DE102018132388A1

DE102018132388A1 - Dichtung mit einem Elastomerkörper mit reibungsreduzierter Oberfläche

Info

Publication number: DE102018132388A1
Application number: DE102018132388.3A
Authority: DE
Inventors: Patrick Schmitt; Marco Krapf
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2019-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtung (01) mit einem Elastomerkörper (03).
Die Dichtung (01) zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Elastomerkörper (03) zumindest abschnittsweise eine stukturierte Oberfläche aufweist. Dabei besteht der Elastomerkörper (03) gemäß einer bevorzugten Ausführung aus einer vulkanisierten Elastomermischung, die zur Strukturierung kugelförmige, ellipsoide oder kurze faserförmige Füllstoffe (17) enthält, wobei die kugelförmigen Füllstoffe (17) zumindest abschnittsweise an der Oberfläche des Elastomerkörpers (03) angeordnet sind. Gemäß einer alternativen Ausführung sind in die Oberfläche des Elastomerkörpers (03) zumindest abschnittsweise kugelförmige Strukturierungen eingebracht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung mit einem Elastomerkörper. Die Dichtung kann eine berührende Dichtung mit ein oder mehreren Dichtlippen jedweder Art sein, beispielsweise ein Radialwellendichtring, eine Radlagerdichtung oder eine Dichtscheibe.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Dichtungen weisen in der Regel eine hohe Reibung im Dichtlippenkontakt auf. Zur Reibungsreduktion ist es bekannt, der zur Herstellung des Elastomerkörpers verwendeten Elastomermischung Füllstoffe, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen, Molybdändisulfid oder Bronze, beizumischen. Als Stand der Technik sei hier beispielhaft die FR 1 293 328 A genannt.
Nachteilig an den bislang genutzten Füllstoffen ist, dass diese teilweise sehr kostenaufwändig sind. Außerdem weisen diese Füllstoffe eine sehr ungleichmäßige Form auf, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der Füllstoffe im Herstellungsprozess der Elastomermischung nur durch lange Mischzeiten und hohe Scherung zu realisieren ist.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Dichtung mit einem Elastomerkörper zu konzipieren, die eine reduzierten Reibung im Dichtlippenkontakt aufweist sowie aufwandsarm und preiswert herstellbar ist.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Dichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass sie einen Elastomerkörper mit einer zumindest abschnittsweise strukturierten Oberfläche aufweist. Zur Herstellung der strukturierten Oberfläche stehen zwei alternative Ausführungsvarianten zur Verfügung.
Gemäß einer ersten Ausführungsform besteht der Elastomerkörper aus einer vulkanisierten Elastomermischung, die zur Strukturierung kugelförmige, ellipsoide oder kurze faserförmige Füllstoffe enthält. Die Füllstoffe sind zumindest abschnittsweise an der Oberfläche des Elastomerkörpers angeordnet, sodass beispielsweise kalottenförmige Abschnitte der Füllstoffe über die Oberfläche des Elastomerkörpers hinausragen. Ein wesentlicher Vorteil bei kugelförmiger oder ellipsoider Ausführungsform der Füllstoffe ist, dass sich die Füllstoffe sehr gleichmäßig bei kürzeren Mischzeiten und mit geringerer Scherung in der Elastomermischung verteilen lassen. Auf diese Weise verringert sich der Herstellungsaufwand immens. Kurze faserförmige Füllstoffe erfordern einen höheren Mischaufwand, können das Elastomermaterial aber zusätzlich mechanisch verstärken. Die kugelförmigen, ellipsoiden oder faserförmigen Füllstoffe sammeln sich bei der Verarbeitung zu einer Dichtung auch an der Oberfläche des Elastomerkörpers an, sind dann bedeckt von einer dünnen Elastomerschicht und strukturieren diese leicht in Form von Wellen und Tälern. Dies geschieht bei der Vernetzung und somit Schrumpfung des Elastomers im Werkzeug, zum Beispiel im Spritzguss- oder Presswerkzeug. Auf diese Weise kann die Reibung an der Oberfläche des Elastomerkörpers signifikant reduziert werden. Durch die nur leichte Strukturierung wird die Dichtwirkung keinesfalls beeinträchtigt.
Die kugelförmigen oder ellipsoiden Füllstoffe können als Glas-, Hohlglas-, Kunststoff- oder Kunststoffhohlkugeln, aber auch aus Carbon oder ähnlichen Kohlefasern ausgebildet sein. Faserförmige Füllstoffe können Kohlefasern, Aramidfasern, Glasfasern oder auch Gewebefasern und Kunststofffasern sein. Als Material für die Füllstoffe sind sämtliche Kunststoffe denkbar, beispielsweise Polyethylen, Polyoxymethylen, Polyketon, Fluorethylenpropylen, Polytetrafluorethylen, Polyetheretherketon, Polyamide oder Harze, wie zum Beispiel Phenolharze, Epoxidharze oder Polyurethanharze. Zur Herstellung der Glaskugeln, Glasellipsoide oder Glasfasern eignen sich sämtliche Glassorten, wie beispielsweise Elektroglas od. dgl.. Die kugelförmigen Füllstoffe sind im Gegensatz zu den bislang zur Reibungsreduzierung genutzten Füllstoffen aufwandsarm und teilweise sehr umweltfreundlich herstellbar. Bei den anderen Füllstoffen stehen optimierte Prozesse zur Herstellung zur Verfügung, da diese schon länger auf dem Markt verfügbar sind.
