DE102007063216A1 - Verfahren zur Herstellung einer Dichtung und Dichtung - Google Patents

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Abstract

Um ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung, welche ein Dichtelement mit einem Haltebereich aus einem ein Fluorpolymermaterial enthaltenden ersten Material und ein Trägerelement aus einem zweiten Material, welches eine geringere Wärmedehnung aufweist als das erste Material, umfasst, zu schaffen, durch welches das Dichtelement in einfacher Weise und zuverlässig mit dem Trägerelement verbindbar ist, wird ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen: - zumindest teilweises Einbringen des Haltebereichs des Dichtelements in eine Aufnahme des Trägerelements bei einer Einbringtemperatur; - Erhöhung der Temperatur des Dichtelements auf eine oberhalb der Einbringtemperatur liegende Stauchtemperatur, wobei der Haltebereich des Dichtelements aufgrund seiner thermischen Ausdehnung gegen einen Ausdehnungsbegrenzungsbereich des Trägerelements gedrückt und dadurch gestaucht wird; - Abkühlen des Dichtelements auf eine unterhalb der Stauchtemperatur liegende Temperatur, wobei der Haltebereich des Dichtelements schrumpft, so dass das Dichtelement formschlüssig mit dem Trägerelement verbunden wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung, welche ein Dichtelement aus einem ein Fluorpolymermaterial enthaltenden ersten Material und ein Trägerelement aus einem zweiten Material, welches eine geringere Wärmedehnung aufweist als das erste Material, umfasst.
  • Dabei kann das zweite Material insbesondere ein metallisches Material umfassen.
  • Ein Dichtelement aus einem Fluorpolymermaterial kann beispielsweise durch Verkleben nach chemischer Vorbehandlung an einem Trägerelement aus einem metallischen Material festgelegt werden. Eine solche Verklebung ist aufgrund der erforderlichen chemischen Vorbehandlung jedoch sehr aufwendig. Außerdem ist das Trägerelement aus dem metallischen Material nicht weiter verwendbar, wenn das Dichtelement aus dem Fluorpolymermaterial verschlissen ist.
  • Ferner ist die Verwendung eines Klebers nicht für Anwendungen der Dichtung im Lebensmittelbereich, im pharmazeutischen Bereich und bei vielen chemischen Anwendungen geeignet.
  • Alternativ zu einer Verklebung ist es möglich, das Dichtelement zwischen mehreren Trägerelementen, beispielsweise Metallringen, einzuklemmen.
  • Hierbei entstehen jedoch Trennflächen, die insbesondere bei der Verwendung der Dichtung im Lebensmittelbereich oder bei Farben unerwünscht sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung, welche ein Dichtelement mit einem Haltebereich aus einem ein Fluorpolymermaterial enthaltenden ersten Material und ein Trägerelement aus einem zweiten Material, welches eine geringere Wärmedehnung aufweist als das erste Material, umfasst, zu schaffen, durch welches das Dichtelement in einfacher Weise und zuverlässig mit dem Trägerelement verbindbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung, welche ein Dichtelement mit einem Haltebereich aus einem ein Fluorpolymermaterial enthaltenden ersten Material und ein Trägerelement aus einem zweiten Material, welches eine geringere Wärmedehnung aufweist als das erste Material, umfasst, gelöst, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:
    • – zumindest teilweises Einbringen des Haltebereichs des Dichtelements in eine Aufnahme des Trägerelements bei einer Einbringtemperatur;
    • – Erhöhung der Temperatur des Dichtelements auf eine oberhalb der Einbringtemperatur liegende Stauchtemperatur, wobei der Haltebereich des Dichtelements aufgrund seiner thermischen Ausdehnung gegen einen Ausdehnungsbegrenzungsbereich des Trägerelements gedrückt und dadurch gestaucht wird;
    • – Abkühlen des Dichtelements auf eine unterhalb der Stauchtemperatur liegende Temperatur, wobei der Haltebereich des Dichtelements schrumpft, so dass das Dichtelement formschlüssig mit dem Trägerelement verbunden wird.
  • Der erfindungsgemäßen Lösung liegt somit das Konzept zugrunde, die Geometrie des Trägerelements und des Dichtelements so aufeinander abzustimmen, dass diese Elemente bei der Einbringtemperatur leicht und ohne Aufwand gefügt werden können. Dann wird die Dichtung in diesem gefügten Zustand auf eine oberhalb der Einbringtemperatur liegende Stauchtemperatur gebracht, welche vorzugsweise auch oberhalb der späteren maximalen Anwendungstemperatur der Dichtung liegt.
