DE4300889C1 - Dichtring für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtring für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen aus Elasto­ mer-Werkstoff mit einer ringförmigen Dichtkante und einer zwischen der Dichtkante und einer niederdruckseitigen Anlagefläche angeordneten Rückenfläche, wobei die Dichtkante und minde­ stens ein Teil der Rückenfläche die relativ zum Dichtring axial bewegbare zylindrische Gleit­ fläche des Kolbens oder der Kolbenstange berühren und mindestens ein Teilbereich der Rücken­ fläche rauh ist. Die Rauheit besteht entweder aus Kuppen, wobei jede Kuppe sich innerhalb einer die Rückenfläche annähernd am Kuppenrand schneidenden, kugelförmigen Hüllfläche befindet, deren Durchmesser zwischen 30 und 400 Mikrometer beträgt, wobei die Höhe, um die jede Kuppe aus dem mittleren Profil der Rückenfläche herausragt, mindestens 20 Mikrometer beträgt und der Abstand zwischen den Hüllflächen benachbarter Kuppen eben so groß bis dreimal so groß ist wie der Durchmesser der kleinsten angrenzenden Hüllfläche, oder aus unregelmäßigen Rauheitserhebungen deren gemäß VDI-Richtlinie 3400 definierte Rauheit eine Klasse mit min­ destens dem Wert 25 aufweist. Der im folgenden als "die Rauhzone" bezeichnete, Kuppen oder unregelmäßige Rauheitserhebungen aufweisende Teilbereich der Rückenfläche ist demgemäß wesentlich rauher als die nach dem Stand der Technik glatten Rückenflächen von Elastomer- Dichtringen.

Von Hydraulikdichtungen wird gefordert, daß sie unter allen Betriebsbedingungen dicht sind, wenig Reibung aufweisen, möglichst keine Ruckgleitbewegungen (Stick-Slip) verursachen und mit möglichst geringem wirtschaftlichem Aufwand herstellbar sind. Weil Elastomere verhältnis­ mäßig billige Dichtungswerkstoffe sind und Elastomer-Dichtringe als Spritzgußteile oder als Preßteile gefertigt werden können, sind sie, vor allem bei großen Stückzahlen, im Vergleich zu Dichtungen aus verstärktem Polytetrafluorethylen wesentlich preisgünstiger. Deshalb werden zur Abdichtung von Kolben oder Kolbenstangen in hydraulischen Geräten häufig Dichtringe aus Elastomer-Werkstoffen, hauptsächlich aus Polyurethan verwendet. Nachteile der nach dem Stand der Technik gestalteten Elastomer-Dichtringe sind ihre Adhäsivität und die daraus resultierende hohe Reibung sowie ihre oft ungenügende dynamische Dichtheit infolge einer deformations­ bedingten Behinderung des Rücktransports von Flüssigkeit in den abzudichtenden Raum.

