DE102008039809A1

DE102008039809A1 - Dichtring, insbesondere Radialwellendichtring

Info

Publication number: DE102008039809A1
Application number: DE102008039809A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Jürgen Uhrner
Original assignee: Kaco GmbH and Co KG
Current assignee: Kaco GmbH and Co KG
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2028-08-20
Also published as: DE102008039809B4

Abstract

Der Dichtring hat ein Dichtelement, das mit einem Befestigungsteil und einem Dichtteil versehen ist. Der Dichtteil weist wenigstens eine Dichtlippe auf, die zumindest in einem Kontaktbereich mit einem abzudichtenden Teil verschleißfeste Teilchen aufweist. Sie sind beispielsweise Glasfasern, die zu einer hohen Verschleißbeanspruchung des abzudichtenden Teiles führen. Damit das Dichtelement einerseits sehr reibungsarm und in radialer Richtung sehr flexibel ist, andererseits aber eine hohe Langzeitbeständigkeit aufweist, ist auf den Dichtteil eine die verschleißfesten Teilchen enthaltende Beschichtung aufgebracht. Sie bildet im Kontaktbereich zwischen Dichtteil und abzudichtendem Teil eine Verschleißschutzschicht. Das Dichtelement besteht vorteilhaft aus reinem PTFE, das durch die Verschleißschutzschicht gegen frühzeitigen Verschleiß geschützt ist. Der Dichtring wird vorteilhaft zur Abdichtung von Wellen eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtring, insbesondere einen Radialwellendichtring, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Polytetrafluorethylen (PTFE) wird vorteilhaft aufgrund seiner chemischen und thermischen Beständigkeit als Werkstoff für nicht federbelastete Dichtteile bzw. Dichtlippen bei Radialwellendichtringen eingesetzt. Das Polytetrafluorethylen-Dichtelement ist dabei vorzugsweise als ebene Scheibe ausgebildet, die bei der Montage der Dichtung vom abzudichtenden Teil, vorzugsweise einer Welle, entweder in Richtung des abzudichtenden Mediums oder vom abzudichtenden Medium weg, trichterförmig aufgebogen wird. Dabei wird durch einen Memory-Effekt eine radial gegen das abzudichtende Teil gerichtete Radialkraft erzeugt, die Voraussetzung ist für die gewünschte Dichtwirkung. Die mediumsdichte Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem Dichtungsgehäuse geschieht entweder über eine Gummizwischenschicht während eines Vulkanisiersvorganges oder direkt mit dem Gehäuse durch Ankleben.
Reines Polytetrafluorethylen hat eine sehr geringe Reibung und eine gewisse Elastizität und würde sich daher gut als Dichtlippe eignen; jedoch unterliegt reines PTFE einem hohen Verschleiß. Deshalb werden dem Polytetrafluorethylen-Material z. B. Glasfasern beigemengt, die den so gebildeten PTFE-Compound verschleißfester machen. Diese Glasfasern sind zwangsläufig über das gesamte Dichtelement verteilt vorhanden. Durch die Beigabe der Glasfasern verlagert sich jedoch der Verschleiß der Dichtlippe auf das abzudichtende Teil, das dadurch schon nach relativ kurzer Zeit verschleißt.
Jeder dem Polytetrafluorethylen zugegebene Verschleißschutz stellt einen Kompromiss zwischen dem Verschleiß der PTFE-Dichtlippe und dem Verschleiß des abzudichtenden Teiles das. Außerdem wird die sehr geringe Reibung des reinen Polytetrafluorethylen dramatisch erhöht. Im übrigen kann mit dem PTFE-Compound, das durch die vorhandenen Glasfasern eine sehr zerklüftete Oberfläche hat, keine ausreichende Dichtheit gewährleistet werden. Da die Glasfasern keine Verbindung zum Polytetrafluorethylen besitzen, verschlechtert sich durch ihre Beimengung die Festigkeit, die Radialkraft und die Flexibilität des reinen Polytetrafluorethylen. Außerdem wird die Dicke der Polytetrafluorethylen-Scheibe durch die Beimengung der Glasfasern nach unten begrenzt, da bei Unterschreitung der minimalen Scheibendicke die Scheibe in sich porös wird. Zudem erhöht jede Komponente (Glasfasern) das Risiko, dass sich im Werkstoff Risse bilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Dichtring so auszubilden, dass das Dichtelement sehr reibungsarm und in radialer Richtung sehr flexibel ist, dabei aber eine hohe Langzeitbeständigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Dichtring erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Dichtring sind die verschleißfesten Teilchen, die beispielsweise aus Siliziumcarbid und/oder Aluminiumoxid und/oder Glaskugeln bestehen können, als Beschichtung auf den Dichtteil aufgebracht, Durch die erfindungsgemäße Beschichtung ist wenigstens im Kontaktbereich zwischen Dichtteil und abzudichtendem Teil eine Verschleißschutzschicht gebildet, die den Polytetrafluorethylen-Dichtelementen fehlende Verschleißfestigkeit kompensiert. Das Dichtelement besteht vorteilhaft aus reinem Polytetrafluorethylen. Infolge dieser Ausbildung kann die Dichtlippe im Vergleich zu einer Dichtlippe aus elastomerem Material dünner und damit flexibler ausgebildet sein. Die verschleißfesten Teilchen sind durch einen Binder zusammengehalten. Das Dichtelement wird durch die Beschichtung in seiner Festigkeit nicht beeinträchtigt. Auch eine Rissbildung des Dichtelementes ist nicht zu befürchten.
Eine weitere Verbesserung bezüglich Reibung kann erreicht werden, wenn die Beschichtung zusätzlich reibungsreduzierende Eigenschaften aufweist, wie z. B. eine DLC (Diamond Carbon Like) Beschichtung.
