Reibungsarme und druckgesteuerte Hydraulik-Stangendichtung sorgen für einen reibungslosen Start in den Montagmorgen

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FEM half hinsichtlich des Designs

Die neue Geometrie/Werkstoffkombination wurde mit Hilfe der Finite Elemente Analyse rechnerisch untersucht und hinsichtlich des Designs in mehreren Iterationsschleifen optimiert. Im Anschluss daran wurden erste Musterwerkzeuge für verschiedene Abmessungen angefertigt. Die Finite Elemente Analyse verdeutlicht die Funktion der neuartigen Nutringgeometrie. Im drucklosen Zustand hat lediglich die vordere Dichtkante Kontakt zur Gegenlauffläche.

Mit zunehmendem Systemdruck bewegen sich die beiden folgenden Dichtkanten in Richtung Stangenoberfläche. Die FEA-Berechnung zeigt, dass sich beim HL-Profil mit Nenndurchmesser 36 mm die zweite Dichtkante bei 15 bar und die dritte bei 50 bar an die Kolbenstange anlegen. Zwischen den einzelnen Dichtkanten verbleibt zunächst Raum für ein Schmiermittelreservoir. Die verbesserte Schmierung und die geringe Kontaktfläche sorgen für optimale Reibeigenschaften. Erst ab 180 bar liegt eine vollflächige Anlage zwischen Dichtung und Kolbenstange vor. Deutlich erkennbar ist die geringe Extrusionsneigung, die sich auf Grund der beschriebenen Profilgeometrie ergibt.

Erprobungsergebnisse

Anhand von gespritzten Seriendichtungen vom Profil HL wurden folgende Eigenschaften untersucht: Verschleißfestigkeit; Extrusionsfestigkeit; Reibkraftverhalten und das Leckageverhalten. In ausführlichen Versuchläufen wurde die neue Dichtungsgeometrie anhand von hauseigenen Prüfstandards und nach internationalen Prüfnormen auf ihre Leistungseigenschaften hin untersucht. Im Dauerlauf nach ISO 7986 wurden Reib- und Leckageverhalten sowie Verformung und Verschleiß der Testdichtungen bestimmt. Die Untersuchungen wurden sowohl auf handelsüblichen hartverchromten Kolbenstangenoberflächen als auch auf alternativen Oberflächenbeschichtungen durchgeführt.

Die Dichtungsoberflächen wiesen nach dem Dauerlauf nur minimale Lauf- bzw. Verschleißspuren auf. An Dichtkante und Dichtfläche war kein Materialabrieb nachweisbar. Die Dichtkanten behielten ihre Ausgangsform. Aufgrund der nur sehr geringen Reibung kam es auch nicht zu den sonst bei Nutringen üblichen Verfärbungen in den Dichtungslaufflächen.

Die Dichtungen haben sich unter den vorgegebenen Versuchsbedingungen nur geringfügig verformt. Bei keiner der untersuchten Abmessungen kam es zu signifikanter Extrusion. Es konnte lediglich ein geringer Vorspannungsverlust von ca. 25 % festgestellt werden. (Das lesen Sie, wenn Sie weiterklicken: Reibkraftprüfung nach Parker Prüfnorm)

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