(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体（１）と、少なくとも１つのシールリップ（３）を有するシールリング（２）とからなるピストンアセンブリであって、
前記支持体（１）と前記シールリング（２）が結合しており、
前記シールリング（２）が、密閉すべき空間（４）に向かって軸方向に開口する実質上Ｃ字形断面の溝（５）を有し、
前記支持体（１）が、半径方向に延伸するとともに前記シーリング（２）を支持する支持突出部（６）を有し、
前記支持突出部（６）が半径方向の境界（７）を有し、この境界（７）と、前記ピストンの軸（９）に対して平行に延伸しかつ前記溝（５）の半径方向中央（12）を通過する仮想曲面（11）とが半径方向同じ位置にあり、
前記支持突出部（６）の半径方向外側で、前記シールリング（２）の、前記密閉すべき空間（４）とは軸方向反対側の面が、前記支持突出部（６）と隣接する第１の湾曲部（13）と、半径方向で該第１の湾曲部（13）に連続する第２の湾曲部（14）とから形成され、この前記密閉すべき空間（４）とは軸方向反対側の面が、前記密閉すべき空間（４）に向かう実質上Ｓ字形断面を有するピストンアセンブリ。
【請求項２】
前記シールリング（２）の、前記密閉すべき空間（４）とは軸方向反対側の面が、急激にその向きを変えない請求項１記載のピストンアセンブリ。
【請求項３】
前記シールリング（２）が、前記支持突出部（６）の半径方向外側で実質上一定の厚み（15）の材料から形成されている請求項１又は２記載のピストンアセンブリ。
【請求項４】
前記溝（５）の表面の曲率半径（16）の前記第１の湾曲部（13）の表面の曲率半径（17）に対する比が0.75〜1.75である請求項１〜３までのいずれか一項に記載のピストンアセンブリ。
【請求項５】
前記比が実質上１である請求項４記載のピストンアセンブリ。
【請求項６】
前記支持体（１）が金属材料から形成されている請求項１〜５までのいずれか一項に記載のピストンアセンブリ。
【請求項７】
前記シールリング（２）が高分子材料から形成されている請求項１〜６までのいずれか一項に記載のピストンアセンブリ。
【請求項８】
前記支持体（１）と前記シールリング（２）が物質の接着力により結合している請求項１〜７までのいずれか一項に記載のピストンアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来公知のピストンアセンブリは、鋼からなる支持体と加硫されたシールリングとを有する（例えば非特許文献１参照）。このピストンは、両側で加圧可能であり、かつガイドが組み込まれており、この構成において、付加的な密封要素を設けることなく、ピストンをピストンロッドに固定することができる。シールリングは、ニトリルブタジエンゴム（NBR）から形成され、約72のショアＡの硬さを有する。このピストンは、圧縮空気を密閉することを想定しており、温度範囲−20℃〜＋100℃において、最大120 Pa（12bar）の範囲で圧縮空気を密閉する。
【０００３】
【非特許文献１】
カタログ「Simrit Dichtungs- und Schwingungstechnik,Ausgabe 2000」,Komplett-Kolben TDuo P, 29ページ
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上述したような種類のピストンアセンブリを、実質上Ｃ字形の断面をもって形成されているシールリングを使用することもできるように、かつ温度約120℃及び圧力約100 Pa（10 bar）の条件下での使用においても、このように形成されているシールリングがわずかな機械的負荷しか受けないように、さらにそれによって長い使用期間にわたって一貫して良好な使用特性を示すように改良することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明によれば請求項１記載の特徴部によって解決される。すなわち上記課題は、支持体と、少なくとも１つのシールリップを有するシールリングとからなるピストンアセンブリであって、支持体とシールリングが結合しており、シールリングが、密閉すべき空間に向かって軸方向に開口する実質上Ｃ字形断面の溝を有し、支持体が、半径方向に延伸するとともにシーリングを支持する支持突出部を有し、支持突出部がその半径方向の境界を有し、この境界とピストンの軸とが第１の半径方向の距離だけ離間され、ピストンの軸に対して平行に延伸しかつ溝の半径方向中央を通過する仮想曲面とピストンの軸とが第２の半径方向の距離だけ離間され、この第１の半径方向の距離と第２の半径方向の距離が同じ大きさであるピストンアセンブリによって解決される。支持突出部が半径方向の境界を有し、この境界と、ピストンの軸に対して平行に延伸しかつ溝の半径方向中央を通過する仮想曲面とが半径方向同じ位置にある。有利な実施態様については、従属請求項が参照される。
【０００６】