Die Beschichtung lässt sich vorteilhaft aufdrucken oder aufsprühen. Eine dauerhafte Beschichtung wird erreicht, wenn die zu beschichtende Oberfläche zuvor gereinigt oder aktiviert, vorzugsweise plasmaaktiviert, wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
1 im Axialschnitt eine Hälfte eines erfindungsgemäßen Radialwellendichtringes,
2 eine Darstellung entsprechend 1 vor seiner Montage.
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.
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 Rein- Polytetrafluorethylen. Besteht das Dichtelement 8 aus Gummi, kann es kostengünstig aus einer Folie ausgestanzt werden. Das Dichtelement 8 wird mit seinem radial äußeren Bereich 9 am Gehäuseboden 4 befestigt. Besteht das Dichtelement 8 aus Gummi, kann es direkt an den Gehäuseboden 4 angeklebt werden. Es lässt sich aber auch mittels einer Gummizwischenschicht an den Gehäuseboden 4 ankleben oder anvulkanisieren. Wird das Dichtelement 8 aus Rein-Polytetrafluorethylen hergestellt, dann wird es zumindest an seiner Anbindungsseite aktiviert, beispielsweise durch eine Plasmabehandlung, insbesondere durch eine Plasmaaktivierung. Das so behandelte Dichtelement 8 lässt sich dann problemlos, insbesondere ohne ein Bindemittel, zuverlässig fest mit dem Gehäuseboden 4 verbinden.
Das Dichtelement 8 wird aus einer Ringscheibe hergestellt (2). Das Dichtelement 8 ragt radial über die zentrale Öffnung 5 des Gehäuses 2. Der radial innere Teil des Dichtelementes 8 wird in der Einbaulage unter Bildung eines Dichtteiles 10 elastisch verformt. Er liegt mit seinem eine Dichtlippe 12 bildenden freien Rand unter radialer Vorspannung an der Welle 6 dichtend an (1).
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.
Der Dichtteil 10 ist zum Schutz gegen Verschleiß an seiner der Welle 6 zugewandten Seite mit einer Beschichtung 11 versehen, die auf den Dichtteil 10 durch geeignete Verfahren, wie eine Plasmabehandlung aufgebracht wird. Dabei wird vorteilhaft die gesamte der Welle 6 zugewandte Oberfläche des Dichtelementes 8 gereinigt oder aktiviert, bevor die Beschichtung 11 aufgebracht wird. Da die Beschichtung 11 nur an der einen Oberseite des Dichtteiles 10 vorgesehen ist, muss nur diese eine Seite des Dichtelementes 8 behandelt werden, was sich kostengünstig auf die Herstellungskosten des Dichtringes 1 auswirkt.
Die Beschichtung 11 erstreckt sich vorteilhaft vom freien Ende des Dichtteiles 10 aus über den Umfang des Dichtelementes 8 bis an den die Öffnung 5 begrenzenden Rand 13. Die Beschichtung 11 kann auch nur im Kontaktbereich der Dichtlippe 12 mit der Welle 6 oder in einem geringfügig größeren Bereich vorgesehen sein.
Die Beschichtung 11 ist eine Verschleißschutzschicht und enthält verschleißfeste Partikel, die in einem Bindematerial eingebettet sind. Solche Partikel können alle harten Partikel sein, die durch den Binder zusammengehalten werden können, wie z. B. SiC-Pulverteilchen, Glaskugeln, Al₂O₃-Partikel und dergleichen. Die fehlende Verschleißfestigkeit des Rein-Polytetrafluorethylens des Dichtelementes 8 wird somit durch die verschleißfeste Beschichtung 11 kompensiert.
Eine verringerte Reibung wird vorteilhaft erreicht, wenn die Beschichtung 11 zusätzlich reibungsreduzierende Eigenschaften hat, wie zum Beispiel eine DLC(Diamond Like Carbon)-Beschichtung.
Da bei der beschriebenen Ausführungsform das Dichtelement 8 aus Rein-Polytetrafluorethylen besteht, kann das Dichtelement 8 sehr dünn sein und dadurch eine hohe Flexibilität aufweisen. Dennoch erzeugt das Dichtelement 8 in eingebauter Lage eine hohe Radialkraft, die eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet.
Die Beschichtung 11 befindet sich auf derselben Seite des Dichtelementes 8 wie die Anbindungsfläche an den Gehäuseboden 4. Dies hat den Vorteil, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung 11 und der Befestigung am Gehäuseboden 4 nur eine Seite des Dichtelementes 8 gereinigt bzw. aktiviert werden muss.
Die Beschichtung 11 wird durch geeignete Verfahren, wie Tampon-Druck oder Sprühen, aufgebracht und hat in vorteilhafter Weise eine Dicke von nur etwa 0,5 bis etwa 5 μm. Die maximale Dicke der Beschichtung 11 hängt vom Auftragsverfahren und den Eigenschaften der Beschichtung 11 ab. Die Beschichtung 11 ist so ausgebildet, dass sie eine zuverlässige Abdichtung nicht beeinträchtigt.
Aufgrund der beschriebenen Ausbildung ergibt sich ein Dichtelement 8 bzw. ein Dichtteil 10, das sehr reibungsarm und in radialer Richtung sehr flexibel ist und die Langzeitbeständigkeit einer Polytetrafluorethylen-Dichtung aufweist.
Der Beschichtung 11 kann eine Rückfördereinrichtung zugeordnet sein, mit der unter den Dichtteil 10 gelangendes abzudichtendes Medium zurückgefördert wird. Die Rückfördereinrichtung ist mindestens im Kontaktbereich des Dichtteiles 10 vorgesehen und durch eine Struktur der Beschichtung 11 gebildet. Die Rückfördereinrichtung kann unterschiedlich gestaltet sein, z. B. spiralförmig, wellenförmig und durch einzelne Abschnitte ausgebildet sein. Die verschiedenen Ausbildungen der Rückfördereinrichtungen können durch die Beschichtung 11 erzeugt werden, wobei die restliche Fläche des Dichtteiles 10 unbeschichtet bleibt. Es kann aber auch die restliche Fläche des Dichtteils 10 unbeschichtet bleiben. Die Förderwirkung wird immer durch die jeweils gegen das abzudichtende Medium gerichtete Begrenzung der Beschichtung 11 erzeugt.

