DE3826931A1 - Kolbendichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbendichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei diesen bekannten Kolbendichtungen bestehen der statische und der dynamische Dichtteil aus demselben Werkstoff. Solche Kolbendichtungen werden in Hydraulikzylindern eingesetzt. Als Werkstoffe für die Dichtteile werden etwa Nitrilbutadien- Kautschuk, Silikon-Kautschuk und dgl. verwendet, die beim Einsatz in Hydraulikmedien optimal arbeiten. In bestimmten Bereichen, insbesondere in der Lebensmittelindustrie, wird jedoch der Einsatz von Pneumatikzylindern vorgeschrieben. Dann müssen aber wesentlich hochwertigere Werkstoffe eingesetzt werden, die einen geringeren Reibungskoeffizienten haben, da kein Hydrauliköl mehr für die Schmierung vorhanden ist. Solche Werkstoffe sind aber relativ teuer. Kolbendichtungen mit derartigen Dichtteilen sind darum sehr kostspielig. Hinzu kommt, daß diese hochwertigen Werkstoffe, wie etwa Polytetra­ fluoräthylen, äußerst empfindlich gegen unsachgemäße Bean­ spruchung sind, so daß sich die unvermeidlichen Ausschußquoten bei der Herstellung solcher Kolbendichtungen zusätzlich verteuernd auswirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbendichtung dieser Art so auszubilden, daß sie mit geringsten Material­ kosten hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Kolbendichtung der gattungs­ bildenden Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Kolbendichtung ist der hochwertige, teure Werkstoff nur an den Stellen vorgesehen, an denen er wirklich benötigt wird. Da die Dicht- und Gleitfläche des dynamischen Dichtteiles längs der Zylinderwand bewegt wird, ist der hochwertige Werkstoff auch nur in diesem Bereich vorgesehen, während der übrige Teil der Dichtung aus preis­ günstigerem Material bestehen kann. Dadurch kann eine erhebliche Menge an dem teuren Werkstoff eingespart werden, was sich vor­ teilhaft auf die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Kolbendichtung auswirkt. Der Ausschuß bei der Herstellung der Kolbendichtung wirkt sich nur noch wenig auf die Kosten aus. Insbesondere besteht auch die Möglichkeit, die verschiedenen Bereiche der Kolbendichtung an ihren jeweiligen Einsatzfall optimal im Hinblick auf die Materialwahl anzupassen. So wird für die Dicht- und Gleitfläche des dynamischen Dichtteiles der hochwertige Werkstoff etwa unter Berücksichtigung der gewünschten Dichtwirkung und des geringen Reibungskoeffizienten ausgewählt, während für den statischen Dichtteil ein Werkstoff eingesetzt werden kann, bei dem es weniger auf eine geringe Reibung, dafür aber mehr auf einen guten Sitz der Kolbendichtung auf der Kolbenstange ankommt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Kolbendichtung in perspektivischer Darstellung und im Axialschnitt.

Die Dichtung 1 wird in bekannter Weise in einem (nicht darge­ stellten) Pneumatikzylinder auf dessen Kolbenstange angeordnet. Die Führung im Zylinder wird über einen Mittelsteg 16 erreicht, dessen Zylindermantelfläche an der Zylinderwandung anliegt. Beim Hin- und Hergang der Kolbenstange schlägt die Dichtung in den Endstellungen mit einem Puffer- oder Dämpfungsteil 3, 3′ an Anschlägen des Zylinders an.

Wie die Zeichnung zeigt, hat die Kolbendichtung einen scheiben­ förmigen Träger 4, der vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, besteht. Der Träger 4 ist ummantelt.

