Parallelform und den sogenannten "kalten FIuQ" des Zwischenringes ein völliges Verschließen der unter hohem Betriebsdruck entstellenden und auch durch Fnrtigungsungennu-I.ql'.niten verursachten Extnjmionsepalte und dpmifc ein ^chuh^ r}"s pingentliclien Oichtringes vor Zerstörung rJt.'rnh "Ai'knnbbern'¹.

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Auch hier kann jedoch weder eine praktisch absolute Dichtheit -zumindest bei größeren Hubgeschwindigkeiten oder/und rauheren Gleitflächen- noch auf die Dauer eine entsprechend hohe Scherkraft auf das ggf. in den Werkstoff des Zwischenringes inkorporierte Trockenschmiermittel bewirkt werden. Der ggf. vorhandene geringe Anteil von Trockenschmiermitteln ist darüber hinaus im Grundwerkstoff des Zuischenrin^t'b· fest gebunden und reicht schon allein mengenmäßig nicht zur Ausbildung einer kompakten Zwischenschicht zwischen ursprünglicher Gleitfläche und Dichtung aus. Allgemein bekannte Dichtungskombinationen mit kompakten Querschnitten der Dichtringe sowie sogenannte Manschettenpackungen, bei denen Dichtungswerkstoffe aus z.B. gewebeverstärkten Kunstgummiqualitäten wie Polymerisate oder Copolymerisate von Butadien, Akrylnitril, Chloropren oder von Vinyliden- und Hexafluorpropenfluoriden ect. verwendet werden, befriedigen im praktischen Gebrauch nicht in allen Fällen.

Unabhängig davon, daß diese Dichtungskombinationen nur in feinstbearbeiteten Rohrzylindern einsetzbar sind, verfolgt die Gewebearmierung vor allem das Ziel, daß in der Geweberasterung der Gleitpartie am Dichtungsrücken Spuren von flüssigem Druckmittel gehalten werden, um bei kritischeren Betriebszuständen eine sogenannte "flüssige f\lo ti auf schmierung" zu bewirken und einen plötzlichen Zusammenbruch der Dichtungen zu verhindern.

Nachteilig ist hierbei, daß die in der Geweberasterung eingelagerte Ölmenge keinesfalls ausreicht, um einen hydrodynamischen Schmierfilm an den Dichtungen selbst und den diesen nachgeordneten Führungsflächen eicherzuntellen. Um jedoch überhaupt eins Sättigung der Gnweberasterung mit flüssigem Druckmittel zu erreichen, muß wiederum die Dichtwirkung an den eigentlichen Dichtkanten oder am Dichtring selbst so weit reduziert werden, daß bei näheren An-

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forderungen an die Funktionagüte aocher DichtungskombinatA-onen meist mehrere Dichtringe an einer Dichtstelle eingesetzt oder dieselben stark verlängert und mit einer Vielzahl von Dichtkanten ausgeführt werden müssen.

Dichtungskambinationen der beschriebenen Art sind sehr kostenaufwendig und ein problemloser Einsatz ist im allgemeinen nur zu erreichen, wenn vorher durch langdauernde l/ersuche mit möglichst genau definierten Betriebsbedingungen ein tragbarer Kompromiß zwischen zulässiger Leckage und Lebensdauer erzielt wird.

Es liegt die Aufgabe vor, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile^ine gleitende Dichtung für Holben und Kolbenstangen von Arbeitszylindern sowie für fliegende Kolben von Druckspeichern zu schaffen, die sowohl im Hochdruckbereich als auch bei geringsten Drücken des Arbeitsmediums und bei unterschiedlichsten Hubgeschwindigkeiten die Bildung eines Filmes von einer vom Betriebsmittel herrührenden Flüssigkeit an der druckabgewandten Seite der Dichtungskambination bezw. des Schmierringes mit Sicherheit ausschließt, ohne dabei im Betrieb einem nennenswerten Verschleiß zu unterliegen und die eine Verwendung von außergewöhnlich rauhen Gleitflächen in den Rohrzylindern bezw. an den Kolbenstangen zuläßt ^>

Vor allem soll erreicht werden, daß diese Dichtung auch bei Verwendung von weniger festen Werkstoffen (z.B. unterschiedlichen Natur- oder Kunstgummiqualitäten) auch für Druckmittel auf der Basis von Uasseremulsionen, nicht brennbaren oder organischen Hydraulikflüssigkeiten, Glykol ect. praktisch verschleißfrei und reibungsarm arbeitet und betriebsmäßig sofort einen druckfesten, geschlossenen und festverankerten überzug aus Trockenschmiermittel zwischen der ursprünglich metallischen Gleitfläche des

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Rohrzylinders bzui. der Kolbenstange und der Dichtungskombination bildet.

