DE102019123366A1

DE102019123366A1 - Verfahren zur Herstellung eines Dichtrings

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Publication number: DE102019123366A1
Application number: DE102019123366.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2021-03-04

Abstract

Es ist ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines in axialer Richtung einspannbaren Dichtrings mit einem ringförmigen, formstabilen Dichtungskern (1) und einer Ummantelung (3) aus einem mindestens ein Fluorpolymer oder Polytetrafluorethylen (PTFE) umfassenden Dichtungsmaterial, beschrieben, dessen Ummantelung (3) einen sich über eine außenseitliche Mantelfläche des Dichtungskerns (1) erstreckenden äußeren Bereich (5) und zwei über den äußeren Bereich (5) miteinander verbundene, jeweils auf einer der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Dichtungskerns (1) angeordnete, ringförmige Schichten (7) umfasst. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass damit ohne den Einsatz von Haftvermittlern qualitativ hochwertige, möglichst spannungsfreie Dichtringe mit in deren Position relativ zum Dichtungskern fixierten Schichten herstellbar sind. Hierzu wird derart verfahren, dass die Ummantelung (3) durch ein mechanisches Bearbeitungsverfahren aus einem Körper aus dem Dichtungsmaterial gefertigt wird, bei dem in dem Körper durch ein zerspanendes Verfahren innenseitig eine in Richtung einer Längsachse (L) der Ummantelung (3) hin offene Nut (9) zur Aufnahme des Dichtungskerns (1) erzeugt wird, ein Schlitz (11) in dem in radialer Richtung außenseitlich an die Nut (9) angrenzenden äußeren Bereich (5) der Ummantelung (3) erzeugt wird, der in senkrecht zur Längsachse der Ummantelung (3) verlaufender Richtung durch den äußeren Bereich (5) hindurch verläuft, und der vorgefertigte Dichtungskern (1) durch den Schlitz (11) hindurch in die Nut (9) eingesetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines in axialer Richtung einspannbaren Dichtrings mit einem ringförmigen, formstabilen Dichtungskern und einer Ummantelung aus einem mindestens ein Fluorpolymer oder Polytetrafluorethylen (PTFE) umfassenden Dichtungsmaterial,
wobei die Ummantelung einen sich über eine außenseitliche Mantelfläche des Dichtungskerns erstreckenden äußeren Bereich und zwei über den äußeren Bereich miteinander verbundene, jeweils auf einer der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Dichtungskerns angeordnete, ringförmige Schichten umfasst.
Dichtringe mit auf einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Dichtungskerns angeordneten Schichten aus einem Dichtungsmaterial werden in axialer Richtung zwischen zwei Körpern derart eingespannt, dass deren jeweils zwischen dem Dichtungskern und einem der beiden Körper eingespannten Schichten einen von dem Dichtring außenseitlich allseitig umgebenen Innenraum nach außen abdichten.
Dabei bieten mindestens ein Fluorpolymer umfassende Dichtungsmaterialien, wie z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE) umfassende Dichtungsmaterialien, den Vorteil, dass sie eine hohe chemische Beständigkeit aufweisen, in einem großen Temperaturbereich einsetzbar sind und chemisch vergleichsweise inert sind, so dass sie insb. auch für Anwendungen in der Chemie, der Biotechnologie und der Lebensmittelindustrie geeignet sind.
In einer Vielzahl von Anwendungen werden Dichtringe mit einem formstabilen Dichtungskern allein wegen deren Dichtfunktion eingesetzt. Es sind aber auch Anwendungen bekannt, bei denen diese Dichtringe bzw. deren Dichtungskern die Funktion eines Entkopplungsrings übernehmen. Ein Beispiel hierfür sind Drucksensoren mit einer keramischen Druckmesszelle, die unter Zwischenfügung eines Entkopplungsring derart in ein Gehäuse eingespannt ist, dass deren keramische Messmembran durch eine Öffnung des Gehäuses hindurch mit einem unter einem zu messenden Druck stehenden Medium beaufschlagbar ist. Bei diesen Drucksensoren wird durch zwei auf den beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Entkopplungsrings angeordnete, zusammen mit dem Entkopplungsring eingespannte Schichten aus einem Dichtungsmaterial eine Abdichtung des Gehäuseinnenraums gegenüber dem durch die Öffnung eintretenden Medium bewirkt. Zugleich schützt der zusammen mit der Druckmesszelle im Drucksensor eingespannte Entkopplungsring die Druckmesszelle vor durch die Einspannung auf die Druckmesszelle übertragbaren, in senkrecht zur Langsachse des Entkopplungsrings verlaufender Richtung wirkenden Spannungen.