  • Durch die auf die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien des Dichtelements und des Trägerelements abgestimmte Geometrie des Trägerelements und des Dichtelements wird das Dichtelement, welches sich bei der Erwärmung auf die Stauchtemperatur stärker ausdehnt als das Trägerelement, gegen den Ausdehnungsbegrenzungsbereich des Trägerelements gepresst und dadurch unter einer von dem Trägerelement auf das Dichtelement ausgeübten mechanischen Druckspannung gestaucht.
  • Aufgrund dieser Stauchung bei der Stauchtemperatur schrumpft das Dichtelement beim Abkühlen auf eine unterhalb der Stauchtemperatur liegende Temperatur auf das Trägerelement auf, so dass das Dichtelement formschlüssig mit dem Trägerelement verbunden wird.
  • Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind keine besonderen Werkzeuge oder Vorrichtungen erforderlich.
  • Wenn das Dichtelement aufgrund von Abnutzungserscheinungen ausgetauscht werden muss, so kann es einfach zerschnitten und anschließend von dem Trägerelement gelöst werden.
  • Ein neues Dichtelement kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens an dem Trägerelement montiert werden, so dass das Trägerelement wiederverwendbar ist.
  • Durch die Abstützung des Dichtelements durch das Trägerelement wird verhindert, dass sich das Dichtelement durch Temperatureinflüsse so verändert, dass es statisch und/oder dynamisch undicht wird. Insbesondere kann durch das Trägerelement verhindert werden, dass das Dichtelement beispielsweise auf eine abzudichtende Welle aufschrumpft und dass es zu erhöhtem Verschleiß des Dichtelements kommt.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich das Dichtelement vor dem Einbau der Dichtung leicht an dem Trägerelement befestigen.
  • Dabei kann sich das Dichtelement der Kontur des Trägerelements anpassen.
  • Ferner ist gewährleistet, dass sich das Dichtelement im Betrieb der Dichtung nicht mehr durch thermische Einflüsse im Durchmesser kleiner ausbildet, als dies durch die konstruktiven Vorgaben des Herstellers festgelegt ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Stauchtemperatur um mindestens 70°C höher liegt als die Einbringtemperatur.
  • Um eine stabile formschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem Trägerelement zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement eine Hinterschneidung aufweist, welche der Haltebereich des Dichtelements im geschrumpften Zustand hintergreift.
  • Um das Einbringen des Haltebereichs des Dichtelements in die Aufnahme des Trägerelements bei der Einbringtemperatur nicht zu behindern, ist es dabei günstig, wenn der Haltebereich des Dichtelements die Hinterschneidung des Trägerelements im Einbringzustand nicht hintergreift.
  • Ferner ist zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem Trägerelement vorzugsweise vorgesehen, dass das Dichtelement eine Hinterschneidung aufweist, welche das Trägerelement im geschrumpften Zustand des Dichtelements hintergreift.
  • Um das Einbringen des Haltebereichs des Dichtelements in die Aufnahme des Trägerelements nicht zu behindern, ist es günstig, wenn das Trägerelement die Hinterschneidung des Dichtelements im Einbringzustand nicht hintergreift.
  • Zur Herstellung einer stabilen formschlüssigen Verbindung zwischen dem Trägerelement und dem Dichtelement ist es ferner von Vorteil, wenn das Trägerelement einen Vorsprung aufweist, welcher im geschrumpften Zustand des Dichtelements in eine Ausnehmung des Dichtelements eingreift.
  • Um eine Relativverschiebung zwischen dem Trägerelement und dem Dichtelement während des Betriebs der Dichtung zu vermeiden, ist es günstig, wenn eine axiale Ausdehnung des Vorsprungs des Trägerelements im wesentlichen einer axialen Ausdehnung der Ausnehmung des Dichtelements entspricht, so dass der Vorsprung des Trägerelements und die Ausnehmung des Dichtelements insbesondere komplementär zueinander ausgebildet sind.
  • Zur Herstellung einer stabilen formschlüssigen Verbindung zwischen dem Trägerelement und dem Dichtelement ist es ferner von Vorteil, wenn das Dichtelement einen Vorsprung aufweist, welcher im geschrumpften Zustand des Dichtelements in eine Ausnehmung des Trägerelements eingreift.