Weiterhin soll das den eigentlichen Dichtring direkt abstützende Element der Dichtungskombination den an sich bleichen, hochelastischen Dichtring auch bei höchsten Betriebsdrücken und groben Fertigungstoleranzen vor Extrusion und "Knabberuirkung" sicher schützen, von einfachster Formgebung bzuj. kostengünstig herstellbar sein und in Bezug auf lilirkungs-Lebensdauer (auch in Hinblick auf Festschmierstoff-Überzugbildung) höchsten Ansprüchen genügen. Darüber hinaus soll diese Dichtungskombination in üblichen rechteckigen Dichtungsnuten anwendbar sein (keine Notwendigkeit von abgestuften oder abgeschrägten Nuten) und sicher vor Mangelschmierung und flüssiger Mischreibung geschützt sein und die ggf. nachgeordneten Führungsflachen ebenfalls hiervon schützen.

Selbst bei höchsten Anforderungen an Dichtheit, Lebensdauer und Hubgeschwindigkeit soll die Dichtungskombination nur einen einzigen Dichtring üblicher Länge in Axialrichtung benötigen. Durch den bewußten Verzicht auf eine flüssige Schmiermittelphase an den Dichtungs- und FUhrungsflHchen («Dichtheit) und die Ausbildung einer extrem glatten, druckfesten Schmiermittelschicht zwischen den Gleitpartnern (^Reduzierung von Reibverschleiß und -wärme) soll diese Dichtungskombination im Einsatz zu sicher vorhersehbaren Betriebseigenschaften führen, ohne daß entsprechende VersuchslBufe zur Bestimmung der einzelnen Dichtungsparameter nötig wöreh,

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erstens durch Druckübersetzung innerhalb der Dichtungskombination, durch axiale Verspannung mit Radialspreizung, durch radiale Verspannung und/oder durch eine spezielle Gewebearmierung des Dichtringes selbst eine einen praktisch absoluten Trockenlauf der Dichtungskombination erzwingende hohe Partialpressung

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erzeugt wird und daß zweitens zwischen dem Oichtring und der dem Druckraum abgewandten Nutflanke ein, einen hohen Anteil an mineralischem Trockenschmiermittel (z.B. 60% MoS ) enthaltender Ring aus plastisch verformbarem, nicht selbstschmierendem Werkstoff angeordnet 1st.

Der Erfindungsgegenstand zeichnet sich Insbesondere dadurch aus, daß ein Dichtring aus einem ohne Rücksicht auf die Festigkeit seines Grundmaterials festgelegten Werkstoff (der Werkstoff mlrd also nur im Hinblick auf Elastizität und Gebrauchstauglichkeit in klirkverblndung mit den gewählten Druckmittel ausgewählt) mit zusätzlicher hoher radialer V/orepannung an der Dichtungslauffiache anliegt oder aber einen entsprechenden Schmierring mit einer ebensolchen Pressung an die Gleitflache des Rohrzylinders oder der Kolbenstange spannt, so daß ein sicherer Trackenlauf in allen üblichen Druckbereichen auch bei schnellen Hubbeuegungen gewährleistet ist und die genannte Pressung so groß ist, daß das veruiendete Trockenschmiermittel sich ohne einen störenden Einfluß von detergierenden oder dispergierenden Beimengungen des Betriebsmittels fest an den ursprünglichen Gleitflächen verankern kann und darüber hinaus eine Abscherung von Trockenschmieretofflamellen aus Einkristallen erfolgt. -Trotz der hierdurch erzwungenen Trockenreibung ist die Reibkraft an allen relativ zueinander bewegten Teilen außergewöhnlich gering, ueil durch das van Schmierring abgegebene Trockenschmiermittel auf den entsprechenden Gleitflichen eine Laufschicht erzeugt wird, deren Rauhheit iw Regelfälle in der Größenordnung O₁k bis 1,0 Mikrometer liegt, auch wenn die ursprüngliche Rauhheit der metallischen Gleitflachen vor dem kurzzeitigen Einlauf bei 12 bis 20 Mikrometer be- -brggen hatte. Diese durch übliche spangebende Bearbeitung bei z.B. Rohrzyllndern im Regelfalle nicht darstellbare Glattheit der Gleitflachen bewirkt in Verbindung alt den Reibwertparametern der die ursprüngliche Gleitflache über-