Die Ummantelung 5 weist einen am radial äußeren Rand 8 des Trägers 4 vorgesehenen Dichtteil 6 auf, der mit zwei Dichtlippen 7, 7′ aus einem hochwertigen Werkstoff, wie vorzugsweise Polytetrafluoräthylen oder einer Kombination aus Tetrafluor­ äthylen mit Fluorpolymer, besteht, der eine geringe Gleitreibung und eine hohe Abriebfestigkeit hat. Der Dichtteil 6 kann aber auch aus einem preisgünstigerem Material, beispielsweise aus dem gleichen Material wie der statische Dichtteil 2 bestehen; die über den Umfang der Kolbendichtung sich erstreckenden Dichtlippen 7, 7′ sind dann jedoch im Bereich ihrer Gleit- und Dichtflächen 7 a, 7 b mit einer Auflage aus hochwertigem Material, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen oder einer Kombination aus Polytetrafluor­ äthylen und Fluorpolymer, versehen. In diesem Fall kann die gesamte übrige Ummantelung 5 aus preisgünstigem Material bestehen. Die Auflage 7 a, 7 b aus dem hochwertigen Werkstoff gewährleistet eine hervorragende und verschleißarme Abdichtung bei äußerst preisgünstiger Fertigung.

Die Kolbendichtung kann zur Anpassung an die jeweiligen Einsatz­ bedingungen an ihrem Außenumfang zusätzlich (nicht dargestellte) Dichtkanten aufweisen, um die Dichtwirkung weiter zu verbessern. Diese zusätzlichen Dichtkanten können gleich ausgebildet sein wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen.

Die Dichtlippen 7, 7′ bzw. die Auflagen 7 a, 7 b können zur Abdichtung gegen verschiedene Medien auf beiden Seiten der Kolbendichtung aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Dadurch ist es sehr einfach möglich, die Kolbendichtung an die unterschiedlichen, gegeneinander abzudichtenden Medien optimal anzupassen. Insbesondere wenn die Kolbendichtung die Auflagen 7 a, 7 b aufweist, kann eine sehr preisgünstige Kolbendichtung geschaffen werden, die hervorragend ihren Einsatzzweck erfüllt.

Der Dichtteil 6 bildet einen dynamischen Dichtteil, weil die Dichtlippen 7, 7′, beim Hin- und Hergehen der Kolbenstange elastisch verformt werden und längs der Zylinderwandung gleiten. Die Kolbendichtung hat auch einen statischen Dichtteil 2 mit der Dichtfläche 2 a, die an der Kolbenstange dichtend anliegt. Da der statische Dichtteil 2 im Einsatz nicht relativ zur Kolbenstange bewegt wird, kann er aus einem weniger hoch­ wertigen Material als der dynamische Dichtteil 6 bestehen, beispielsweise aus Gummi, Nitrilbutadien-Kautschuk und dgl.

Die Ummantelung 5 weist auf beiden Stirnseiten 9, 9′ des Trägers 4 jeweils mindestens einen Dämpfungsteil 3, 3′ auf. Sie sind Ringe mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt. Die Dämpfungs­ teile 3, 3′ haben geringen radialen Abstand von den benachbarten Innenseiten 10, 10′ des dynamischen Dichtteiles 6, so daß zwischen diesen und den Dämpfungsteilen bzw. Puffern 3, 3′ jeweils eine Rille 11, 11′ gebildet ist. Jeder Dämpfungsteil 3, 3′ hat mit vorzugsweise gleichem umfangseitigem Abstand hintereinander liegende axiale Öffnungen 12, 12′, die wie die Rillen 11, 11′ Luftkanäle bilden. Sie bewirken eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung der gesamten Kolbenfläche am Endanschlag und damit ein druckfreies Anschlagen der Kolben­ stange. Die Dämpfungsteile 3, 3′ bestehen aus einem preis­ günstigeren Werkstoff als der dynamische Dichtteil 6 bzw. seine Auflage. Vorzugsweise bestehen die Dämpfungsteile 3, 3′ aus Nitrilbutadien-Kautschuk, der elastischer und weicher ist als das Material, aus dem der dynamische Dichtteil herge­ stellt ist. Die Dämpfungsteile 3, 3′ dämpfen in den beiden Endstellungen der Kolbenstange den Anschlag der Kolbendichtung an den entsprechenden Anschlägen des Zylinders. Die radial inneren Ränder 13, 13′ der Dämpfungsteile 3, 3′ liegen etwa in halber radialer Breite des Trägers 4.

