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Die
Erfindung betrifft einen Dichtring, insbesondere einen Radialwellendichtring,
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Dichtringes nach dem Oberbegriff des Anspruches 21.
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Um
Leckage zu vermeiden, ist es üblich,
Medium, das bereits die Dichtkante bzw. einen bestimmten Bereich
der Dichtlippe passiert hat, durch einen hydrodynamischen Pumpeffekt
wieder in Richtung des abzudichtenden Raumes zurückzupumpen. Bei einer Polytetrafluorethylen-Lippe
geschieht dies typischerweise dadurch, dass im Bereich der Kontaktfläche der
Dichtlippe ein Fördergewinde
eingeprägt wird,
das entsprechend seiner Steigung einen Pumpeffekt auf das abzudichtende
Medium ausübt.
Damit das Medium bei stehender Welle nicht zurückströmt, wird in das Fördergewinde
ein Stopper eingesetzt, der den Gewindegang mindestens teilweise
verschließt.
Andererseits verschlechtert der Stopper deswegen auch die Wirkung
des Fördergewindes. Aufgrund
der Linienberührung
zwischen den Gewindespitzen des Fördergewindes und der abzudichtenden
Welle wirken sich Störstellen
im Fördergewinde extrem
negativ aus. Solche Störstellen
sind bei einem entsprechenden Material, zum Beispiel einem Compound,
praktisch nicht zu vermeiden. Da die Gewindegänge ca. 0,3 mm tief eingeprägt sind,
wird trotz des Stoppers, der die Gewindegänge verschließen soll,
keine Luftdichtheit erreicht. Dynamische Dichtheit wird mit seinem
solchen Dichtring nur wegen des sehr ausgeprägten Pumpeffektes erzielt. Beim
Prägen
des Dralles kann leicht ein Grat am Drallauslauf entstehen, der,
wenn er sich unter die Dicht lippe legt, zum Ausfall der Dichtung
führen kann.
Zum Prägen
des Dralles ist zudem ein schwierig herzustellendes und teures Werkzeug
erforderlich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Dichtring
und das gattungsgemäße Verfahren
so auszubilden, dass die Rückfördereinrichtung
bei gerichtetem und wechselseitigem Drall ohne Verwendung von Stoppern
eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Dichtring
erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und beim gattungsgemäßen Verfahren
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 21 gelöst.
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Beim
erfindungsgemäßen Dichtring
ist auf den Dichtteil die Beschichtung so aufgebracht, dass im Kontaktbereich
der Dichtlippe mit der Welle geometrische Strukturen entstehen,
die eine Förderwirkung
auf das abzudichtende Medium ausüben,
durch die es in den Mediumraum zurückgepumpt wird. Die Beschichtung
kann so aufgebracht werden, dass sie selbst die Rückfördereinrichtung
bildet. Die Beschichtung kann aber auch so aufgebracht sein, dass die
am Dichtteil freibleibenden Bereiche die Rückfördereinrichtung bilden.
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Die
Beschichtung lässt
sich in einfacher Weise auf den Dichtteil aufbringen, beispielsweise
aufdrucken oder aufsprühen.
Das Dichtelement kann aus reinem PTFE bestehen, während die
Beschichtung vorteilhaft aus verschleißfestem Material besteht.
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Zur
Herstellung des Dichtringes ist kein teures Prägewerkzeug erforderlich, um
die Rückfördereinrichtung
anzubringen. Der Dichtring gewährleistet auch
bei stillstehendem Bauteil einen zuverlässigen luftdichten Abschluss
ohne Einsatz von Stoppern.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigt
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1 im
Axialschnitt eine Hälfte
eines erfindungsgemäßen Radialwellendichtringes,
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2 bis 6 jeweils
in Ansicht ein Dichtelement des erfindungsgemäßen Radialwellendichtringes
mit einer Beschichtungsstruktur im Dichtungsbereich des Dichtelementes.
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Der
Radialwellendichtring 1 nach 1 hat ein
napfförmiges
Gehäuse 2,
das aus Metall oder einem harten Kunststoff besteht. Das Gehäuse 2 hat einen
zylindrischen Mantel 3, der in einen radial verlaufenden
ebenen Boden 4 übergeht.