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ziehenden Schicht aus z.B. reinem MolybdSndisulfld mit etwa gleichzusetzenden niedrigen Reibwerten der Bewegung und der Ruhe noch folgenden Vorteil:

Das bekannte "Festlutschen" von Dichtungen bei Zylindern, die längere Zeit im Ruhezustand unter hohem Druck gehalten werden müssen und mit Druckflüssigkeiten betrieben werden, die ungünstige Schmiereigenschaften besitzen, entfällt völlig und damit auch das "Losbrechen¹¹ solcher Zylinder (z.B. Grubenstempel) bei aktiver oder passiver Betätigung derselben· Darüber hinaus ist die wichtigste Voraussetzung für einwandfreies Schmierverhalten und praktisch unbegrenzte Lebensdauer des Schmierringes -die feste und bleibende Verankerung des Trockenschmiermittels durch Polarisationskräfte auf der entsprechende Lauffläche- erfüllt, da bei der Gleitbewegung das Trockenschmiermittel an und in die Lauffläche gerieben und richtungsorlentiert wird. Wichtig ist hierbei insbesondere, daß wegen der Unterblndung eines Flüssigkeitsfilmes zwischen Lauffläche und Schmierring die Verankerung des Trockenschmiermittels durch Polarisationskräfte ungestört erfolgen kann, da die, diesen Vorgang Bonet jtark. behindernden tinflÜBse entsprechender Wirkstoffe im Betriebsmedium nicht mehr wirksam werden können. Durch einfachste Formgebung werden außerdem die sonst bei solchen Dichtungskombinationen notwendigerweise anfallenden Fertigungs- und werkzeugkasten erheblich reduziert und es können auch die bei Biegekräften am Zylinder sonst nötigen Führungsringe aus Kunststoff oder Bronze völlig entfallen da die äußerst druckfeste Zwischenschicht ein Fressen der Führungatelle"Bicher"verhindert.

Cine Ausbildungsform des ErCindungBgegenstandes sieb daß die gewünschte hohe Pressung und Schsrtieaufschlagung des Schmierringes durch eine Druckübersetzung innerhalb der Dichtungskombination bewirkt wird· Hierbei ist eine Fläche -gebildet aus der Summe der Flficnen der den eigentlichen Dichtring in axialer Richtung abstützenden Fläche des Schmierringea und der Fläche des den Schmierring ggf.

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gegenüber dem Nutgrund abstützenden Kammerungsteiles- um so viel kleiner als die druckbeaufschlagte Fläche des Dichtringes, daß im Betriebszustand die Partialpressung des Schmierringes ein Vielfaches des jeueiligen Betriebsdruckes erreicht. Dafür, daß am mechanisch nicht abgestützten Rückenteil der eigentlichen Dichtung ein unerwünschter Mediumdruck nicht entstehen kann, sorgt -wie im übrigen ohnehin üblich- die durchlassige Geueberasterung des Dichtungsrückens·