Claims

Dichtring, insbesondere Radialwellendichtring, mit einem Dichtelement, das wenigstens einen Befestigungsteil und wenigstens einen Dichtteil aufweist, der mindestens eine Dichtlippe hat, die zumindest in einem Kontaktbereich mit dem abzudichtenden Teil verschleißfeste Teilchen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Dichtteil (10) eine die verschleißfesten Teilchen enthaltende Beschichtung (11) aufgebracht ist.
Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfesten Teilchen der Beschichtung (11) durch ein Bindemittel gehalten sind.
Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfesten Teilchen der Beschichtung (11) aus Siliziumcarbid und/oder Aluminiumoxid und/oder Glaskugeln bestehen.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (11) auf derselben Seite des Dichtelementes (8) vorgesehen ist wie eine Anbindungsseite eines Befestigungsteiles (8) des Dichtelements (8) an einen Stützkörper (2).
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Beschichtung (11) über mehr als den Kontaktbereich, vorzugsweise über die gesamte dem abzudichtenden Teil (6) zugewandte Oberfläche des Dichtteiles (10) erstreckt.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (11) eine Dicke zwischen etwa 0,5 μm und 5 μm hat.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (8) aus PTFE besteht.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (11) mit einer Rückfördereinrichtung versehen ist.
Dichtring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfördereinrichtung durch von der Beschichtung (11) ausgesparte Bereiche des Dichtteiles (10) gebildet ist.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung reibungsreduzierende Eigenschaften hat, wie DLC (Diamond Like Carbon).