Er hat vorteilhaft gleiche Dicke wie der Mantel 3 und weist
eine zentrische Durchtrittsöffnung 5 auf,
durch die bei montiertem Radialwellendichtring 1 eine Welle 6 ragt. Das
freie Ende 7 des Mantels 3 ist schräg nach innen abgewinkelt.
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An
der Innenseite des Bodens 4 ist ein Dichtelement 8 befestigt,
das aus jedem geeigneten elastomerem Material, wie beispielsweise
Gummi, bestehen kann. Vorteilhaft besteht das scheibenförmige Dichtelement 8 aus
Polytetrafluorethylen oder einem Polytetrafluorethylen-Compound.
Das Dichtelement 8 wird mit seinem radial äußeren Bereich 9 am
Gehäuseboden 4 befestigt,
beispielsweise an diesem angeklebt oder anvulkanisiert. Besteht
es aus Polytetrafluorethylen oder einem Polytetrafluorethylen-Compound,
wird vorteilhaft mittels Plasmaaktivierung die Güte der Verbindung mit dem Gehäuseboden 4 verbessert.
Das Dichtelement 8 wird aus einer Ringscheibe hergestellt
(2 bis 6). Das Dichtelement 8 ragt
radial über
die zentrale Öffnung 5 des Gehäuses 2.
Dieser radial innere Teil des Dichtelementes 8 wird in
der Einbaulage unter Bildung eines Dichtteiles 10 elastisch
verformt, dessen freier Endbereich eine Dichtlippe 11 bildet,
mit der der Dichtteil unter radialer Vorspannung an der Welle 6 dichtend anliegt.
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Mit
dem Gehäuse 2 wird
der Radialwellendichtring 1 in eine Einbauöffnung eines
(nicht dargestellten) Maschinenteiles eingesetzt. Dabei sitzt das Gehäuse 2 mit
seinem zylindrischen Mantel 3 mit Presssitz in dieser Einbauöffnung.
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Der
Dichtteil 10 ist an seiner der Welle 6 zugewandten
Seite mit einer Rückfördereinrichtung 12 versehen,
mit der unter den Dichtteil 10 gelangendes abzudichtendes
Medium zurückgefördert wird.
Die Rückfördereinrichtung 12 ist
mindestens im Kontaktbereich der Dichtlippe 11 vorgesehen
und durch eine Beschichtungsstruktur gebildet. Sie wird so auf die Dichtlippe 11 aufgebracht,
dass auf das abzudichtende, unterhalb der Dichtlippe 11 liegende
Medium eine Förderwirkung
ausgeübt
wird. Durch sie wird dieses Medium zurück in den Mediumsraum gepumpt.
Anhand der 2 bis 6 werden
verschiedene Ausführungsbeispiele
solcher Beschichtungsstrukturen näher beschrieben.
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Die
Rückfördereinrichtung 12 wird
durch eine Beschichtung gebildet, die auf den Dichtteil 10 durch
geeignete Verfahren, wie Tampon-Druck oder Sprühen und entsprechendes Maskieren,
aufgebracht wird. Dabei wird vorteilhaft nicht die gesamte Fläche des
Dichtteiles 10 beschichtet, sondern nur der Kontaktbereich
des Dichtteiles. Die verschiedenen Ausbildungen der Rückfördereinrichtungen 12 können durch
die Beschichtung erzeugt werden, wobei die restliche Fläche des
Dichtteiles 10 unbeschichtet bleibt. Es kann aber auch
die restliche Fläche
des Dichtteiles 10 die Beschichtung tragen. Die Förderwirkung
wird immer durch die jeweils gegen das abzudichtende Medium gerichtete
Begrenzung der Beschichtung (wie Begrenzungslinie 14) erzeugt.
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Die
Beschichtung 12 hat vorteilhafter Weise eine Dicke von
nur etwa 0,5 bis etwa 5 μm,
wenn Luftdichtheit im Stillstand gefordert ist. Die maximale Dicke
der Beschichtung hängt
vom Auftragsverfahren und den Eigenschaften der Beschichtung ab,
braucht aber nicht größer zu sein
als 200 μm,
um eine ausreichende Förderwirkung
zu erzielen.