An den statischen Dichtteil 2 schließt an beiden Stirnseiten 9, 9′ des Trägers 4 ein Überzug 14, 14′ an, der sich bis nahe an den Dämpfungsteil 3, 3′ erstreckt. Zwischen dem Überzug 14, 14′ und dem Dämpfungsteil 3, 3′ befindet sich jeweils eine Rille 15, 15′. Selbstverständlich kann der Träger 4 vollständig bedeckt sein, so daß die Rillen 11, 11′, 15, 15′ fehlen. Der Überzug 14, 14′ und der statische Dichtteil 2 bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material, insbesondere aus elasti­ schem Material, wie Nitrilbutadien-Kautschuk. Die Dämpfungsteile 3, 3′ können auch aus einzelnen Bereichen bestehen, die vorzugs­ weise über den Umfang des Trägers 4 verteilt angeordnet sind. Die Dämpfungsteile 3, 3′ sind auf jeden Fall dicker als der Überzug 14, 14′, so daß die Kolbendichtung mit den Dämpfungsteilen 3, 3′ in der Endlage zur Anlage kommt.

Vorteilhaft haben die verschiedenen Materialien des dynamischen und statischen Dichtteiles 6 und 2 sowie gegebenenfalls der Dämpfungsteil 3, 3′ unterschiedliche Farbe, so daß anhand der unterschiedlichen Farben sofort erkennbar ist, wenn bei der Erstellung eventuell Fehler aufgetreten sind. Durch die unterschiedliche Farbgebung kann beispielsweise optisch einfach und zuverlässig erkannt werden, ob etwa der dynamische Dichtteil 6 aus dem gewünschten hochwertigen Werkstoff besteht oder ob er versehentlich den geringerwertigen Werkstoff des statischen Dichtteiles 2 und/oder der Dämpfungsteile 3, 3′ aufweist, wodurch die Kolbendichtung im Einsatz frühzeitig verschleißen würde. Auf diese Weise ist eine einfache Kontrolle möglich, so daß gewährleistet ist, daß nur ordnungsgemäß gefertigte Kolbendichtungen ausgeliefert werden.

Der statische Dichtteil 2, vorzugsweise zusammen mit dem Überzug 14, 14′, und die Dämpfungsteile 3, 3′ können aus Werkstoffen verschiedener Shorehärte bestehen. So kann für die Dämpfungs­ teile 3, 3′ ein elastischerer, weicherer Werkstoff mit guten Dämpfungseigenschaften gewählt werden als für den statischen Dichtteil 2, bei dem es um gute Dichteigenschaften geht. Dabei können die Dämpfungsteile 3, 3′ und der statische Dichtteil 2, vorzugsweise zusammen mit dem Überzug 14, 14′, aus unter­ schiedlichen Materialien bestehen, so daß die Kolbendichtung an die Dichtbedingungen und die Dämpfungsbedingungen gezielt angepaßt werden kann. Bevorzugt in diesem Fall können die Materialien für den statischen Dichtteil 2 und die Dämpfungs­ teile 3, 3′ unterschiedlich eingefärbt werden bzw. unter­ schiedliche Farbgebung haben, so daß Fertigungsfehler sofort erkannt werden.

Die Kolbendichtung, insbesondere ihr dynamischer und statischer Dichtteil 6, 2, sowie die Dämpfungsteile 3, 3′ können mit den verschiedenen Werkstoffen in einem Arbeitsgang hergestellt und innig miteinander verbunden werden. Dadurch läßt sich die Dichtung kostengünstig herstellen, wobei sie durch die sichere Verbindung der Kolbendichtungsteile untereinander und mit dem Träger eine hohe Gebrauchsdauer hat.

Der statische Dichtteil 2 kann aus einem elastischeren Werk­ stoff bestehen als der dynamische Dichtteil 6. Um eine feste Verbindung zwischen dem Träger 4 und der Ummantelung 5 sicher­ zustellen, kann der Träger jede geeignete Querschnittsform auf­ weisen. So kann er beispielsweise Vertiefungen oder Durch­ brechungen haben, in die der Werkstoff der Ummantelung bei der Herstellung eindringt und dadurch eine feste Verankerung zwischen dem Träger und der Ummantelung gewährleistet. Ins­ besondere in denjenigen Bereichen der Ummantelung 5, in denen bei der Montage und/oder im Betrieb Schubkräfte bzw. Schub­ spannungen wirksam werden, empfiehlt sich eine derartige Ver­ bindung. Der Träger 4 kann darüberhinaus mit geeigneten Haftver­ mittlern versehen sein, die eine innige Verbindung zwischen dem Träger und dem Werkstoff gewährleisten. Auch eine Aufrauhung der Trägeroberfläche zur besseren Haftung des Werkstoffes ist möglich.