Die Forderung nach statischer Dichtheit, das heißt Dichtheit bei relativ zum Kolben oder zur Kolbenstange nicht bewegtem Dichtring, wird praktisch von allen handelsüblichen Dichtringen zufriedenstellend erfüllt. Die wesentliche Voraussetzungen hierfür, nämlich eine verhältnismäßig glatte Dichtkante die an eine ebenfalls glatte Gleitfläche angepreßt wird, ist Stand der Technik. Hingegen ist es oft problematisch, eine leckagefreie Abdichtung zu erreichen, wenn die vom Dichtring berührte Gleitfläche (bei einer Stangendichtung die Stangenoberfläche oder bei einer Kolbendichtung die Hohlzylinderfläche) sich relativ zum Dichtring axial bewegt. In diesem Fall bildet sich durch elastohydrodynamische Schmierwirkung zwischen dem Dichtring und der relativ zu ihm bewegten Gleitfläche grundsätzlich eine dünne Flüssigkeitsschicht. Diese Flüssig­ keitsschicht wird somit zunächst aus dem abzudichtenden Raum hinausgeschleppt. Ob dadurch Leckage entsteht, hängt davon ab, ob bei der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens beziehungsweise der Kolbenstange die hinausgeschleppte Flüssigkeit bei jeweils umgekehrter Bewegungsrichtung wieder vollständig durch den Spalt zwischen Dichtring und Gleitfläche hindurch in den abzudichtenden Raum zurücktransportiert wird. Nach dem Stand der Technik müssen hierzu bestimmte Anforderungen an den Verlauf der Flächenpressung in der Berührzone zwischen Dichtring und Gleitfläche gestellt werden (/1/S. 159-162). Da nur bei der Abdichtung einer aus einem hydraulischen Gerät in die Umgebung hinausragenden Kolbenstange die Lecka­ ge umweltbeeinträchtigend in Erscheinung tritt, ist es vor allem bei Kolbenstangendichtungen wichtig, daß im Betrieb dynamische Dichtheit erreicht wird. Zu diesem Zweck werden nach dem Stand der Technik elastische Dichtringe verwendet, bei denen die Dichtflächenpressung an demjenigen Ende der Berührzone, das an den abzudichtenden Raum begrenzt, möglichst steil ansteigt, und am anderen Ende möglichst flach abfällt. Der steile Anstieg wird nach dem Stand der Technik mittels einer am elastischen Dichtring angeformten asymmetrischen Dichtkante erreicht, die bei der radialen Anpressung des Dichtrings an die Gleitfläche abgeplattet wird. Der niederdruckseitige, verhältnismäßig flache Abfall der Pressung wird nach dem Stand der Tech­ nik verwirklicht, indem zwischen der Dichtkante und einer niederdruckseitigen, in der Regel radial ebenen, Anlagefläche des Dichtrings eine Rückenfläche angeordnet ist, die in der Regel einen kegeligen Bereich aufweist, der bei niederem Druck der abgedichteten Flüssigkeit nur teilweise an der Gleitfläche anliegt, sich aber bei ansteigendem Druck zunehmend an die Zylinderfläche anlegt (/1/S. 164, 166). Bei hohem Druck entstehen jedoch oft für den Rück­ transport der Flüssigkeit ungünstige Bedingungen, wenn, bei bereits vollständig an der Gleit­ fläche anliegender Rückenfläche des Dichtrings, der Pressungsabfall am niederdruckseitigen Ende der Berührzone sehr steil ist. Gezielte Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, daß unter diesen Umständen der Rücktransport der Flüssigkeit besonders dann stark behindert ist, wenn die Rückenfläche sehr glatt ist und dadurch auch im mikroskopischen Maßstab nahezu überall an der Gleitfläche anliegt. Dies wird dadurch erklärt, daß unter diesen Bedingungen die an sich erwünschte hydrodynamische Schmierfilmbildung beim Zurückfahren der Kolbenstange in den abzudichtenden Raum erheblich eingeschränkt ist. Die an der Gleitfläche haftende Flüs­ sigkeit wird in diesem Fall nicht in den abzudichtenden Raum zurücktransportiert sondern zum großen Teil abgestreift. Auf diese Weise kann ein erheblicher Leckverlust entstehen.

Der mit der Relativbewegung zwischen Gleitfläche und Dichtring verbundene Reibungswider­ stand ist um so größer, je größer die sich gegenseitig berührenden Flächen des Dichtrings bezie­ hungsweise der Gleitfläche sind. Bei steigendem Flüssigkeitsdruck nimmt die Reibung aus zwei Gründen zu. Einerseits wächst die tatsächliche Berührfläche wegen der mit der Anpreßkraft zunehmenden Anpassung der mikroskopischer Unebenheiten des Dichtrings und der Gleitfläche. Dadurch nimmt die Anzahl der wechselwirkenden Atome der Dichtflächen zu (van-der Waals- Kräfte), was gleichbedeutend mit einer Zunahme der Reibung ist. Die auf diesen Effekt zurück­ zuführende Zunahme der Reibung ist bei Elastomer-Dichtringen verhältnismäßig gering, weil solche Dichtringe mit Rücksicht auf die Herstellung in Spritz- oder Preßformen, mit sehr glatter Oberfläche hergestellt werden. Jedoch sind wegen der glatten Dichtflächen und der Adhäsivität dieser Werkstoffe die flächenbezogenen Reibungskräfte auch bei geringem Anpreßdruck bereits verhältnismäßig hoch. Andererseits erhöht sich bei steigendem Flüssigkeitsdruck der Axialschub auf die elastische Dichtung, dabei wird sie radial stärker verformt und die bei niederem Druck noch nicht an der Gleitfläche anliegende Teile der Rückenfläche des Dichtrings kommen zur Anlage. Deshalb beobachtet man bei Dichtringen eine mit dem Flüssigkeitsdruck zunächst stark zunehmende Reibung. Wenn schließlich bei hohem Druck die ganze Rückenfläche des Dicht­ rings an der Gleitfläche anliegt und die mikroskopischen Unebenheiten aneinander angepaßt sind, nimmt die Reibung bei weiter steigenden Flüssigkeitsdruck nur noch unwesentlich zu.