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Die
Rückfördereinrichtung 12 gemäß 2 erstreckt
sich über
den Umfang der Dichtkante 13 des Dichtelementes 6 und
erstreckt sich von der Dichtkante 13 aus radial nach innen.
Die äußere Begrenzungslinie 14 verläuft über den
Umfang wellenförmig.
Vorteilhaft ist eine Welle höher
ausgebildet als die restlichen Wellen (siehe Patentanmeldung 10 2007
045 043.7), d. h. dass der Abstand der Begrenzungslinie 14 von
der Dichtkante 13 an diesem Wellenberg am größten ist.
Die Wellenberge 15 und die Wellentäler 16 können jeweils
gleiche Krümmung
haben. Im Ausführungsbeispiel
haben die Wellenberge 15 einen kleineren Krümmungsradius
als die Wellentäler 16.
Dadurch wird das Medium im Bereich der Wellenberge 15 rasch
zur Mediumsseite zurückgefördert. Da
die Rückfördereinrichtung 12,
in Axialansicht gesehen, in Umfangsrichtung symmetrisch ausgebildet
ist, ist sie in beiden Drehrichtungen der Welle 6 in gleichem
Maße wirksam.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 3 erstreckt sich die Rückfördereinrichtung 12 von
der Dichtkante 13 aus radial nach innen, allerdings über den
Umfang der Dichtkante 13 in unterschiedlichem Maße. So hat
die Rückfördereinrichtung 12 an
der Stelle 17 die kleinste radiale Erstreckung. Die radiale Breite
der Rückfördereinrichtung 12 nimmt
von der Stelle 17 aus in beiden Umfangsrichtungen zu. Vorteilhaft
erfolgt die Zunahme stetig und in beiden Umfangsrichtungen in gleichem
Maße.
Dies hat zur Folge, dass die Rückfördereinrichtung 12 an
der der Stelle 17 diametral gegenüberliegenden Stelle 18 ihre
größte radiale
Breite hat. Auch diese Ausführungsform
ist für
beide Drehrichtungen der Welle 6 geeignet.
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4 zeigt
eine Rückfördereinrichtung 12, die
spiralförmig
ausgebildet ist. Sie beginnt an der Dichtkante 13 an der
Stelle 19. Von hier aus nimmt die Breite der Rückfördereinrichtung 12 etwa über den
halben Umfang der Dichtkante 13 stetig zu. Dann hat die
spiralförmige
Rückfördereinrichtung 12 konstante
radiale Breite, bis sie in der letzten, äußeren Spiralbahn etwa über den
halben Umfang stetig bis auf Null abnimmt. Die Abstände zwischen
den einzelnen Spiralabschnitten haben beispielhaft etwa gleiche
radiale Breite wie die Spiralabschnitte. Je nach Einsatzfall und/oder
Gestaltung können
die Spiralabschnitte und die Zwischenräume zwischen ihnen auch unterschiedliche
radiale Breite haben. Die Breite der Spiralabschnitte und/oder der
Zwischenräume kann
aber auch variieren. Die Rückfördereinrichtung 12 ist
im Gegensatz zu den Ausführungen
nach 2 und 3 je nach Windungsrichtung der
Spirale nur in einer Drehrichtung wirksam.
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Bei
den beschriebenen Ausführungsbeispielen
erstreckt sich die Rückfördereinrichtung 12 über den
Umfang der Dichtkante 13. 5 zeigt
eine Rückfördereinrichtung 12,
die aus einzelnen, mit Abstand voneinander liegenden streifenförmigen Abschnitten 20 besteht.
Sie erstrecken sich von der Dichtkante 13 aus unter einem
spitzen Winkel α zur zugehörigen Radialen 21 durch
den in der Dichtkante 13 liegenden Fußpunkt. Die Abschnitte 20 sind über den
Umfang der Dichtkante 13 vorzugsweise gleichmäßig verteilt
angeordnet. Vorteilhaft liegen alle Abschnitte 20 unter
dem gleichen Winkel α schräg zur zugehörigen Radialen 21.