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird z.B. bei einer axial verspannbaren Manschettenpackung, die sonst aus wenigstens drei geutebearmierten und zwei vollelastischen Dichtringen zwischen den immer nötigen Druck- und Stützringen besteht, einer der vollelastischen und zwei der gewebearmierten Dichtringe eingespart und durch einen entsprechenden Schmierring ersetzt, wobei gleichzeitig die axiale Spannkraft auf etwa das Doppelte der sonst üblichen, aus Verschleißgründen festgelegten, Grenzwerte erhöht wird. Durch diese Maßnahme erreicht die Flächenpressung des verbleibenden Dichtringes eine Größe, die schon während einer kurzen Einlaufzeit zum Abscheren von Trockenschmieratofflamellsr» aus Einkristallen bezw. zur Bildung eines glatten homogenen Festschmierstoff-Filmes genügt. Die Festigkeitskennwerte des vollelaetisuhen Dichtringes spielen hierbsiriieinB RbUe, da der Ring völlig gekammert ist. 3ie"lbekannt, genügen die bei üblichen Dichtungen wegen Reibung und Verschleiß einzuhaltenden Pressungs-Grenzwerte bei Anwendung van z.B. MoS₂ -Schmierringen allenfalls für eine Verschiebung von MoS₂ - Schuppen die locker auf MoS„ -Kristallen haften, d.h. zur Bildung einer relatiy^glatten Oberfläche mit verbleibenden Vertiefungejt^ütfddeutlich markierten Korngrenzen. Die Reibungss#iiaolcher Oberflächen liegt bei etwa 0,1 und bleibt konstant erhalten.

Durch die, außer beim ErfindXingsgegenstand, in der Dichtungstechnik bisher nur in Verbindung mit hochfesten Dichtungs-

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werkstoffen auf der Baals von Polyurethan und durch Stufenoder SchrHgnuten praktizierte hohe Anpresaung werden bei Hubbewegungen Scherkräfte in das Trockenschmiermittel eingeleitet, die genügen, um In allen Fällen z.B. MoS₂- Lamellen aus Einkrietallplatten abzuscheren.

Es ist bekannt, daß hierdurch ein äußerst glatter, fester und kompakter MoS„- Film entsteht, bei dem auch bei starker vergrößerung kaum Ansatzstufen von HoS- Lamellen mehr feststellbar sind. Nach Beendigung der ElnkristalllQmlllengleitung stabilisiert sich der Reibungswert einer solchen Oberfläche bei 0,03, also bei etwa einem Drittel der vorherigen Werte bei nur etwa verdoppelter Anpresaung·

Eine weitere Ausführung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, bei elnstUckigen Dichtringen in Kompaktbauweise die sonst nur an Dichtungsrücken und DichtungslaufflEche vorhandene Geuiebearmierung soweit an die eigentliche Dichtlippe des Ringes heranzuziehen, daß auch an dieser Stelle eine Erhöhung der Steifheit gegenüber dem eigentlichen elastischen Grundwerkstoff eintritt, und zwar dergestalt, daß hier eine Vergrößerung des Elastizitätsmoduls von sonst üblichen Werten (maximal 100 kp/cm²) auf zirka 250 bia 750 kp/cm² erreicht... wird. Die Erhöhung der Festigkeit und der Anpresskraft des gewebeverstarkten Dichtringes führt in Verbindung mit dem die Dichtung auf ihrer druckäBgewetuiten Seite abstützenden Schmierring auf einfache Weise ebenfalls zu dem schon vorher beschriebenen ülirkvorgang in Bezug euf Reduzierung der Reibkraft und des Verschleißes und zum Trockenlaäf der Dichtungskombination.

Selbstverständlich ist es mit dem gleichen Ergebnis möglich, einen Schmierring mit radialem oder axialem Übermaß direkt in eine entsprechende Ausnehmung des gewebeverstärkten Dichtungsteiles einzubetten. -^

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Bei einer weiteren Ausbildung des ErfindungsgegenstandEs besteht der plastisch verformbare Ring aus zwei Teilstücken mit uierkstoffmäßig unterschiedlichen Trockenschmiermittel^ van denen das erste Mittel eine hohe Bindungskraft -in der Umgangssprache: hohe Affinität chemischer Elemente- zum Werkstoff der abzudichtenden Lauffläche aufuieist, uiährend das zweite Trockenschmiermittel sich chemisch inert gegenüber der Lauffläche verhält.

Das erste Trockenschmiermittel (z.B. Molydändisulfid) lagert sich bei Hubbewegungen an der Oberfläche bezw. den Oberflächenrauhheiten der entsprechenden Lauffläche (z.B. Stahl) mit einer starken, durch Polarisationskräfte bezw. eine Reaktion MoSp + 2 Fe ·> 2 Fe S + Mo hervorgerufenen Haftung bezui. Bindung ab.