In der DE-OS 20 23 675/21 sind Maßnahmen zur Reibungsminderung von geschmiert aufeinan­ der gleitenden Dichtflächen von rotierenden Maschinenteilen (Wellendichtungen) beschrieben. Dazu wird vorgeschlagen, die harte Gleitfläche der Welle mit einer Vielzahl von dicht nebeneinanderliegenden, im wesentlichen dreieckigen, durch Vertiefungen voneinander getrenn­ ten Unebenheiten zu versehen. Der Bereich der Gleitfläche, auf dem sich diese Unebenheiten befinden, erstreckt sich vom abzudichtenden Raum unter der Berührfläche der Dichtung hin­ durch bis zur Außenseite der Dichtung. Damit ist jedoch zunächst die statische Dichtheit in Frage gestellt, da sich die Dichtkante des Dichtrings nicht mehr völlig dichtend an die Gleit­ fläche anschmiegen kann. Zudem versagt eine derartige Dichtung bei geringer Gleit­ geschwindigkeit oder bei zeitweiligem Schmierstoffmangel dadurch, daß die dreieckförmigen Unebenheiten der harten Wellenoberfläche den weichen Dichtring verschleißen und zerstören.

Wegen dieser Nachteile konnten sich die in der DE-OS 20 23 675 vorgeschlagenen Merkmale in der Praxis nicht durchsetzen.

Eine weitere bekannte Maßnahme zur Reibungsminderung ist die sogenannte "X-sel-Beschich­ tung" /3/. Sie besteht aus kraterartigen, wenige Mikrometer tiefen Taschen, die sich in einer nachträglich auf fertige Elastomerdichtungen aufgespritzten Schicht aus Polyurethan befinden. In diesen Taschen lagert sich Schmiermittel ein. Dadurch wird vor allem die Losbrechkraft, das heißt, die infolge der Haftreibung erforderliche Kraft zum Einleiten einer Gleitbewegung ver­ mindert.

Um bei hydraulischen Kolben- oder Stangendichtungen den Anstieg der Reibung mit dem Flüssigkeitsdruck zu mildern gibt es nach dem Stand der Technik Dichtringe, die auf der Rückenfläche eine umlaufende, wulstartige Erhöhung aufweisen. Bei diesen auch als Doppel­ kantenringe bezeichneten Dichtringen kann sich bei hohem Druck wegen der Stützwirkung des Wulstes nicht die ganze Rückenfläche an die Gleitfläche anlegen und die Reibung ist demgemäß etwas geringer. Zugleich behindert aber der Wulst zumindest bei höherem Druck die Rück­ förderung auf ähnliche Weise wie eine ganz anliegende Rückenfläche. Auch kann sich durch Schleppströmung zwischen der Dichtkante und einem zweiten an der Gleitfläche anliegenden Ringwulst ein die dynamische Dichtheit störender Flüssigkeitsdruck aufbauen. Experimente der Erfinder zeigten, daß die dynamische Dichtwirkung von Doppelkantenringen oft noch schlechter ist als die der herkömmlichen Dichtringe mit glattem Rücken und einer einzigen Dichtkante.

Weiterhin sind Stangendichtungen bekannt /4/, die zum Zweck der Verminderung der Reibung im mittleren Bereich der Rückenfläche pyramidenförmige, mehr als 0,5 Millimeter aus der Rückenfläche herausragende Erhöhungen aufweisen. Aufgrund ihrer Formgebung werden die verhältnismäßig hohen und steifen Erhebungen dieser Dichtungen im Kontakt mit der Gleit­ fläche nur geringfügig abgeplattet, wodurch in den Bereichen zwischen den Erhebungen ein verhältnismäßig großer Spalt erhalten bleibt. Im Vergleich zu Dichtringen mit glatter Rücken­ fläche zeigten solche Dichtungen in der Praxis eine erheblich größere dynamische Leckage. Sie konnten sich deshalb in der Praxis nicht durchsetzen.

