Kontaktdruck

Der Kontaktdruck zwischen der Oberfläche der Dichtung und des Zylinderrohrs ergibt sich durch die Summe der Dichtungs-Vorspannung und des Druckabfalls über der Dichtung. Man kann, dank des stabilen Querschnitts der Metseal- Dichtung, einen Kontaktdruck erhalten, der eine angemessene Verteilung über die Kontaktfläche und einen niedrigeren Maximalwert hat. Durch Veränderung und Verkleinerung des Dichtungs-Querschnitts, kann man den Kontaktdruck der aus der Vorspannung kommt beeinflussen. Wenn man einen Teil der Dichtungsbreite die vom Druckabfall beeinflusst wird, mindert, kann man die Stärke des Kontaktdrucks ausgleichen. Die Gesamtkraft und der Mittelwert des Kontaktdrucks wird nun gesenkt, vor allem aber kann der maximale Kontaktdruck, der im nahen Bereich der Niedrigdruckseite liegt, auf entscheidende Weise für die Lebensdauer gesenkt werden, da es den Verschleiß vermindert und die Lebensdauer verlängert. Dies kommt dadurch zustande, dass in dem Moment indem sich die Dichtung in Richtung des Spalts zwischen Kolben und Zylinder drehen will, ohne eine Veränderung des Mittelwerts umverteilt wird, so dass der Kontaktdruck der sich im „Niedrig-Druckbereich“ befindet, sich weiter verringert, und zur Kontaktfläche im „Hoch-Druckbereich“ verlegt wird. Die Metseal-Dichtungen können auf diese Weise mittels Festlegung der Querschnitts-Abmessungen und der Form sowohl einen niedrigen Mittelwert als auch einen niedrigen maximalen Kontaktdruck-Wert erzeugen. Als Beispiel wie der Kontaktdruck beeinflusst wird, zeigt Abbildung Nr. 2 wie der Kontaktdruck für die Kolbendichtung Typ D wird, wenn die Dichtung nur als einfach wirkend und nur mit Druckabfall in einer Richtung funktioniert. In Bild Nr. 3 wird dieselbe Dichtung gezeigt, Typ D, nach Einlaufen zu einer gewissen Pfeilform, wo die Dichtung als doppeltwirkende funktioniert, d.h. mit wechselnder Druckabfall-Richtung. Abb. 4 zeigt eine einfachwirkende balancierte Kolbendichtung. Der Druck fällt im Mittelwert linear über die Dichtungsfläche. Der Druckfall, d h. der Druck-Unterschied zwischen der Hochdruck-Seite und der Niederdruck-Seite wird somit der Kontaktdruck mit nur 50% beeinflussen oder mit dem Mittelwert des Druckfalls über der Dichtungsfläche. In weichen Dichtungen aus polymeren Werkstoffen wird der Kontaktdruck in der wichtigen Dichtungszone ungefähr gleich wie der Druckfall über der Dichtung, d.h. ca 100%. Durch ausbalancieren des Druckfalls über große Teile der Breite der Metseal-Dichtung um damit einen auf die ganze Kontaktfläche relativ gleichmäßigen Kontaktdruck zu erhalten, kann man einen sehr niedrigen Mittel-Kontaktdruck erreichen, aber auch einen sehr niedrigen Maximal-Kontaktdruck. Bei Typ SB und DR wird der Mittel-Kontaktdruck, in Folge des Druckfalls über der Dichtung, nur 13-25% des Druckfalls über der Dichtung betragen. Der Maximal-Kontaktdruck wird nicht nennenswert höher sein. Die Metseal-Kolbendichtung liegt immer voll zwischen der Außen- Fläche/Kontaktfläche der Dichtung und der entgegen aufwenden Fläche an.

Infolge der Federung im Zylinderrohr auf Grund des inneren Überdrucks, ist das Zylinderrohr an der Dichtung immer leicht kegelförmig. Die Seitenwand der Metseal-Dichtung dreht sich genau so viel wie die Kegelförmigkeit des Zylinderrohrs, was dazu führt, dass die Seitenwand nicht immer über die ganze Höhe an der Seitenfläche der Dichtungsspur im Kolben anliegen kann. Die dichtende Kontaktfläche einer Metseal-Dichtung bleibt auch bei geringem Verschleiß eben, während die Seitenfläche in Richtung einer abgerundeten Fläche verschleißen kann. Dies ist kein Problem sondern eher ein Vorteil. Da die doppeltwirkende Kolbendichtung, Typ D, wie eine einfachwirkende Dichtung funktioniert, bleibt die ganze Kontaktfläche eben plan auch bei Verschleiß. Falls Typ D als doppeltwirkende Dichtung funktioniert, wird die Dichtung leicht Pfeilförmig abgenutzt. Die halbe Dichtungsbreite wird dann zur Dichtfläche in der jew. Druckfallrichtung. Nach dem Einlaufen wird somit die unter Druck gesetzte Breite halbiert und als Folge dessen auch die Reibekraft. Durch die Halbierung der Breite wird die Verteilung günstiger und der maximale Kontaktdruck an der Niederdruck-Seite schwacher.