Die hierdurch erzeugte, noch relativ rauhe Schicht aus dem ersten, kristallin-en 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 V/ersuche zeigten- der sonst übliche Abrieb der einzelnen Dichtungsteile praktisch ganz zum Stillstand kommt· Darüber hinaus reduziert sich auch hierbei 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.

Ein ähnlicher Effekt kann erreicht werden, wenn der plastisch verformbare Ring aus unterschiedlichen Trockenschmiermitteln besteht, von denen mindestens ein Mittel sine hohe Bindungskraft zum Werkstoff der Lauffläche aufweist, während mindestens ein weiteres Trockenschmiermittel sich chemisch inert

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gegenüber der Lauffläche verhält, wobei sämtliche Trockenschmiermittel mittels eines Stützgitters aus plastisch verformbarem, 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 freigibt.

Eine besonders kostengünstige und vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ergibt sich, wenn eine der schon beschriebenen gleitenden Dichtungen zum Einsatz gelangt in Rohrzylindern mit besonders rauher Gleitflüche wie sie z.B. schon bei einfachem Kaltziehen der Rohre erzeugt wird. V/ersuche zeigten, daß bei der Anwendung solcher Rohre die ursprüngliche gebonderte Gleitfläche mit einer Rauhtiefe von etwa 20 Mikrometer schon nach wenigen Hubbewegungen völlig mit einer festen Trockenschmiermittelschicht mit einer Rauhtiefe von etwa 0,4 Mikrometer überzogen war.

Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenst'andes werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, darin sind:

Figur 1 und 2 schematische Axial-Schnittonslchten von zwei Kolbendichtungen, einfach- bezw. doppeltwirkend;

Figur 3 und h ebensolche Schnitte, jedoch von zwei Kolbenstangendichtungen.

Figur 5 zeigt den Axialschnitt einer sogenannten "axial verspannten Manschettenpackung", jedoch mit reduzierter Anzahl von vollelastischen und gewebearmierten Dichtringen.

Die Figuren 6 bis 10 zeigen Axialschnitte verschiedener Ausführungen von einfach- und doppeltwirkenden Dichtungsformen.

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Nach Figur 1 bis U gleitet ein halben 1 nach der völligen Montage in einem nicht dargestellten Zylinderrohr bzuu eine nicht dargestellte Kolbenstange in einem Endverschluß 2, möbel durch das jeweilige Betriebsmedium ein Druck in Richtung der Pfeile 3 bzuu abwechselnd in Richtung der Pfeile 3a und 3b auf die gleitende Dichtungskambination k ausgeübt wird.

Die Dichtungskombination η ist in einer üblichen Dichtungsnut 5 angeordnet und besteht hler beispielsweise aus dem eigentlichen Dichtring ka mit einer Gewebeverstärkung nb auf seiner jeweils druckabgewandten Seite und dem in einer entsprechenden Ausnehmung befindlichen, einen hohen Anteil an mineralischem Trockenschmiermittel enthaltenden Ring kc aus plastisch verformbarem nicht selbstschmierendem Werkstoff.

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

Das Zustandekommen der gewünschten Druckübersetzung innerhalb der Dichtungskombination wird der Einfachheit halber nur am Beispiel der Figur 1 beschrieben, erfolgt sinngemäß aber ebenso bei den Dichtungen nach Figur 2, 3 und h. Die betriebsmäßige Beaufschlagung der Dichtungskambination π wird bestimmt durch den jeweiligen Betriebsdruck, die Größe der beaufschlagten Fläche τ- (D₁ - D„ ), die l/orspannung an der Dichtkante *td sowie die Größe der betrieblichen Reibungskräfte an der Dichtung, während die Abstützung lediglieh auf einer Fläche von der Größe /- (D₁ - D, ) erfolgt und die Fläche -jL (D, - D„ ) der Dichtung nicht abgestützt bzw. ggf. nur von Rücklaufdruck der Niederdruckseite beaufschlagt wird. Der u,a. von der Größe der Fläche τ- (D, - D„ ) bestimmte Ringraum 8 kann nicht vom jeweiligen Betriebsdruck oder der von diesem beaufschlagten Dichtung selbst unter Druck gesetzt werden, weil die in diesem