  • Um eine Relativverschiebung zwischen dem Trägerelement und dem Dichtelement in einer axialen Richtung der Dichtung während des Betriebs der Dichtung zu vermeiden, kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass eine axiale Ausdehnung des Vorsprungs des Dichtelements im wesentlichen einer axialen Ausdehnung der Ausnehmung des Trägerelements entspricht.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Haltebereich des Dichtelements zumindest abschnittsweise bogenförmig gekrümmt ausgebildet ist.
  • Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Haltebereich des Dichtelements ringförmig geschlossen ausgebildet ist.
  • Besonders günstig, insbesondere zur Abdichtung drehbarer Bauteile, ist es, wenn der Haltebereich im wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist.
  • Ferner ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Aufnahme des Trägerelements zumindest abschnittsweise bogenförmig gekrümmt ausgebildet ist.
  • Ferner ist es günstig, wenn die Aufnahme des Trägerelements ringförmig geschlossen ausgebildet ist.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Aufnahme des Trägerelements im wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist.
  • Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Dichtung ist vorzugsweise als ein Radialwellendichtring ausgebildet.
  • Das erste Material, aus welchem der Haltebereich des Dichtelements gebildet ist, kann insbesondere ein Polytetrafluorethylen (PTFE), ein Polytetrafluorethylen-Compound, ein modifiziertes Polytetrafluorethylen und/oder ein modifiziertes Polytetrafluorethylen-Compound enthalten.
  • Unter einem "modifizierten Polytetrafluorethylen" ist dabei ein PTFE-ähnlicher Stoff zu verstehen, bei welchem die Molekülstruktur des PTFE dadurch chemisch modifiziert worden ist, dass die Fluoratome des PTFE teilweise durch Substituenten ersetzt sind.
  • Ein solches modifiziertes PTFE ist beispielsweise unter der Bezeichnung TFM bekannt und von der Firma Dyneon zu beziehen.
  • Unter einem "Polytetrafluorethylen-Compound" ist ein Gemisch aus PTFE und mindestens einem organischen oder anorganischen Füllstoff zu verstehen.
  • Entsprechend ist unter einem "modifizierten Polytetrafluorethylen-Compound" ein Gemisch zu verstehen, welches ein modifiziertes Polytetrafluorethylen, beispielsweise TFM, und mindestens einen organischen oder anorganischen Füllstoff umfasst.
  • Besonders günstig zur Herstellung einer zuverlässigen und langlebigen Dichtung ist es, wenn das erste Material ein Compound mit einem Füllstoffgehalt von mindestens ungefähr 10 Gewichtsprozent enthält.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Material ein Compound mit Glasfasern oder PEEK (Polyetheretherketon) als Füllstoff enthält.
  • Um eine gute Abstützwirkung des Trägerelements zu erzielen, kann insbesondere vorgesehen sein, dass das zweite Material ein metallisches Material enthält.
  • Dieses metallische Material ist vorzugsweise ein Stahlmaterial, insbesondere ein Edelstahlmaterial.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Dichtung, welche ein Dichtelement mit einem Haltebereich aus einem ein Fluorpolymermaterial enthaltenden ersten Material und ein Trägerelement aus einem zweiten Material, welches eine geringere Wärmedehnung aufweist als das erste Material, umfasst.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine solche Dichtung zu schaffen, die einfach herzustellen ist und eine stabile Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem Trägerelement aufweist.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Dichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 21 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im montierten Zustand der Haltebereich des Dichtelements zumindest teilweise in eine Aufnahme des Trägerelements so eingreift, dass das Dichtelement formschlüssig an dem Trägerelement gehalten ist, und dass das Trägerelement einen Ausdehnungsbegrenzungsbereich zur Begrenzung der thermischen Ausdehnung des Dichtelements umfasst.
  • Durch das Vorhandensein des Ausdehnungsbegrenzungsbereichs am Trägerelement kann das Dichtelement gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren formschlüssig mit dem Trägerelement verbunden werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dichtung ist vorgesehen, dass der Haltebereich des Dichtelements im montierten Zustand der Dichtung von dem Ausdehnungsbegrenzungsbereich des Trägerelements beabstandet ist.
  • Der Haltebereich des Dichtelements ist vorzugsweise durch eine thermische Behandlung unter einer Druckspannung gestaucht.
  • Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Haltebereich des Dichtelements auf einen Abstützbereich des Trägerelements aufgeschrumpft ist.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Dichtung sind Gegenstand der Ansprüche 25 bis 41, deren Merkmale und Vorteile bereits vorstehend im Zusammenhang mit den besonderen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert worden sind.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 einen schematischen, abschnittsweisen Schnitt durch eine Welle und eine daran angeordnete Radialwellendichtung, welche ein Trägerelement und ein an dem Trägerelement formschlüssig gehaltenes Dichtelement umfasst;
  • 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1, welche einen Querschnitt durch die Radialwellendichtung, quer zu deren Umfangsrichtung und parallel zu deren Axialrichtung, darstellt;
  • 3 einen schematischen Querschnitt durch das Dichtelement der Dichtung aus den 1 und 2, quer zu dessen Umfangsrichtung, wobei eine Dichtlippe des Dichtelements sowohl in einem ursprünglichen Zustand (in strichpunktierter Linie) als auch in einem verformten Endzustand (in durchgezogener Linie) dargestellt ist;
  • 4 eine schematische perspektivische Darstellung des ringförmigen Dichtelements aus 3;
  • 5 einen schematischen Querschnitt durch das Trägerelement und das Dichtelement der Dichtung aus den 1 und 2 in einer ersten Phase eines Fügevorgangs, durch welchen das Dichtelement und das Trägerelement formschlüssig aneinander festgelegt werden, wobei in der ersten Phase ein Haltebereich des Dichtelements in eine Aufnahme des Trägerelements eingeschoben wird;
  • 6 einen der 5 entsprechenden schematischen Querschnitt durch das Trägerelement und das Dichtelement in einer zweiten Phase des Fügevorgangs, in welcher das Dichtelement und das Trägerelement erwärmt werden, der Haltebereich des Dichtelements aufgrund seines höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten an einem Ausdehnungsbegrenzungsbereich des Trägerelements anstößt und der Haltebereich des Dichtelements hierdurch gestaucht wird; und
  • 7 einen schematischen Querschnitt durch das Trägerelement und das Dichtelement in einer dritten Phase des Fügevorgangs, in welcher das Dichtelement und das Trägerelement abgekühlt werden und der gestauchte Haltebereich des Dichtelements aufgrund seines höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf einen Abstützbereich des Trägerelements aufschrumpft.
  • Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • Eine in 1 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Baugruppe umfasst eine um ihre Drehachse 102 drehbare zylindrische Welle 104 und eine an einer Umfangsfläche 106 der Welle 104 angeordnete Dichtung 108 in Form einer Radialwellendichtung.
  • Die Dichtung 108 umfasst ein ringförmiges Trägerelement 110 und ein ebenfalls ringförmiges Dichtelement 112.
  • Das Trägerelement 110 und das Dichtelement 112 sind beide im wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich ihrer gemeinsamen Mittelachse 114 ausgebildet, welche im montierten Zustand der Dichtung 108 mit der Drehachse 102 der Welle 104 zusammenfällt.
  • Wie am besten aus der vergrößerten Darstellung der 2 zu ersehen ist, weist das Trägerelement 110 einen im wesentlichen C-förmigen Querschnitt auf und umfasst einen radial innenliegenden Abstützbereich 116, einen radial außenliegenden Ausdehnungsbegrenzungsbereich 118 und einen den Ausdehnungsbegrenzungsbereich 118 mit dem Abstützbereich 116 verbindenden Verbindungsbereich 120.
  • Der Abstützbereich 116 umfasst einen Grundkörper 122 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, von dessen Außenseite ein Vorsprung 124 radial nach außen, im wesentlichen parallel zu dem Verbindungsbereich 120, vorspringt. Hierdurch wird zwischen dem Vorsprung 124 und dem Verbindungsbereich 120 eine Aufnahmenut 126 ausgebildet, und die dem Verbindungsbereich 120 zugewandte Flanke des Vorsprungs 124 bildet eine Hinterschneidung 128.
  • Der von dem Abstützbereich 116, dem Verbindungsbereich 120 und dem Ausdehnungsbegrenzungsbereich 118 des Trägerelements 110 begrenzte Raumbereich bildet eine Aufnahme 130 für einen Haltebereich 132 des Dichtelements 112, welches im folgenden noch näher beschrieben werden wird.
  • Das Trägerelement 110 ist aus einem metallischen Material, beispielsweise aus einem Stahlmaterial, insbesondere aus einem Edelstahlmaterial, hergestellt.
  • Ein geeignetes Stahlmaterial ist beispielsweise der Edelstahl mit der Werkstoffnummer 1.4571 gemäß DIN EN 10020.
  • Das Trägerelement 110 wird aus einem Rohling beispielsweise durch einen Drehvorgang und/oder einen Fräsvorgang hergestellt.