Die genannten Nachteile herkömmlicher Elastomer-Dichtringe, nämlich eine auf eine Behinde­ rung der Rückförderwirkung zurückzuführende Leckage als auch die verhältnismäßig hohe Reibung werden erfindungsgemäß durch ein und dieselbe Maßnahme beseitigt, nämlich einer Vielzahl von kleinen, auf der Rückenfläche des Elastomer-Dichtrings verteilten, aus dem Werk­ stoff des Dichtrings bestehenden und mit diesem innig verbundenen Rauheitserhebungen. Der zu dieser Maßnahme führende Erfindungsgedanke wird nachfolgend erläutert.

Es ist bekannt, daß der Rücktransport von Flüssigkeit in den abzudichtenden Raum besonders begünstigt wird, wenn die Rückenfläche mit der Gleitfläche außerhalb des niederdruckseitigen Endes der Dichtfläche einen sehr flachen Keilspalt bildet (/1/, S. 165). Dies ist deshalb der Fall, weil die von der Gleitfläche in diesen Keilspalt hineingeschleppte Flüssigkeit,wie bei einem Gleitlager, hydrodynamisch eine Druckerhöhung erfährt. Diese Wirkung versagt jedoch, sobald der Keilspalt beim vollständigen Anliegen der Rückenfläche verschwunden ist. Andererseits ist aber bekannt, daß der Druck einer Flüssigkeit auch dann zunimmt, wenn sie durch eine bewegte Wand in einen an sich beliebig geformten, jedoch an seinem Ende abgeschlossenen Hohlraum hineingeschleppt wird (vgl. z. B. /1/, S. 25). Aus dieser Überlegung resultierte der erfinderische Gedanke, bei einem Elastomer-Dichtring einen die Rückförderung begünstigenden hydrodyna­ mischen Druck zu erzeugen, indem am Umfang verteilte, zum Niederruckraum hin offene, in die Berührzone zwischen Gleitfläche und Dichtring hinein sich erstreckende, jedoch zum abzu­ dichtenden Raum hin abgeschlossene Hohlräume geschaffen werden. Dies wird erfindungs­ gemäß dadurch erreicht, daß einerseits ein Teilbereich der Rückenfläche des Dichtrings (hier als Rauhzone bezeichnet) eine Vielzahl kleiner Erhebungen aufweist, die verhindern, daß die elasti­ sche Rückenfläche sich im praktischen Betrieb überall völlig an die Gleitfläche anschmiegt, jedoch andererseits im Bereich der anliegenden Dichtkante eine dichte Schmiegung beibehalten wird. Die von der Stützwirkung der Rauheitserhebungen erzeugten Hohlräume werden, wegen der Nachgiebigkeit der Rauheitserhebungen und weil die zwischen den Erhebungen eingelagerte Flüssigkeit abfließen kann, in erwünschter Weise kleiner wenn der Flüssigkeitsdruck im abzu­ dichtenden Raum ansteigt und dabei die radiale Anpressung des Dichtrings zunimmt. Je kleiner die Hohlräume sind, desto größer wird der Druck in diesen Hohlräumen, wenn die Gleitfläche Flüssigkeit in sie hineinschleppt. Dieser Druck wird an der Dichtkante schließlich groß genug, um diese, während der Gleitbewegung, geringfügig abzuheben und damit den Rücktransport von Flüssigkeit in den abzudichtenden Raum zu bewirken.

Bei den Dichtringen nach /4/ bildet sich in den Räumen zwischen den verhältnismäßig hohen und steifen pyramidenförmigen Erhebungen offensichtlich ein so großer Spalt, daß bei diesen Dichtungen der für die Rückförderwirkung erforderliche Schleppdruck nicht in ausreichendem Maß entstehen kann. Zugleich entlasten die großen pyramidenförmigen Erhebungen die Dicht­ kante bereits so stark, daß sich beim Ausfahren der Stange ein dicker Schmierfilm bildet. Im Vergleich zu Dichtringen mit glatter Rückenfläche zeigten deshalb die Dichtungen nach /4/ eine erheblich größere dynamische Leckage. Sie sind deshalb wieder vom Markt verschwunden.