Der Durchmesser der kugelförmigen oder ellipsoiden Füllstoffe soll bei sehr dünnen Dichtungen vorzugsweise 200 µm nicht überschreiten. Hier erweisen sich als besonders vorteilhaft kugelförmige oder ellipsoide Füllstoffe mit einem Durchmesser von 10 µm bis 50 µm. Bei massiveren Dichtungsgeometrien können auch Füllstoffe mit größerem Durchmesser Verwendung finden. Ellipsoide Füllstoffe zeichnen sich vorzugsweise durch ein Durchmesser-Länge-Verhältnis von 1:1,1 bis 1:5 aus. Fasern liegen über einem Verhältnis von 1:5 vor, die Länge sollte aber im Durchschnitt 1000 µm nicht überschreiten.
Die strukturierte Oberfläche des Elastomerkörpers kann gemäß einer alternativen zweiten Ausführungsvariante auch durch in die Oberfläche des Elastomerkörpers zumindest abschnittsweise eingebrachte kugelförmige Strukturierungen realisiert sein. Hierzu wird vorzugsweise das zur Herstellung des Elastomerkörpers verwendete Werkzeug, z. B. Spritzguss- oder Presswerkzeug oder ein Werkzeug anderer Fertigungsarten, entsprechend modifiziert. Die Strukturierung kann mechanisch, beispielsweise durch das bekannte Kugelstrahlverfahren, eingebracht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist nur eine Dichtlippe oder ein Teil der Dichtlippe des Elastomerkörpers kugelförmige Strukturierungen auf.
Figurenliste
Die erfindungsgemäß ausgebildete Dichtung wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Schnittansicht einer in ein Radlager eingebauten erfindungsgemäßen Dichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Schnittansicht der in ein Getriebe eingebauten erfindungsgemäßen Dichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine Schnittansicht eines Werkzeuges zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Schnittansicht einer in ein Radlager 13 eingebauten erfindungsgemäßen Dichtung 01 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Dichtung 01 ist als ein Dichtungsring ausgebildet. Sie besteht aus einer Armierung 02 und einem Elastomerkörper 03 mit einer ersten, zweiten und dritten Dichtlippe 04, 05, 07 welche sich winklig von dem Elastomerkörper 03 erstrecken. Der Elastomerkörper 03 ist vorzugsweise stoffschlüssig an der Armierung 02 befestigt. Die Armierung 02 besteht vorzugsweise aus Blech. Die Dichtkanten 09 der ersten und der zweiten Dichtlippe 04, 05 liegen an einer Dichtungsscheibe 10 an. Die Dichtungsscheibe 10 liegt abschnittsweise an einer Radnabe 12 des Radlagers 13 an. Die Armierung 02 ist abschnittsweise an einem Außenring 14 des Radlagers 13 angeordnet. Die Dichtkante 09 der dritten Dichtlippe 07 liegt an dem Außenring 14 an. Eine vierte Dichtlippe 08 erstreckt sich in Richtung der Dichtungsscheibe 10. Sie weist einen abgewinkelten Endabschnitt 15 auf, der parallel zu der Dichtungsscheibe 10 verläuft.
Der Elastomerkörper 03 besteht aus einer vulkanisierten Elastomermischung, die kugelförmige Füllstoffe 17 enthält. Die kugelförmigen Füllstoffe 17 sind zumindest abschnittsweise an der Oberfläche des Elastomerkörpers 03 angeordnet. Die kugelförmigen Füllstoffe 17 bewirken eine Strukturierung der Oberfläche des Elastomerkörpers 03. Auf diese Weise kommt es zu einer erheblichen Reduzierung der Reibung an der Oberfläche des Elastomerkörpers 04. Die kugelförmigen Füllstoffe 17 sind vorzugsweise als Glas-, Hohlglas-, Kunststoff- oder Kunststoffhohlkugeln ausgebildet.
2 zeigt eine Schnittansicht der in ein Getriebe eingebauten erfindungsgemäßen Dichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Dichtung 01 besteht wiederum aus der Armierung 02 und dem Elastomerkörper 03, welcher zwei Dichtlippen 04, 05 aufweist, die sich winklig von dem Elastomerkörper 03 in Richtung eines abzudichtenden Getriebes 18 erstrecken. Die Dichtkanten 09 der Dichtlippen 04, 05 liegen am Laufring eines ABS-Encoders 18 an. Der Elastomerkörper 03 besteht wiederum aus einer vulkanisierten Elastomermischung, die kugelförmig Füllstoffe 17 enthält.
3 zeigt eine Schnittansicht eines Werkzeuges 19 zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. Das Werkzeug 19 umfasst einen Formeinsatz 20 mit einer Kavität 22. In der Kavität 22 ist eine kugelförmig strukturierte Oberfläche 23 ausgebildet, welche für eine kugelförmige Strukturierung der mit dem Werkzeug 19 hergestellten Dichtung sorgt. In der gezeigten Ausführung würde die mit dem Werkzeug 19 gefertigte Dichtung eine Strukturierung im Bereich ihrer Dichtlippe aufweisen. Bei alternativen Ausführungsformen kann das Werkzeug 19 derart ausgestaltet sein, dass auch weitere Bereiche der gefertigten Dichtung mit einer Strukturierung versehen werden können. Die Strukturierung kann mit dem Kugelstrahlverfahren eingebracht werden.
Bezugszeichenliste