  • Das Dichtelement 112 ist in den 3 und 4 im einzelnen dargestellt und umfasst neben dem radial außenliegenden Haltebereich 132 eine Dichtlippe 134, welche mit ihrem radial innenliegenden Ende 136 im montierten Zustand der Dichtung 108 abdichtend an der Umfangsfläche 106 der Welle 104 anliegt.
  • Der Haltebereich 132 des Dichtelements 112 umfasst einen Grundkörper 138 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, von dessen radialer Innenseite ein Vorsprung 140 radial nach innen, im wesentlichen parallel zu einem radial außenliegenden Endbereich der Dichtlippe 134, vorspringt.
  • Hierdurch wird zwischen dem Vorsprung 140 und der Dichtlippe 134 eine Aufnahmenut 142 für den Vorsprung 124 des Trägerelements 110 ausgebildet, und die der Dichtlippe 134 zugewandte Flanke des Vorsprungs 140 bildet eine Hinterschneidung 144.
  • Sowohl die Aufnahmenut 142 am Dichtelement 112 als auch die Aufnahmenut 126 am Trägerelement 110 verjüngen sich zu ihrem jeweiligen Nutgrund 146 bzw. 148 hin, um das Einbringen des Vorsprungs 124 des Trägerelements 110 in die Aufnahmenut 142 des Dichtelements 112 bzw. das Einbringen des Vorsprungs 140 des Dichtelements 112 in die Aufnahmenut 126 des Trägerelements 110 zu erleichtern.
  • Das Dichtelement 112 ist vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE), aus einem PTFE-Compound, aus modifiziertem PTFE oder aus einem modifizierten PTFE-Compound hergestellt.
  • Bei der Herstellung des Dichtelements 112 wird aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial, welches das PTFE, das PTFE-Compound, das modifizierte PTFE oder das modifizierte PTFE-Compound enthält, ein im wesentlichen zylindrischer Rohling gepresst und anschließend gesintert.
  • Aus dem gesinterten Rohling wird das Dichtelement 112 mit der vorstehend beschriebenen Geometrie auf einer Drehmaschine als Drehteil spanend hergestellt.
  • Dabei wird die Dichtlippe 134 des Dichtelements 112 zunächst so ausgebildet, dass sie sich im wesentlichen geradlinig in radialer Richtung auf die Mittelachse 114 zu erstreckt, wie dies in 3 in strichpunktierter Linie dargestellt ist.
  • Anschließend wird die Dichtlippe 134, gegebenenfalls unter Erwärmung, so gebogen, dass deren Ende 136 im wesentlichen in die axiale Richtung weist.
  • Als Werkstoff für das Dichtelement 112 kann insbesondere ein PTFE-Compound verwendet werden, welches 15% Glasfasern, Rest reines PTFE, enthält.
  • Der Werkstoff des Dichtelements 112 weist beispielsweise einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α von ungefähr 110 μm/mK auf.
  • Das metallische Material des Trägerelements 110 weist beispielsweise einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α von ungefähr 16 μm/mK auf, welcher somit deutlich, um mehr als einen Faktor 6, geringer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials des Dichtelements 112.
  • Nach der getrennten Herstellung werden das Trägerelement 110 und das Dichtelement 112 durch den in den 5 bis 7 schematisch dargestellten Fügevorgang zusammengefügt und formschlüssig miteinander verbunden.
  • Wie in 5 dargestellt, wird in einer ersten Phase bei einer Einbringtemperatur, welche beispielsweise der Raumtemperatur (20°C) entspricht, der Haltebereich 132 des Dichtelements 112 in die Aufnahme 130 des Trägerelements 110 eingebracht, wobei die beiden Vorsprünge 140 und 124 des Dichtelements 112 bzw. des Trägerelements 110 aneinander vorbei bewegt werden.
  • Um dies zu ermöglichen, ist der radiale Abstand zwischen einer radialen Außenfläche 150 des Vorsprungs 124 des Trägerelements 110 und einer dem Abstützbereich 116 des Trägerelements 110 zugewandten Anschlagfläche 152 des Ausdehnungsbegrenzungsbereichs 118 des Trägerelements 110 so gewählt, dass er bei der Einbringtemperatur größer ist als der radiale Abstand zwischen einer radialen Innenfläche 154 des Vorsprungs 140 des Dichtelements 112 und einer der Dichtlippe 134 abgewandten Anschlagfläche 156 des Haltebereichs 132 des Dichtelements 112.