Bei erfindungsgemäßen Dichtringen werden die Form der Rauheitserhebungen und ihre Abstän­ de untereinander in Abhängigkeit von der Härte des verwendeten Elastomers so abgestimmt, daß die Rauhzone auch beim höchsten Betriebsdruck der abzudichtenden Flüssigkeit nicht völlig eingeebnet wird, jedoch in den Bereichen zwischen den Rauheitserhebungen ein möglichst enger Spalt zwischen der Rückenfläche des Dichtrings und der Gleitfläche entsteht. Vorzugsweise besteht die Rauhzone aus einzelnen kuppenartigen Erhebungen, die aus dem mittleren Profil der im übrigen verhältnismäßig glatten Rückenfläche um eine Höhe H von mindestens 20 Mikrome­ ter herausragen, wobei jede Kuppe sich vorzugsweise innerhalb einer die Rückenfläche annä­ hernd am Kuppenrand schneidenden, kugelförmigen Hüllfläche befindet, deren Durchmesser zwischen 30 und 400 Mikrometer beträgt wobei der Abstand A zwischen zwei benachbarten Hüllflächen jeweils mindestens 20 Mikrometer beträgt. Insbesondere entsteht mit derartigen Kuppen ein günstiges Abdichtverhalten wenn der Elastomer-Dichtring eine Härte im Bereich von 90 bis 98 IRHD gemäß DIN 53 519 aufweist und erfindungsgemäß jede Kuppe sich inner­ halb einer die Rückenfläche annähernd am Kuppenrand schneidenden, kugelförmigen Hüllfläche befindet, deren Durchmesser zwischen 200 und 400 Mikrometer beträgt und die Höhe H einer Kuppe annähernd so groß ist wie der Radius ihrer Hüllfläche und der Abstand A ebenso groß bis dreimal so groß ist wie der Durchmesser der kleinsten angrenzenden Hüllfläche. Vorzugsweise haben die Kuppen annähernd die Form von Kugelabschnitten. Vorzugsweise besteht der Dicht­ ring aus dem verschleißfesten Werkstoff Polyurethan, vorzugsweise mit einer Härte im Bereich von 40 bis 70 Shore D gemäß DIN 53 505.

Im Gegensatz zu der Rauheit der X-sel-Beschichtung /3/ weist die Rauhzone des erfindungs­ gemäßen Dichtrings keine Krater auf, so daß sich im Gegensatz zur X-sel-Beschichtung beim erfindungsgemäßen Dichtring im Bereich der Rauhzone zwischen abgeplatteten Kraterrändern in sich geschlossene Kavernen nicht bilden können. Im Gegensatz zur Rauheitsstruktur des erfindungsgemäßen Dichtrings behindern die wabenartig aneinander angrenzenden Kavernen der X-sel-Beschichtung zudem auch die den Rücktransport begünstigende hydrodynamische Druckerzeugung. Weiterhin sind flüssigkeitsgefüllte, in sich geschlossenen Kavernen der X-sel- Beschichtung radial nicht nachgiebig.

Um insbesondere bei einer kegelförmigen Rückenfläche, die zugleich Rauhzone ist, zu verhin­ dern, daß die in der Nähe der Dichtkante angeordneten, aufgrund der Überdeckung stärker angepreßten Rauheitserhebungen zu stark zusammengepreßt werden, wird erfindungsgemäß die Rauhtiefe in dem Bereich der Rauhzone, der der Dichtkante näher liegt, größer ausgeführt als in größerer Entfernung von der Dichtkante. Der Dichtring wird deshalb vorzugsweise so ausge­ führt, daß die Rauhtiefe der Rauhzone von der Dichtkante aus gesehen zur niederdruckseitigen Anlagefläche hin abnimmt. Bei einer bevorzugten Ausführung des Dichtrings, bei der die Rauh­ zone aus einer Vielzahl von Kuppen besteht, die jeweils um die Höhe (H) aus einer ansonsten im wesentlichen glatten Rückenfläche herausragen, wird die Höhe (H) vorzugsweise so abgestuft, daß sie von der Dichtkante zur niederdruckseitigen Anlagefläche hin abnimmt.