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Ringraum ggf. vorhandene Druckflüssigkeit durch den üblicherweise geschlitzten Stützring 6 bzw· über die relativ rauhe druckabgewandte Stirnfläche des Ringes Uc und die Rasterung der Gewebeverstärkung kb entweichen kann· Durch den beschriebenen Vorgang wird der Ring kc 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·

Figur 5 zeigt eine Dichtungskambination 1 für die Abdichtung der Lauffläche einer nicht dargestellten Kolbenstange· Zwischen den gewebeverstärkten Dichtungsteilen Druckring 2, Dichtring 3 und Stützring k befindet sich ein vollelastischer Dichtring 5, Ein einen hohen Anteil an Trockenschmiermittel enthaltender Ring 6 aus plastisch verformbarem nicht eelbBtschmierendem Werkstoff 1st zwischen der druckabgewandten Stirnfläche des Stutzringes k und der ebenfalls druckabgewandten Nutflanke 7 angeordnet· Die gesamte Dichtungskombination 1 1st längenmSßlg so ausgelegt, daß nach ihrer Montage In die Dichtungsnut eine starke Pressung in Axialrichtung durch die Nutflanken 7 und 8 über den ggf. mit Druckausgleichskerben versehenen Ansatz 9 des Dichtringes 2 gewährleistet ist, wodurch sich nach dem Einschieben der nicht dargestellten Kolbenstange einerseits eine völlige Kammerung der Dichtungsteile 5 und G ergibt und andererseits eine üblicherweise unzulässig hohe Zuaatzpreesung dieser Dichtungstelle an die Lauffläche der Kolbenstange bewirkt wird.

Die Größe dieser Zusatzpressung wird auf einfache Welse durch axiale Verspannung mittels des am Ansatz 9 durch den Abstand der Nutflanken 7 und θ erzwungenen Verformungswegea so festgelegt, daß der Ring 6 bei betriebsmäßigen Gleitbewegungen sofort eine glatte druckfeste Schmler-

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mittelschicht auf der Lauffläche der Kolbenstange erzeugt und gleichzeitig der vollelastische Dichtring 5 bei allen vorkommenden Hubgeschwindigkeiten einen Trockenlauf bewirkt. Selbstverständlich kann eine entsprechende axiale V/erspannung statt mittels des Ansatzes 9 auch auf andere Weise (beispielsweise durch eine in Axialrichtung wirkende Druckoder Tellerfeder bzui. durch eine Stopfbuchsen-Konstruktion) bewirkt werden.

Die Figuren 6 und 7 zeigen Axialschnitte je einer einfachwirkenden Kolben- bzui. Kolbenstangendichtung 1 mit einem einen hohen Anteil an Trockenschmiermittel enthaltenden Ring 2. Eine mit 3 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 der Deutlichkeit halber die Dichtung selbst dargestellt ist vor dem Einschieben der Kolbenstange bzw. vor dem Einschieben in den zugehörigen Rohrzylinder. Beide Dichtungen 1 sind einstückig ausgeführt und bestehen aus einem vollelastischen Abschnitt 1a und einem gewebeverstärkten Abschnitt 1b, wobei der gewebeverstärkte Abschnitt durch Verlängerung in Richtung der Dichtkante U 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 k und der "Lauffläche*¹ 3 jedoch bleibende Größen annehmen, die wenigstens doppelt so hoch sind wie bei den üblichen Dichtungen und auf diese Ideise der erwünschte Erfolg in Bezug auf Trackenlauf und Schmierschichtbildung auf der Lauffläche eintritt.