  • Nach dem Einlegen des Haltebereichs 132 des Dichtelements 112 in die Aufnahme 130 des Trägerelements 110 wird das Dichtelement 112 mit einer (nicht dargestellten) Abdeckung, beispielsweise mit einem Metallblech, beschwert (die gemeinsame Mittelachse 114 des Dichtelements 112 und des Trägerelements 110 ist während des Fügevorgangs vorzugsweise im wesentlichen vertikal ausgerichtet).
  • In einer zweiten, in 6 dargestellten Phase des Fügevorgangs wird die aus dem Trägerelement 110 und dem Dichtelement 112 vormontierte Dichtung 108 (zusammen mit der Abdeckung) in einen Ofen eingebracht und bis auf eine Stauchtemperatur erhöht, welche mindestens 70°C höher liegt als die Einbringtemperatur.
  • Die Stauchtemperatur ist höher als die spätere maximale Betriebstemperatur der Dichtung 108 bei Verwendung in der Baugruppe 100.
  • Beispielsweise kann die Stauchtemperatur bei ungefähr 160°C liegen.
  • Durch die Erwärmung von der Einbringtemperatur auf die Stauchtemperatur dehnen sich sowohl das Trägerelement 110 als auch das Dichtelement 112 in radialer Dichtung aus, jedoch, aufgrund der stark unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, in unterschiedlichem Maße.
  • Da sich der Haltebereich 132 des Dichtelements 112 aufgrund seines sehr viel größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten in radialer Richtung deutlich stärker ausdehnt als das Trägerelement 110, wird die Anschlagfläche 156 des Dichtelements 112 gegen die Anschlagfläche 152 des Ausdehnungsbegrenzungsbereichs 118 des Trägerelements 110 gepresst, und hierdurch wird der Haltebereich 132 in radialer Richtung gestaucht.
  • Der Ausdehnungsbegrenzungsbereich 118 des Trägerelements 110 begrenzt die thermische Ausdehnung des Haltebereichs 132 des Dichtelements 112 in radialer Richtung und bewirkt so die Stauchung des Haltebereichs 132.
  • Die für die Stauchung des Haltebereichs 132 des Dichtelements 112 erforderliche Ofenzeit hängt von der Masse des Dichtelements 112 und des Trägerelements 110 ab und kann beispielsweise ungefähr eine Stunde betragen.
  • Nachdem der Haltebereich 132 des Dichtelements 112 durch die Erwärmung auf die Stauchtemperatur gestaucht worden ist, wird in einer in 7 dargestellten dritten Phase des Fügevorgangs die Dichtung 108 aus dem Ofen entnommen und bis auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Bei dieser Abkühlung ziehen sich das Dichtelement 112 und das Trägerelement 110 aufgrund der stark unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlich stark in radialer Richtung zusammen, so dass der Haltebereich 132 des Dichtelements 112 auf den Abstützbereich 116 des Trägerelements 110 aufschrumpft, wobei der Vorsprung 140 am Haltebereich 132 des Dichtelements 112 in die Aufnahmenut 126 des Trägerelements 110 eingreift und die Hinterschneidung 128 am Vorsprung 124 des Trägerelements 110 hintergreift.
  • Ebenso greift der Vorsprung 124 am Abstützbereich 116 des Trägerelements 110 in die Aufnahmenut 142 des Dichtelements 112 ein und hintergreift die Hinterschneidung 144 am Vorsprung 140 des Dichtelements 112.
  • Aufgrund des gegenseitigen Hintergreifens des Vorsprungs 140 am Dichtelement 112 und des Vorsprungs 124 am Trägerelement 110 ist das Dichtelement 112 nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur formschlüssig an dem Trägerelement 110 gehalten, da der Haltebereich 132 des Dichtelements 112 nicht mehr in axialer Richtung von dem Trägerelement 110 gelöst werden kann.
  • Auch bei einer späteren Erwärmung auf eine oberhalb der Raumtemperatur liegende Betriebstemperatur während des Betriebs der Dichtung 108 bleibt das Dichtelement 112 formschlüssig an dem Trägerelement 110 gehalten, solange die Betriebstemperatur ausreichend niedriger liegt als die Stauchtemperatur.
  • Nach dem Festlegen des Dichtelements 112 an dem Trägerelement 110 in der vorstehend beschriebenen Weise kann die fertig gestellte Dichtung 108 an der abzudichtenden Welle 104 montiert werden; dabei kann die Baugruppe 100 noch zusätzliche (nicht dargestellte) elastische Abdichtelemente zur statischen Abdichtung umfassen.