Ein solcher Drucksensor ist z.B. in der DE 10 2013 111 910 A1 beschrieben. Dieser Drucksensors umfasst eine auf den Entkopplungsring aufgebrachte Beschichtung. Diese Beschichtung umfasst eine als Haftvermittler dienende erste Schicht, auf die eine zweite Schicht aus einem Polytetrafluorehtylen (PTFE) umfassenden Werkstoff aufgebracht ist. Beide Schichten grenzen an die Öffnung des Drucksensors an, so dass sie im Messbetrieb beide dem über die Öffnung zugeführten, unter dem zu messenden Druck stehenden Medium ausgesetzt sind.
Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen als Haftvermittler einsetzbare Werkstoffe, wie z.B. Perfluoralkoxy-Polymere (PFA), insb. aufgrund deren chemischen Eigenschaften, nicht in unmittelbaren Kontakt zu dem Medium gelangen dürfen. Dieses Problem kann durch eine vollständige Beschichtung aller Außenflächen des Dichtungskerns gelöst werden. Letzteres birgt jedoch insb. in Verbindung mit abrasiven Medien die Gefahr, dass der sich über die dem Medium ausgesetzte innere Mantelfläche des Dichtungskerns erstreckende Beschichtungsbereich angegriffen wird und/oder dort durch Abrasion abgelöste Beschichtungsbestandteile in das Medium gelangen.
Darüber hinaus ist die Erzeugung hochwertiger, insb. homogener und möglichst porenfreier Beschichtungen ein im Vergleich zum Einsatz von vorgefertigten Flachdichtungen aufwendiger Prozess. Der Einsatz von nicht mit dem Dichtungskern verbundenen Flachdichtungen erschwert jedoch die Montage und erfordert ein hohes Maß an Sorgfalt bei der Positionierung der Flachdichtungen.
In der DE 10 2016 105 511 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines in axialer Richtung einspannbaren, in Drucksensoren einsetzbaren Dichtrings mit einem formstabilen Dichtungskern und einer Ummantelung beschrieben, bei dem ein Schrumpfschlauch aus einem mindestens ein Fluorpolymer umfassenden Material, wie z.B. ein Polytetrafluorethylen (PTFE) umfassender Schrumpfschlauch, über den Dichtungskern gestülpt und durch thermische Schrumpfung auf den Dichtungskern aufgeschrumpft wird. Im Anschluss erfolgt eine erste Beschneidung der Endbereiche des aufgeschrumpften Schrumpfschlauchs, sowie eine Verprägung in einem Werkzeug mit abschließender Beschneidung der Endbereiche.
Mit diesem Verfahren können jedoch nur Ummantelungen aus Dichtungsmaterialien hergestellt werden, aus denen Schrumpfschläuche mit einer zur Erzeugung der Endform der Ummantelung ausreichend hohe Schrumpfrate hergestellt werden können.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei dem Schrumpfvorgang ausgerechnet diejenigen Bereiche des Schrumpfschlauchs am stärksten verformt werden, die im fertigen Dichtring die für dessen Dichtfunktion maßgeblichen, auf den einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Dichtungskerns angeordneten, ringförmigen Schichten bilden.
In der DE 10 2016 105 511 A1 ist beschrieben ggfs. eine mechanische Nachbearbeitung, ggfs. eine Kalibrierung, ggfs. auch unter erhöhter Temperatur zur Erreichung einer besseren Oberflächengüte und/oder gleichmäßiger Schichtdicken vorzunehmen.