Bei den Figuren Θ, 9 und 10 werden die gleichen Bezeichnungen wie bei den Figuren 6 und 7 verwendet. Dargestellt sind hier sogenannte "Kompaktdichtungen¹¹ mit üblicher, geringer Pressung an der Dichtkante U bzw. der Dichtungs-

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Partie 5. Die für eine sichere Wirkung des Ringes 2 nötige hohe Pressung an die durch die Hilfslinie 3 dargestellte Lauffläche uiird hierbei durch den im steifen Geuiebeabschnitt 1b eingebetteten Ring 2 selbst erzeugt, und zuiar dadurch, daß die radiale Höhe des Ringes 2 größer ist als die entsprechende Höhe der für eine Einbettung vorgesehenen Ausnehmung im Abschnitt 1b, uieshalb hier eine direkte Radialpressung des Ringes 2 zwischen der entsprechenden Lauffläche und dem Grund der Einbettungsnut erfolgt und die Größe dieser Radialpressung insbesondere durch die Steifheit des Geuebeabschnittes bestimmt werden kann.

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Claims

Patentansprüche

(ίο)Gleitende Dichtung für Kolben und Kalbenstangen von Arbeitszylindern sowie für fliegende Kolben von Druckspeichern bestehend aus einer Kombination von Dicht- und Schmierringen, dadurch gekennzeichnet, daß durch Druckübersetzung innerhalb der Dichtungskambination, durch axiale Verspannung mit Radialspreizung, durch radiale V/erspannung und/oder durch eine spezielle Gewebearmierung des Dichtringes selbst eine einen praktisch absoluten Trockenlauf der Dichtungskombination erzwingende hohe Partialpressung erzeugt uiird und daß zwischen dem Dichtring und der dem Druckraum abgesandten Nutflanke ein, einen hohen Anteil an mineralischem Trockenschmiermittel enthaltender Ring aus plastisch verformbarem, nicht selbstschmierendem Werkstoff angeordnet ist·

2. Gleitende Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die durch Druckübersetzung, durch axiale Vorspannung mit Radialspraizung, durch radiale Vorspannung und/oder durch eine spezielle Gewebearmierung erzeugte und ggf. durch den jeweiligen Betriebsdruck und die Gleitbewegung verstärkte hohe Partialpressung an der jeweiligen Lauffläche eine Größe erreicht, die schon mährend der Einlaufzeit zum Abscheren von Trockenschmierstoff-Lamellen aus Einkristallen bzw. zur Bildung eines glatten, homogenen Festschmierstoffilmes als Trennschicht zwischen Lauffläche und Dichtung genügt.

3. Gleitende Dichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von bleicheren Dichtungswerkstoffen (d.h. Werkstoffen, deren Festigkeitauerte an sich nicht zur Erzeugung der nötigen hohen Partialpressung genügen) die jeweiligen Dichtungsteile entweder im Betriebszustand völlig gekammert (z.B. 5 in Fig. 5, 4c in Fig. 1) oder durch Gewebeeinlagen (z.B. 1b in Fig. 7) verfestigt sind·

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ORIGINAL INSPECTED

if. Gleitende Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der plastisch verformbare Ring (Uc in Fig. 1 - k; 6 in Fig. 5; 2 in Fig. 6 - 10) aus zwei Teilstücken mit werkstoffmäßig unterschiedlichen Trockenschmiermitteln besteht, luobei das erste Mittel eine hohe Bindungskraft zum Werkstoff der abzudichtenden Lauffläche aufweist, während das zweite Trockenschmiermittel sich chemisch inert gegenüber der Lauffläche verhält.

5. Gleitende Dichtung nech Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der plastisch verformbare Ring aus unterschiedlichen Trockenschmiermitteln besteht, von denen mindestens ein Mittel eine hohe Bindungskraft zum Merkstoff der Lauffläche 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 (z.B. modifiziertem Polyolefin) gebunden sind.

6. Gleitende Dichtung nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Anwendung zur Abdichtung von groben Laufflächen mit ursprünglichen Rauhtiefen von über 12 Mikrometer, wobei nach kurzer Einlaufzeit ohne Abtragungen von der Lauffläche alle Rauspitzen überzogen und alle Rauhtäler ausgefüllt sind mit einer äußerst glatten stabilen Gleitschicht aus Trockenschmiermittel so, daß die ursprüngliche Reibpaarung Dichtungswerkstoff/üJerkstoff der metallischen Lauffläche nicht mehr vorhanden ist bzw. ersetzt ist durch eine neue Reibpaarung Dichtungswerkstoff/Trockenschmiermittel.

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