  • Wenn aufgrund von Abnutzungserscheinungen das Dichtelement 112 der Dichtung 108 ausgetauscht werden muss, so kann das Dichtelement 112 in radialer Richtung zerschnitten und anschließend von dem Trägerelement 110 gelöst werden. Ein neues Dichtelement 112 kann in der vorstehend beschriebenen Weise formschlüssig an dem Trägerelement 110 festgelegt werden.
  • Bei einer Variante der vorstehend beschriebenen Dichtung 100 kann das Trägerelement 110 aus anderen Materialien hergestellt sein, solange diese Materialien einen deutlich niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen als das Material des Dichtelements 112.
  • Ferner kann das Trägerelement 110 mit Spülbohrungen versehen sein oder auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten mit jeweils einer Aufnahme 130 für ein Dichtelement 112 versehen sein, so dass die Dichtung 108 doppellippig ausgebildet werden kann.
  • Die Geometrie des Trägerelements 110 und des Dichtelements 112 werden so aufeinander abgestimmt, dass diese Bauteile bei der Einbringtemperatur leicht und ohne Aufwand ineinandergeschoben werden können.
  • Für die Ausgestaltung des Trägerelements 110 des Dichtelements 112 geeignete Abmessungen werden nachstehend für das Beispiel eines Radialwellendichtrings für eine Welle 104 mit einem Wellendurchmesser von 180 mm angegeben (alle folgenden Maße sind für das Trägerelement 110 bei Raumtemperatur und für das Dichtelement 112 im ungestauchten Zustand bei Raumtemperatur angegeben):
    • – Der Innenradius r1 des Trägerelements 110 (siehe 2) kann 90,5 mm betragen.
    • – Der Außenradius r2 des Grundkörpers 122 des Abstützbereichs 116 des Trägerelements 110 kann 94,9 mm betragen.
    • – Der Außenradius r3 des Vorsprungs 124 des Trägerelements 110 kann 95,9 mm betragen.
    • – Der Innenradius r4 des Ausdehnungsbegrenzungsbereichs 118 des Trägerelements 110 kann 103,5 mm betragen.
    • – Der Innenradius r5 des Vorsprungs 140 des Dichtelements 112 (siehe 3) im ungestauchten Einbringzustand kann 96 mm betragen.
    • – Der Innenradius r6 des Grundkörpers 138 des Haltebereichs 132 des Dichtelements 112 im ungestauchten Einbringzustand kann 97 mm betragen.
    • – Der Außenradius r7 des Haltebereichs 132 des Dichtelements 112 im ungestauchten Einbringzustand kann 103,5 mm betragen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - DIN EN 10020 [0069]

Claims (41)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Dichtung (108), welche ein Dichtelement (112) mit einem Haltebereich (132) aus einem ein Fluorpolymermaterial enthaltenden ersten Material und ein Trägerelement (110) aus einem zweiten Material, welches eine geringere Wärmedehnung aufweist als das erste Material, umfasst, umfassend folgende Verfahrensschritte: – zumindest teilweises Einbringen des Haltebereichs (132) des Dichtelements (112) in eine Aufnahme (130) des Trägerelements (110) bei einer Einbringtemperatur; – Erhöhung der Temperatur des Dichtelements (112) auf eine oberhalb der Einbringtemperatur liegende Stauchtemperatur, wobei der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) aufgrund seiner thermischen Ausdehnung gegen einen Ausdehnungsbegrenzungsbereich (118) des Trägerelements (110) gedrückt und dadurch gestaucht wird; – Abkühlen des Dichtelements (112) auf eine unterhalb der Stauchtemperatur liegende Temperatur, wobei der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) schrumpft, so dass das Dichtelement (112) formschlüssig mit dem Trägerelement (110) verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauchtemperatur um mindestens 70°C höher liegt als die Einbringtemperatur.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (110) eine Hinterschneidung (128) aufweist, welche der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) im geschrumpften Zustand hintergreift.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) die Hinterschneidung (128) des Trägerelements (110) im Einbringzustand nicht hintergreift.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (112) eine Hinterschneidung (144) aufweist, welche das Trägerelement (110) im geschrumpften Zustand des Dichtelements (112) hintergreift.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (110) einen Vorsprung (124) aufweist, welcher im geschrumpften Zustand des Dichtelements (112) in eine Ausnehmung (142) des Dichtelements (112) eingreift.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Ausdehnung des Vorsprungs (124) des Trägerelements (110) im wesentlichen einer axialen Ausdehnung der Ausnehmung (142) des Dichtelements (112) entspricht.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (112) einen Vorsprung (140) aufweist, welcher im geschrumpften Zustand des Dichtelements (112) in eine Ausnehmung (126) des Trägerelements (110) eingreift.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Ausdehnung des Vorsprungs (140) des Dichtelements (112) im wesentlichen einer axialen Ausdehnung der Ausnehmung (126) des Trägerelements (110) entspricht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) zumindest abschnittsweise bogenförmig gekrümmt ausgebildet ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) ringförmig geschlossen ausgebildet ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich (132) im wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (130) des Trägerelements (110) zumindest abschnittsweise bogenförmig gekrümmt ausgebildet ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (130) des Trägerelements (110) ringförmig geschlossen ausgebildet ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (130) des Trägerelements (110) im wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (108) als ein Radialwellendichtring ausgebildet ist.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein Polytetrafluorethylen, ein Polytetrafluorethylen-Compound, ein modifiziertes Polytetrafluorethylen und/oder ein modifiziertes Polytetrafluorethylen-Compound enthält.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein Compound mit einem Füllstoffgehalt von mindestens ungefähr 10 Gewichtsprozent enthält.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein Compound mit Glasfasern oder PEEK (Polyetheretherketon) als Füllstoff enthält.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein metallisches Material enthält.
