T- Ring Pneumatik Kolbendichtung mit geringster Reibung. T- Ring Low Friction Piston Seal

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1 T- Ring Pneumatik Kolbendichtung mit geringster Reibung T- Ring Low Friction Piston Seal Merkel Freudenberg Fluidtechnic GmbH Lead Center Fluid Power Industry Patrick Kinsch Gonzalo A. Barillas Jürgen Jäckel Marco Schönwälder

2 Inhalt Motivation Produktbeschreibung / Product Presentation Zusammenfassung / Summary 2

3 Motivation Antriebe mit hohem Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit Verringerung der bewegte Massen Verringerung der Reibungsverluste Kompakte Bauweise / Reduktion der Bauvolumen 3

4 Motivation Dichtprinzipien Kleinere Einbauraummaße Verringerung des Querschnitts Radiale Verpressung führt zu überproportional höheren Radialkräften bei Profilverkleinerung, höhere Empfindlichkeit gegenüber Toleranzen Kraft OV_3mm Kraft OR_1,5mm Verpressung OV_3mm Verpressung OR_1,5mm Radialkraft (N) % 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% Verpressung (%) 4 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Verformung (mm) 0%

5 Motivation Dichtprinzipien Radiale Verpressung des Dichtungsquerschnitts Radiale Verpressung führt zu überproportional höheren Radialkräften Einsperren von Druckluft im Nutgrund hohe Radialkraft, Kolbenkonstruktion mit Bohrung O-Ring X-Ring I-Ring Z-Ring K-Ring 5

6 T- Ring Produktbeschreibung / Product Presentation Dynamische Dichtkante Kanäle zur Druckaktivierung Axial dichtende Kraftkomponente Statische Dichtkanten Statische Dichtkanten 6 keine Kompakte Verpressung des Dichtungsquerschnitts Keine Verpressung von Druckluft im Nutgrund Symmetrisch Produktvideo

7 T-Ring Innovative Antriebsdichtung FEM: Hauptnormalspannungen für T-Ring ø 32 mm (32-5,2-3; 72 NBR 708; 20 C) Belastungen wirken sich nicht auf die Werkstoffbeanspruchung aus Einbau 6 bar 12 bar s1max= 0,02 MPa s1max= 0,08 MPa s1max = 0,26 MPa 7

8 T-Ring Innovative Antriebsdichtung Blow By Versuche (Überströmen) Interne Versuche: 1. Bewegung der Kolbenstange bei geringen Druckübergewicht. p1, p2 = 1 bis 10 bar keine Leckage 2. Bewegung der Kolbenstange entgegen den Druckräumen durch externe Last. p1=p2, p1, p2 = 1 bis 6 bar, keine Leckage 3. Bewegung der Kolbenstange entgegen dem höheren Druckraum durch externe Last. p1 = p2 = 3 bar, p2 = wird geschlossen und die Stange herausgezogen bis p2 = 8,5 bar n. 24 h kein Druckverlust, keine Wegveränderung Externe Versuche: 4. Pneumatikhersteller keine Leckage Prüfzylinder mit/ohne Antriebszylinder 8 p1 p2 v = f ( p, A) p1, p2 = 1 bar 10 bar p3 p4 Beispiel Blow By Aufheben der Kontaktspannungen an den Dichtstellen

9 T-Ring Innovative Antriebsdichtung Blow By Versuche (Überströmen) FEM-Simulation des Verhaltens bei Gegendruck 9

10 T-Ring Innovative Antriebsdichtung Reibung ca. 66 % weniger Reibung als AIRZET PK (Kompaktdichtung) ca. 60 % weniger Reibung als NAP 300 (Nutring) ca. 63 % weniger Reibung als Z-Ring (Wettbewerb, Kompaktdichtung) Startreibung n. Stillstand Laser Prüfung ohne Stangenkopf Druckaufnehmer Drossel Schmierstoff: Centoplex EP 2 10