Mit der Rauhzone wird erfindungsgemäß zugleich die effektive Berührfläche und damit die Reibung im Vergleich zu einer bislang üblichen glatten Rückenfläche wesentlich verkleinert. Der Schleppdruck stabilisiert die Hohlräume. Auf diese Weise wird die radiale Anpressung des Dichtrings hydrodynamisch durch den von der Gleitfläche erzeugten Schleppdruck kompensiert. Zudem wird in den zwischen den Rauheitserhebungen verbleibenden Hohlräumen dauernd Flüssigkeit gespeichert. Dadurch werden auch die an der Gleitfläche anliegenden Rauheitserhe­ bungen des Dichtrings bereits bei geringfügiger axialer Verschiebung der Gleitfläche geschmiert. Aus diesen Gründen wird die Haftreibung, die Gleitreibung und insbesondere auch die Neigung zum Ruckgleiten (Stick-Slip) des erfindungsgemäßen Dichtrings entscheidend vermindert.

Die Rauhzone besteht bei Dichtringen aus Elastomer, insbesondere solchen aus Polyurethan oder Nitril-Butadien-Kautschuk, erfindungsgemäß aus ungleichmäßigen oder gleichmäßigen Rau­ heitserhebungen der Rückenfläche. Damit die hydrodynamische Rückförderung über den ganzen Umfang des Dichtrings wirksam wird, ist die Rauhzone vorzugsweise ringförmig in sich ge­ schlossen. Im Hinblick auf gute statische und dynamische Dichtwirkung ist es vorteilhaft, wenn der Dichtring an der abgeplatteten Dichtkante und in ihrer unmittelbaren Nähe möglichst dicht an der Gleitfläche anliegt. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck die gemittelte Rauhtiefe R_z der Rückenfläche in unmittelbarer Nähe der Dichtkante kleiner als 10 Mikrometer, das heißt, die Rauhzone erstreckt sich nicht über die gesamte Rückenfläche. Eine ausreichende statische Dicht­ heit bei zugleich sehr günstiger Rückförderwirkung erreicht man erfindungsgemäß aber auch dadurch, daß die Rauhzone direkt an die Dichtkante angrenzt und die auf der Seite des abzu­ dichtenden Raumes unmittelbar an die Dichtkante angrenzende, bei der Anpressung des Dicht­ rings an die Gleitfläche teilweise abgeplattete, Oberfläche des Dichtrings glatt ist. Im letzteren Fall ist demnach die gesamte Rückenfläche zugleich Rauhzone.

Eine ebenfalls bevorzugte Methode der Herstellung der Rauhzone besteht darin, daß das Negativ der Rauhzone mittels elektroerosiver Bearbeitung in das Formwerkzeug, mit dem der Dichtring geformt wird, eingearbeitet ist. Ein gutes Abdichtverhalten wird erfindungsgemäß erreicht, wenn die Klasse K der Rauheit der Rauhzone gemäß VDI-Richtlinie 3400 mindestens den Wert 25 hat. Vorzugsweise wird der Dichtring im Bereich der Klassen von 25 bis 45 ausgeführt. Eine weitere besonders günstige Fertigungsmethode zur Herstellung von Rauheitserhebungen nahezu beliebi­ ger Formgebung auf der Rückenfläche des erfindungsgemäßen Dichtrings besteht darin, daß das Negativ der Rauhzone mittels Laserstrahlbearbeitung in das Formwerkzeug, mit dem der Dicht­ ring geformt wird, eingearbeitet ist.

Um zu verhindern, daß der unter hohem Druck radial deformierte und sich dadurch niederdruck­ seitig an die Gleitfläche anlegende Dichtring die Gleitfläche mit einem glatten Teil seiner An­ lagefläche berührt, ist vorzugsweise auch ein an die Rückenfläche angrenzender Teil der Anlage­ fläche des Dichtrings oder eine Übergangsfläche zwischen der Rückenfläche und der Anlage­ fläche mit der erfindungsgemäßen Rauheitsstruktur versehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Reihe von in Zeichnungen dargestellten, beispielsweisen Ausführungsformen erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt eines Dichtrings mit den erfindungsgemäßen Merkmalen.