  21. Dichtung, umfassend ein Dichtelement (112) mit einem Haltebereich (132) aus einem ein Fluorpolymermaterial enthaltenden ersten Material und ein Trägerelement (110) aus einem zweiten Material, welches eine geringere Wärmedehnung aufweist als das erste Material, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand der Dichtung (108) der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) zumindest teilweise in eine Aufnahme (130) des Trägerelements (110) so eingreift, dass das Dichtelement (112) formschlüssig an dem Trägerelement (110) gehalten ist, und dass das Trägerelement (110) einen Ausdehnungsbegrenzungsbereich (118) zur Begrenzung der thermischen Ausdehnung des Dichtelements (112) umfasst.
  22. Dichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) im montierten Zustand der Dichtung (108) von dem Ausdehnungsbegrenzungsbereich (118) des Trägerelements (110) beabstandet ist.
  23. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) durch eine thermische Behandlung unter einer Druckspannung gestaucht ist.
  24. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) auf einen Abstützbereich (116) des Trägerelements (110) aufgeschrumpft ist.
  25. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (110) eine Hinterschneidung (128) aufweist, welche der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) im montierten Zustand der Dichtung (108) hintergreift.
  26. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (112) eine Hinterschneidung (144) aufweist, welche das Trägerelement (110) im montierten Zustand der Dichtung (108) hintergreift.
  27. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (110) einen Vorsprung (124) aufweist, welcher im montierten Zustand der Dichtung (108) in eine Ausnehmung (142) des Dichtelements (112) eingreift.
  28. Dichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Ausdehnung des Vorsprungs (124) des Trägerelements (110) im wesentlichen einer axialen Ausdehnung der Ausnehmung (142) des Dichtelements (112) entspricht.
  29. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (112) einen Vorsprung (140) aufweist, welcher im montierten Zustand der Dichtung (108) in eine Ausnehmung (126) des Trägerelements (110) eingreift.
  30. Dichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Ausdehnung des Vorsprungs (140) des Dichtelements (112) im wesentlichen einer axialen Ausdehnung der Ausnehmung (126) des Trägerelements (110) entspricht.
  31. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) zumindest abschnittsweise bogenförmig gekrümmt ausgebildet ist.
  32. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich (132) des Dichtelements (112) ringförmig geschlossen ausgebildet ist.
  33. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich (132) im wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist.
  34. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (130) des Trägerelements (110) zumindest abschnittsweise bogenförmig gekrümmt ausgebildet ist.
  35. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (130) des Trägerelements (110) ringförmig geschlossen ausgebildet ist.
  36. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (130) des Trägerelements (110) im wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist.
  37. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (108) als ein Radialwellendichtring ausgebildet ist.
  38. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein Polytetrafluorethylen, ein modifiziertes Polytetrafluorethylen, ein Polytetrafluorethylen-Compound oder ein modifiziertes Polytetrafluorethylen-Compound enthält.
  39. Dichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein Compound mit einem Füllstoffgehalt von mindestens ungefähr 10 Gewichtsprozent enthält.
  40. Dichtung nach einem der Ansprüche 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein Compound mit Glasfasern oder PEEK (Polyetheretherketon) als Füllstoff enthält.
  41. Dichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein metallisches Material enthält.
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