支持突出部と、この支持突出部に支持されているシールリングによって、シールリングは、120℃までの熱及び／又は約100 Pa（約10 bar）の圧力の作用を受ける場合にも、わずかな機械的負荷、特に引張荷重、曲げ荷重及び軸荷重を受けるのみであり、その結果、シールリング、すなわちピストンアセンブリは長い使用期間にわたって一貫して良好な使用特性を示す。温度及び圧力に関する上記条件下で良好に使用することができるシールリング用の材料は、通常の材料、例えばポリウレタンに比べて数倍低い強度を有し、したがってこの種のシールリング用の材料からなるシールリングには特別な支え、支持が必要である。密閉すべき空間に向かって軸方向に開口する実質上Ｃ字形断面の溝、すなわちピストンの軸を含む平面において、断面がＣ字形であるとともに密閉すべき空間に向かって軸方向に開口する溝を備える特別なシールリングは、機械的負荷に関する圧力作用及び／又は熱作用に対して特に敏感であり、その結果、まさにこのような形状の場合に、シールリングの損傷及び／又は破壊、さらにそれによるピストンアセンブリの故障を回避するためにシールリングの良好な支持を確かなものとすることが重要である。
【０００７】
密閉すべき機械的要素に接するシールリップの曲げ負荷をできるだけ、十分に小さくするために、支持突出部の半径方向の境界とピストンの軸との間の距離が第１の半径方向の距離を有し、ピストンの軸に対して平行に延伸しかつ溝の半径方向中央を通過する仮想曲面とピストンの軸との間の距離が第２の半径方向の距離を有する場合に、第１の半径方向の距離と第２の半径方向の距離を同じ大きさとする。いずれにしても、シールリングが圧力を受けない側で支持突出部によって十分に支えられていることが保証されていなければならない。十分な支えは、上述の条件が満たされている場合に得られる。
【０００８】
溝底部内側の切欠効果は、支持突出部の半径方向の境界のピストンの軸からの距離及び、仮想曲面のピストンの軸からの距離が、すなわち第１の半径方向の距離と第２の半径方向の距離が等しいことによって最小限に制限することが可能となる。
【０００９】
シールリングの表面における切欠効果をさらに小さくすることは、シールリングの、密閉すべき空間とは軸方向反対側の面を、支持突出部の半径方向外側で、支持突出部と隣接、境を接している第１の湾曲部と、半径方向でこの第１の湾曲部に連続する第２の湾曲部とにより形成し、かつこの密閉すべき空間とは軸方向反対側の面を、密閉すべき空間に向かう軸を有する実質上Ｓ字形断面を有するように形成することによって達成することができる。この構成において、断面における、密閉すべき空間とは軸方向反対側のシールリングの表面の方向は急激には変化しない。シールリングの表面の領域のこの向きの変化は、できるだけ緩やかにかつ大きな半径で行われるように設計されている。
【００１０】
シールリングは、支持突出部の半径方向外側において、実質上一定厚みの材料から形成することができる。これによって、一定厚みの材料からなるこの領域は、圧力作用及び／又は熱作用に対して、等しい機械的負荷にさらされる。この運転条件下において、例えばシールリップの、支持体に当接しかつそのことによってアバットメント及び支点として機能する接触領域に補強材／外部背面を有するシールリングはより不利である。このような構成では、シールリップの接触領域／溝底部の領域に亀裂をもたらすシールリップへの望ましくない高い曲げ負荷が結果生ずる。
【００１１】
軸方向に開口するＣ字形断面の溝の領域が、半径方向に十分な可撓性を有することは、シールリングに大きな機械的負荷がもたらされないという点で著しく有利である。溝のＣ字形断面部分の曲率半径と第１の湾曲部の曲率半径との比、すなわちピストンの軸を含む平面において、溝のＣ字形部分の密閉すべき空間との境界が有する半径と、第１の湾曲部の密閉すべき空間とは反対側の空間との境界が有する半径との比を、0.75〜1.75とすることができ、好ましくはこの比は実質上１である。この構成によって、溝の領域内及び第１の湾曲部の領域内での切欠効果は、実質上等しく小さくなり、かつ柔軟性は同じ大きさとなる。
【００１２】
支持体を金属材料から形成することができる。この種の支持体は、簡単かつ安価に製造することができるが、代替的にはこれとは異なり、高分子材料又はセラミック材料からなる支持体を使用することもできる。
【００１３】
シールリングは、フッ素ポリマー（FPM）又は水素化ニトリルブタジエンゴム（HNBR）から形成することが好ましい。
【００１４】
ポリウレタンと異なり、FPM又はHNBRのような材料は、十分な耐熱性及び十分な耐薬品性を示し、したがって約120℃の範囲内の温度及び／又は約100 Pa（約10 bar）の範囲内の圧力による作用に対して特に適しており、この範囲の条件は、ほとんどの使用事例に対して十分なものである。ポリウレタンより低い強度は、本発明によるピストンアセンブリの形状によって必要以上に補償されている。
【００１５】
支持体とシールリングは、物質の接着力により相互に結合していることが好ましい。これらの２つの部材を、相互に接着もしくは加硫することができる。加硫に対しては、特に金属材料からなる支持体が特に有利であり、これは、このような支持体によってシールリングへの持続する優れた結合が可能となるためである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるピストンアセンブリの実施形態を図１及び２を参照して詳説する。これらの図はそれぞれ、本発明によるピストンアセンブリの概略を示す。