Fig. 2 einen Querschnitt des Dichtrings gemäß Fig. 1 im Betriebszustand zusammen mit anderen Bauteilen des Dichtsystems.

Fig. 3 einen Querschnitt einer als Nutring bezeichneten Bauform des Dichtrings mit den erfindungsgemäßen Merkmalen.

Fig. 4 einen Querschnitt einer als Dichtkantenring bezeichneten Bauform des Dichtrings mit den erfindungsgemäßen Merkmalen.

Fig. 5 einen Teilschnitt durch die Rauhzone mit einzelnen Rauheitserhebungen.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Dichtring 1, die Dichtkante 11, die Rückenfläche 3 mit der Rauhzone 5, die Anlagefläche 2 mit einer ebenfalls rauhen Zone 52 und eine im Betriebszustand dem abzudichtenden Raum zugewandte kegelige Stirnfläche 12.

Fig. 2 zeigt den Dichtring gemäß Fig. 1, eingebaut in eine Nut des Maschinenteils 9 (Kolben oder Gehäuse), den die abzudichtende Flüssigkeit enthaltenden Raum 91, das relativ zum Maschinenteil 9 axial bewegbare Maschinenteil 41 mit der Gleitfläche 4, an der der Dichtring mit der Dichtkante, der Rückenfläche und deren Rauhzone anliegt.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt einen üblicherweise als Nutring bezeichneten Dichtring 1, die Dicht­ kante 11, die Rückenfläche 3 mit der Rauhzone 5 und die Anlagefläche 2. Wie bei Nutringen üblich, hat die Rückenfläche nahe der Dichtkante einen kegeligen Teil an den sich ein zylindri­ scher Teil anschließt der mit einer Phase zur Anlagefläche übergeht. Beim Dichtring nach Fig. 3 ist ein erster Teil der Rückenfläche in der Nähe der Dichtkante "glatt", daran schließt sich die Rauhzone 5 an, die sich über den zylindrischen Teil bis über die Phase der Rückenfläche erstreckt. Die dem abzudichtenden Raum zugewandte kegelige Stirnfläche 12 ist ebenfalls "glatt". "Glatt" bedeutet hier, daß die Rauheit im Vergleich zur Rauhzone wesentlich kleiner ist.

Fig. 4 zeigt im Querschnitt einen als Dichtkantenring, handelsüblich als Stepseal bezeichneten Dichtring 1, die Dichtkante 11, die Rückenfläche 3 mit der Rauhzone 5, die Anlagefläche 2. Wiederum sind ein Teil der Rückenfläche 3 in der Nähe der Dichtkante und die kegelige Stirn­ fläche 12 "glatt".

Fig. 5 zeigt schließlich einen Teilschnitt durch eine Rauhzone. Die Rauheitserhebungen werden gebildet von Kuppen 71,72, die aus der "glatten" Rückenfläche 3 herausragen, wobei jede Kuppe sich innerhalb einer die Rückenfläche annähernd am Kuppenrand schneidenden, kugelförmigen, den Durchmesser D1, D2 aufweisenden Hüllfläche 81, 82 befindet, wobei die Hüllflächen be­ nachbarter Kuppen voneinander den Abstand A haben und die Kuppen um die Höhe H aus dem mittleren Profil der zwischen den Kuppen "glatten" Rückenfläche herausragen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

/1/ Abdichtung bewegter Maschinenteile, Waiblingen 1990, Medienverlag U.Müller ISBN 3-920484-00-2
/2/DE-OS 20 23 675
/3/ Müller, H.K.: Konstruktionselemente mit ungewöhnlichen Reibungszahlen, Tribologie + Schmierungstechnik 30, H.3, S. 76-81
/4/ COMPACT-Stangendichtung, Maßreihe S 39, Firmendruckschrift "Merkel-Dichtelemente", Martin Merkel GmbH & Co KG, Hamburg, April 1987, S 51.