Der Träger 4 kann außer aus jedem geeigneten Metall auch aus nichtmetallischem Werkstoff bestehen; beispielsweise kann er aus Kunststoff hergestellt sein.

Bei kleineren Kolbendichtungen läßt sich der Träger 4 vorteil­ haft aus dünnerem Stahlband ausstanzen. Dadurch ist eine ein­ fache und kostengünstige Herstellung möglich. Bei kleineren Kolbendichtungen kann die Dicke des Trägers 4 unter 0,5 mm liegen.

Die beschriebene Kolbendichtung 1 eignet sich hervorragend zum Einbau in Pneumatikzylinder, die bei hoher Umgebungstemperatur arbeiten und die aus sicherheitstechnischen und/oder gesundheit­ lichen Gründen, wie sie beispielsweise im Lebensmittelbereich gegeben sind, nicht im Hydraulikmedium arbeiten können.

Claims (22)

1. Kolbendichtung mit mindestens einem statischen und wenigstens einem dynamischen Dichtteil, der eine Dicht- und Gleitfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Dicht- und Gleit­ fläche (7 a, 7 b) des dynamischen Dichtteiles (6) aus einem anderen, hochwertigen Werkstoff mit geringem Reibungs­ koeffizienten besteht als der statische Dichtteil (2).

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochwertige Werkstoff Fluor­ polymer ist.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hochwertige Werkstoff Polytetrafluoräthylen ist.

4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus einer Kombi­ nation von Fluorpolymer und Polytetrafluoräthylen besteht.

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte dynamische Dichtteil (6) aus dem hochwertigen Werkstoff besteht.

6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Arbeitsgang her­ gestellt ist.

7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Werkstoffe der Dichtung (1) innig miteinander verbunden sind.

8. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicht- und Gleitfläche (7 a, 7 b) des dynamischen Dichtteiles (6) an einer Auflage aus dem hochwertigen Werkstoff vorgesehen ist.

9. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest bis auf die Dicht- und Gleitfläche (7 a, 7 b) aus einem weniger hoch­ wertigen, vorzugsweise demselben Material besteht.

10. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffe des statischen und dynamischen Dichtteiles (2, 6) unterschiedlichen Farbton haben.

11. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (2 a) des statischen Dichtteiles aus weicherem, elastischerem Werkstoff besteht als die Dicht- und Gleitfläche (7 a, 7 b) des dynamischen Dichtteiles (6).

12. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der statische Dichtteil mindestens ein Dämpfungsteil hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsteil (3, 3,) aus elastischerem Werkstoff, vorzugsweise Nitrilbutadien- Kautschuk, besteht als der dynamische Dichtteil (6).

13. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der der dynamische Dichtteil zwei radial dichtende Dichtlippen hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippen (7, 7′) und/ oder ihre Dicht- und Gleitflächen (7 a, 7 b) aus unterschied­ lichem Werkstoff bestehen.

14. Dichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine, vorzugsweise beide Dichtlippen (7, 7′) die Auflage, vorzugsweise eine Tetrafluoräthylenauflage, aufweisen.

15. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie am Außenumfang zusätzliche Dichtkanten aufweist.

16. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsteil (3, 3′) und der statische Dichtteil (2) aus Werkstoffen mit unter­ schiedlicher Shorehärte bestehen.

17. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsteil (3, 3′) und der statische Dichtteil (2) aus verschiedenen Werkstoffen bestehen.

18. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsteil (3, 3′) und der statische Dichtteil (2) unterschiedlichen Farbton haben.

19. Dichtung nach einem Ansprüche 1 bis 18, bei der ein Träger vorgesehen ist, der die Dichtteile trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) aus Metall be­ steht.

20. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) aus dünnerem Stahlband ausgestanzt ist.

21. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) bei kleiner Kolbendichtung eine Dicke hat, die kleiner als 0,5 mm ist.

22. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) aus nicht­ metallischem Werkstoff besteht.