01: Dichtung
02: Armierung
03: Elastomerkörper
04: erste Dichtlippe
05: zweite Dichtlippe
06: -
07: dritte Dichtlippe
08: vierte Dichtlippe
09: Dichtkante
10: Dichtungsscheibe
11: -
12: Radnabe
13: Radlager
14: Außenring
15: Endabschnitt der vierten Dichtlippe
16: -
17: kugelförmige Füllstoffe
18: Getriebe
19: Werkzeug
20: Formeinsatz
21: -
22: Kavität
23: strukturierte Oberfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 1293328 A [0002]

Claims

Dichtung (01) umfassend einen Elastomerkörper (03), dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (03) zumindest abschnittsweise eine strukturierte Oberfläche aufweist.
Dichtung (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (03) aus einer vulkanisierten Elastomermischung besteht, die zur Strukturierung kugelförmige, ellipsoide oder kurze faserförmige Füllstoffe (17) enthält.
Dichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe (17) zumindest abschnittsweise an der Oberfläche des Elastomerkörpers (3) angeordnet sind.
Dichtung (01) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kugelförmigen oder ellipsoiden Füllstoffe (17) als Glas-, Hohlglas-, Kunststoff- oder Kunststoffhohlkugeln ausgebildet sind und aus Elektroglas, Carbon oder ähnlichen Kohlefasern bestehen.
Dichtung (01) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die faserförmigen Füllstoffe durch Kohlefasern, Aramidfasern, Glasfasern, Gewebefasern oder Kunststofffasern gebildet werden und aus Kunststoffen, wie Polyethylen, Polyoxymethylen, Polyketon, Fluorethylenpropylen, Polytetrafluorethylen, Polyetheretherketon, oder aus Polyamiden oder Harzen, wie Phenolharze, Epoxidharze oder Polyurethanharze, bestehen.
Dichtung (01) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kugelförmigen Füllstoffe (17) einen Durchmesser kleiner/gleich 200 µm, insbesondere einen Durchmesser von 10 µm bis 50 µm, aufweisen und mit einem Durchmesser-Länge-Verhältnis von 1:1,1 bis 1:5 ausgebildet sind.
Dichtung (01) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die faserförmigen Füllstoffe (17) eine durchschnittliche Länge von 1000 µm aufweisen und mit einem Durchmesser-Länge-Verhältnis von größer 1:5 ausgebildet sind.
Dichtung (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche des Elastomerkörpers (03) zumindest abschnittsweise kugelförmige Strukturierungen eingebracht sind.