11 T-Ring Innovative Antriebsdichtung Reibung Kleinste Verfahrgeschwindigkeiten möglich Kleinste Verfahrgeschwindigkeit T-Ring 72 NBR 708 Airzet PK 80 NBR Geschwindigkeit [mm/s] Stangendichtung: AUNIPSL p1 p2 Schmierstoff: Centoplex EP 2 0 1bar 3bar 6bar 10bar Druck [bar] 11

12 Reibung ca. 30 % schnelleres Ansprechverhalten pro Hub 1,00 0,90 0,80 0,70 Ansprechverhalten Startzeitt [s] 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Keine Stangendichtung 0,00 T-Ring Z-Dichtung Wettbewerb P2 offen Nach DH ~ 1 h Zeitgewinn schnellere Taktzeiten möglich Schmierstoff: Centoplex EP 2 p ml/min

13 T-Ring Innovative Antriebsdichtung Lebensdauerversuch 15 Mio. Doppelhübe (6000 km) Aluminiumrohr, DN 32 mm, 200 mm Hub Senkrecht eingebaut Schmierstoff: Klübersynth AR Druck: 10 bar Luftdruck, getrocknet Temperatur: RT Geschwindigkeit: 1 m/s Prüflinge: 80 NBR und 72 NBR 708 Versagenskriterium: Leckage > 6,5 Nml/min bei 1, 3, 6 und 10 bar 13

14 T-Ring Innovative Antriebsdichtung Lebensdauerversuch Kaum sichtbarer Verschleiß am T-Ring Dichtfunktion, Überdeckung DV bei beiden Werkstoffen vorhanden kein Grund für Mirkoleckage an der Dichtung erkennbar Leckage ml/min Doppelzyklen bar, 72 NBR bar, 72 NBR bar, 72 NBR bar, 72 NBR bar, 80 NBR bar, 80 NBR bar, 80 NBR bar, 80 NBR Limit 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 72 NBR DH 15 Mio. DH 80 NBR DH 15 Mio. DH p1 p2 14

15 T-Ring Innovative Antriebsdichtung Versuchsergebnisse Prototypen Nenndurchmesser 32 mm, NBR FEM Montageversuche Blow By Versuche (Überströmen) Dichtheitsversuche ( -20 C, +20 C, +80 C, Min. und Max. Einbauräume) Setzverhalten (Materialeigenschaften und Geometrie) Reibung (Stillstand, Verfahrgeschwindigkeit, Ansprechverhalten) Lebensdauerversuch T-Ring hat alle Tests positiv bestanden 15

16 Aussichten / Outlook Anwendung in Zylinder mit niedriger Reibung Anwendung bei minimalen Geschwindigkeiten Anwendung als Antriebsdichtung für Kolbenschieber in Wegeventile Vereinfachung der Kolbenkonstruktion Werkstoffvarianten für diverse Applikationen (Medien, Temperaturen) wählbar 16

17 Zusammenfassung / Summary Kundennutzen Niedriger Energieverbrauch durch geringere Verlustleistung 17 kürzere Taktzeit und höhere Schaltfrequenz Herstellkosten des Zylinders durch einfache Montage Symmetrische Dichtung, keine lageabhängige Montage Unempfindlich gegenüber Fertigungstoleranzen Sichere Montage Größerer Nutzhub durch kleineren EBR Besseres Laufverhalten Ruckfreier Lauf bei kleinsten Geschwindigkeiten Geringster Losfahrdruck Gleichbalancierende Verformung unter Last Funktionssicherheit Hohe Lebensdauer Hohe Anlagensicherheit Geringe zeitunabhängige konstante Reibung (kein Montagmorgeneffekt!) Erlaubt feinfühlige Lageregelung

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dipl.-Ing. Patrick Kinsch Produktentwicklung Lead Center Fluid Power Industry Merkel Freudenberg Fluidtechnic GmbH Ascheröder Str Schwalmstadt Telefon: /