Die Abschnitte 20 sind bevorzugt gleich lang und gleich
breit. Die Breite und/oder Länge
der Abschnitte 20 kann über
den Umfang der Dichtkante 13 aber auch variieren. Die Abschnitte 20 haben über den
Umfang der Dichtkante 13 vorteilhaft gleichen Abstand voneinander,
so dass über
den Umfang der Dichtlippe 11 eine gleichmäßige Rückförderung
des Mediums erreicht wird. Die Abschnitte 20 sind vorteilhaft
so ausgebildet und/oder angeordnet, dass sie, in Richtung der Radialen 21 gesehen,
einander überlappen.
Die Abschnitte 20 können
aber auch so schräg
angeordnet sein, dass keine Überlappung
stattfindet. Die streifenförmigen
Abschnitte 20 können
geradlinig oder auch bogenförmig
gestaltet sein.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 6 besteht die Rückfördereinrichtung 12 aus
einzelnen mit Abstand nebeneinander liegenden dreieckförmigen Abschnitten 22.
Sie sind vorteilhaft gleich ausgebildet und so angeordnet, dass
die eine Dreiecksspitze 23 in der Dichtkante 13 liegt
oder nur geringen Abstand von ihr hat. Die Abschnitte 22 sind
in Bezug auf die zugehörigen,
durch die Dreiecksspitze 23 gehenden Radialen 21 symmetrisch
ausgebildet. Dadurch verjüngen
sich die zwischen den Abschnitten 23 liegenden Freiräume 24 radial
nach außen.
Die Rückförderwirkung
auf das Medium wird dadurch begünstigt. Die
Rückfördereinrichtung 12 ist
aufgrund ihrer symmetrischen Ausbildung im Gegensatz zur Ausführungsform
nach 5 für
beide Drehrichtungen der Welle 6 geeignet.
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Bei
allen beschriebenen Ausführungsformen sind
die Rückfördereinrichtungen 12 nur
in dem Bereich des Dichtteiles 10 vorgesehen, in dem die Rückförderwirkung
erforderlich ist. Der Dichtring lässt sich darum einfach und
kostengünstig
fertigen.
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Da
die aufgebrachten, die Rückfördereinrichtung 12 bildenden
Beschichtungen einerseits aus einer Verschleißschutzschicht bestehen, andererseits aber
die nichtbeschichteten Bereiche, besonders bei Verwendung von Polytetrafluorethylen
als Ausgangsmaterial für
die Herstellung des Dichtringes, während des Betriebes schneller
verschleißen,
verstärkt
sich der Pumpeffekt und damit die Rückförderwirkung mit zunehmender
Einsatzdauer. Die Höhenunterschiede und
damit der Abstand zwischen beschichteten und unbeschichteten Bereichen
zur Welle 6 werden nämlich
mit zunehmendem Verschleiß größer.
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Die
Beschichtung 12 enthält
verschleißfeste Partikel,
die in einem Bindematerial eingebettet sind. Solche Partikel können alle
harten Partikel sein, die durch den Binder zusammengehalten werden
können.
Solche Partikel können
SiC-Pulverteilchen, Glaskugeln, Al2O3-Partikel und dergleichen sein.
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Bei
den beschriebenen Ausführungsformen kann
das Dichtelement 8 aus Rein-Polytetrafluorethylen bestehen.
Dies hat den Vorteil, dass der Dichtteil 10 bzw. die Dichtlippe 11 sehr
dünn und
flexibel – wie
eine Elastomer-Dichtlippe – ausgebildet
sein kann. Die fehlende Verschleißfestigkeit des Rein-Polytetrafluorethylens
wird durch die verschleißfeste Beschichtung 12 kompensiert.
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Eine
weitere Verbesserung bezüglich
Reibung wird vorteilhaft erreicht, wenn die Beschichtung 12 zusätzlich reibungsreduzierende
Eigenschaften hat, wie zum Beispiel eine DLC(Diamond Like Carbon)-Beschichtung.