Claims (10)

1. Dichtring (1) für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen aus Elastomer-Werkstoff mit einer ringförmigen Dichtkante (11) und einer zwischen der Dichtkante und einer niederdruckseitigen Anlagefläche (2) angeordneten Rückenfläche (3), wobei im Betrieb die Dichtkante und minde­ stens ein Teil der Rückenfläche die relativ zum Dichtring axial bewegbare Gleitfläche (4) des Kolbens oder der Kolbenstange berühren und mindestens ein Teilbereich (5) der den Kolben oder die Kolbenstange berührenden Rückenfläche Kuppen (71, 72) aufweist, wobei die Rücken­ fläche zwischen den Kuppen glatt ist, dergestalt, daß sie gemäß DIN 4762/ISO 4287/1 eine gemittelte Rauhtiefe R_z von weniger als 10 Mikrometer aufweist, und das die Kuppen bildende Material identisch ist mit dem Material des Dichtrings und einheitlich mit diesem zusammen­ hängt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kuppe sich innerhalb einer das mittlere Profil (31) der Rückenfläche annähernd am Kuppenrand schneidenden, kugelförmigen Hüllfläche (81, 82) befindet, daß der Durchmesser (D1, D2) der Hüllfläche zwischen 30 und 400 Mikrometer be­ trägt, daß die Höhe (H), um die jede Kuppe aus dem mittleren Profil der Rückenfläche zwischen den Kuppen herausragt, mindestens 20 Mikrometer beträgt und daß der Abstand (A) zwischen den Hüllflächen ebenso groß bis dreimal so groß ist wie der Durchmesser der kleinsten an­ grenzenden Hüllfläche.

2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe einer Kuppe annähernd so groß ist wie der Radius ihrer Hüllfläche.

3. Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) der Kuppen von der Dichtkante zur niederdruckseitigen Anlagefläche hin abnimmt.

4. Dichtring (1) für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen aus Elastomer-Werkstoff mit einer ringförmigen Dichtkante (11) und einer zwischen der Dichtkante und einer niederdruckseitigen Anlagefläche (2) angeordneten Rückenfläche (3), wobei im Betrieb die Dichtkante und minde­ stens ein Teil der Rückenfläche die relativ zum Dichtring axial bewegbare Gleitfläche (4) des Kolbens oder der Kolbenstange berühren, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil­ bereich (5) der den Kolben oder die Kolbenstange berührenden Rückenfläche rauh ist, dergestalt, daß die Klasse K seiner Rauheit gemäß VDI-Richtlinie 3400 mindestens den Wert 25 aufweist und daß das die Rauheit bildende Material identisch ist mit dem Material des Dichtrings und einheitlich mit diesem zusammenhängt, derart, daß zwischen dem Dichtring und dem Kolben oder der Kolbenstange von der Stützwirkung der Rauheitserhebungen erzeugte, miteinander in Verbindung stehende Hohlräume gebildet werden, die zum Niederdruckraum hin offen, zum abzudichtenden Raum jedoch abgeschlossen sind.

5. Dichtring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Klasse K der Rauheit von der Dichtkante zur niederdruckseitigen Anlagefläche hin abnimmt.

6. Dichtring nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Negativ des rauhen Teilbereichs (5) mittels elektroerosiver Bearbeitung in das Formwerkzeug, mit dem der Dicht­ ring geformt wird, eingearbeitet ist.

7. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Negativ des die Kuppen aufweisenden, beziehungsweise rauhen Teilbereichs (5) mittels Laserstrahl­ bearbeitung in das Formwerkzeug, mit dem der Dichtring geformt wird, eingearbeitet ist.

8. Dichtring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem die Kuppen aufweisenden beziehungsweise rauhen Teilbereich (5) und der Dicht­ kante ein glatter Bereich der Rückenfläche befindet, der gemäß DIN 4762/ISO 4287/1 eine gemittelte Rauhtiefe R_z von weniger als 10 Mikrometer aufweist.

9. Dichtring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kuppen aufweisende, beziehungsweise rauhe Teilbereich (5) an die Dichtkante angrenzt und daß die auf der Seite des abzudichtenden Raumes unmittelbar an die Dichtkante angrenzende, bei der Anpressung des Dichtrings an die Gleitfläche teilweise abgeplattete Stirnfläche (12) des Dichtrings eine gemäß DIN 4762/ISO 4287/1 gemittelte Rauhtiefe R_z von weniger als 10 Mikro­ meter aufweist.

10. Dichtring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätz­ lich mindestens ein Teilbereich (52) der Anlagefläche gemäß den Definitionen in einem der Ansprüche 1 oder 4 Kuppen aufweist beziehungsweise rauh ist.