【００１７】
図１には、空気圧工学の分野で使用されるピストンアセンブリの実施形態を示す。ピストンアセンブリは、２分割できるように形成されている金属製の支持体１と、同一部品として形成され、かつ相互に左右対称に配置されている２つのシールリング２とを含む。軸方向でシールリング２の間に位置する支持体１の凹部18の中に磁石19が配置され、この磁石によって、ここでは示されていないシリンダ内におけるピストンの軸方向の位置が検出可能となる。磁石19は、その半径方向外側をガイドリング20で取り囲まれている。ガイドリング20は、シリンダ内でピストンを案内するように設けられている。ガイドリング20が、その両方の端面側にそれぞれ配置されているシールリップ３の間に配置され、２つのシールリップ３の間で軸方向にわたって延伸していることによって、このガイドリングは、ピストンが圧力作用をもたらす際に、シリンダ内のピストンの傾きを防止する。シールリング２はFPM又はHNBRから形成されている。
【００１８】
図２には、図１の「Ｚ」で示す部分を拡大して詳細に示す。シールリング２は、シールリップ３を有し、このシールリップは、軸と平行に切った断面、縦断面において、実質上Ｃ字形の、密閉すべき空間４に向かって軸方向に開口する溝５を有する。この溝５は、この実施形態の場合には、半径方向外側でシールリップ３を画定しており、このシールリップは、軸方向に境を接する密閉すべき空間４に向かって突出している。溝５の、密閉すべき空間４とは反対側に、シールリング２は支持隆起部21を有し、この支持隆起部21の半径方向外側の境界22は、支持体１の支持突出部６の半径方向の境界７及び面11と半径方向で同一面に位置する。支持突出部６の半径方向の境界７と同様に、支持隆起部21の半径方向の境界22も、軸９から第１の半径方向の距離８だけ離れている。密閉すべき空間４へ圧力作用をもたらす又は圧力を加える場合には、シールリップ３は、強められた圧力で、ここでは示されていないシリンダの内側の境界壁に接触し、かつこの圧力作用に対して密閉を行なう。シールリング２への機械的負荷をできるだけ小さく維持するために、シールリング２は、その表面が、支持突出部６の半径方向外側で、支持隆起部21からシールリップ３の半径方向外側の境界まで、支持突出部６に隣接する位置から延伸する第１の湾曲部13と、この第１の湾曲部13に連続し、第１の湾曲部13の方向を変える第２の湾曲部14とにより、密閉すべき空間４に向かう軸を有する実質上Ｓ字形断面をなすように形成されている。これらの湾曲部13、14は、急激に向きを変えることなく、緩やかに向きを変え、相互に連続し、移行し、これによりシールリップ３全体は、実質上一定の厚み15の材料から形成される。
【００１９】
圧力作用をもたらす場合には、シールリップ２は、溝５の溝底部に、及び第１の湾曲部13が支持隆起部21に移行する第１の湾曲部13の領域に特に負荷を受ける。溝５のＣ字形断面部分の曲率半径16と第１の湾曲部13の曲率半径17の比は、ここに示した実施形態の場合には約1.2であり、ピストンアセンブリの大きさに依存する曲率半径16、17は、通常の大きさで約0.4〜1.5mmに達する。
【００２０】
図示する実施例では、密閉すべき空間４に向かって第１の湾曲部13に連続する第２の湾曲部14の曲率半径は、溝５のＣ字形断面部分の曲率半径16及び第１の湾曲部13の曲率半径17より大きい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、支持体（１）と、少なくとも１つのシールリップ（３）を有するシールリング（２）とからなるピストンアセンブリであって、支持体（１）とシールリング（２）が結合しており、シールリング（２）が、実質上Ｃ字形に形成されているとともに密閉すべき空間（４）に向かって軸方向に開口する溝（５）を有し、支持体（１）が、半径方向に延伸するとともにシーリング（２）を支持する支持突出部（６）を有し、支持突出部（６）が半径方向の境界（７）を有し、この境界（７）と、ピストンの軸（９）に対して平行に延伸しかつ溝（５）の半径方向中央（12）を通過する仮想曲面（11）とが半径方向同じ位置にあるピストンアセンブリに関する。この構成により、温度約120℃及び圧力約100 Pa（10 bar）の条件下での使用においても、わずかな機械的負荷しか受けることがないシールリングを有するピストンアセンブリが提供され、それによってこのピストンアセンブリは、長い使用期間にわたって一貫して良好な使用特性を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のピストンアセンブリを示す断面図である。
【図２】図１の「Ｚ」で表す部分を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１      支持体
２      シールリング
３      シールリップ
４      密封すべき空間
５      溝
６      支持突出部
７      境界
８      第１の半径方向の距離
９      ピストンの軸
１０      第２の半径方向の距離
１１      仮想曲面
【図１】
0003771209.tif 000002
【図２】
0003771209.tif 000003