Innerhalb der Schichten möglicher Weise vorhandene, unter Umständen die Einstellung von definierten auf den Dichtring wirkenden Einspannkräften erschwerende und/oder die erzielbare Dichtwirkung beeinträchtigende Inhomogenitäten des Schichtmaterials lassen sich in der Regel nicht durch eine mechanische Nachbearbeitung der Oberflächen der Schichten reduzieren.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das thermische Aufschrumpfen der Ummantelung je nach Material des Schrumpfschlauchs vergleichsweise hohe Temperaturen, wie z.B. Temperaturen in der Größenordnung von 300°C, erfordert. Das birgt die Gefahr, dass durch das Aufschrumpfen thermomechanische Spannungen in den Dichtungskern induziert werden. Nach Abschluss des Herstellungsverfahrens im Dichtungskern verbleibende, sich ggfs. in Abhängigkeit von der Temperatur verändernde Spannungen können jedoch die Funktion des Dichtungskerns als Entkopplungsring zum Schutz vor durch die Einspannung des Dichtrings auf einen daran angrenzenden Körper übertragbaren, in radialer Richtung wirkenden Spannungen beeinträchtigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben mit dem ohne den Einsatz von Haftvermittlern qualitativ hochwertige, möglichst spannungsfreie Dichtringe herstellbar sind, die einen Dichtungskern und auf einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Dichtungskern angeordnete, in deren Position relativ zum Dichtungskern fixierte Schichten aus einem Dichtungsmaterial umfassen.
Hierzu umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines in axialer Richtung einspannbaren Dichtrings mit einem ringförmigen, formstabilen Dichtungskern und einer Ummantelung aus einem mindestens ein Fluorpolymer oder Polytetrafluorethylen (PTFE) umfassenden Dichtungsmaterial,
wobei die Ummantelung einen sich über eine außenseitliche Mantelfläche des Dichtungskerns erstreckenden äußeren Bereich und zwei über den äußeren Bereich miteinander verbundene, jeweils auf einer der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Dichtungskerns angeordnete, ringförmige Schichten umfasst,
das sich dadurch auszeichnet, dass
die Ummantelung durch ein mechanisches Bearbeitungsverfahren aus einem Körper aus dem Dichtungsmaterial gefertigt wird, bei dem in dem Körper durch ein zerspanendes Verfahren innenseitig eine in Richtung einer Längsachse der Ummantelung hin offene Nut zur Aufnahme des Dichtungskerns erzeugt wird,
ein Schlitz in dem in radialer Richtung außenseitlich an die Nut angrenzenden äußeren Bereich der Ummantelung erzeugt wird, der in senkrecht zur Längsachse der Ummantelung verlaufender Richtung durch den äußeren Bereich hindurch verläuft, und
der vorgefertigte Dichtungskern durch den Schlitz hindurch in die Nut eingesetzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass der Dichtungskern trotz der im fertigen Dichtring den Dichtungskern außenseitlich umgreifenden Ummantelung in die durch mechanische Bearbeitung des Körpers gefertigte Ummantelung einbringbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Dichtungskern nach dem Einsetzen in die Ummantelung in dessen Position relativ zur Ummantelung mechanisch fixiert ist, ohne dass hierzu Haftvermittler erforderlich sind.
Darüber hinaus bietet die Erfindung den Vorteil, dass zum Einbringen des Dichtungskerns in die den Dichtungskern außenseitlich umgreifende Ummantelung weder eine Erwärmung des Dichtungskerns, noch eine Erwärmung der Ummantelung erforderlich ist, noch nennenswerte Kräfte auf den Dichtungskern ausgeübt werden müssen. Damit ist der Dichtungskern im Wesentlichen frei von durch das Herstellungsverfahren bedingten mechanischen und thermomechanischen Spannungen.
Zusätzlich bietet die Erzeugung der Ummantelung durch mechanische Bearbeitungsverfahren den Vorteil, dass die für die Erzielung der Dichtwirkung maßgeblichen Schichten als sehr homogene, eine hohe Oberflächenqualität aufweisende Schichten hochpräzise unter Einhaltung sehr geringer Fertigungstoleranzen herstellbar sind.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Schichtdicke der Schichten und eine radiale Breite der Schichten bei entsprechender Dimensionierung der Nut innerhalb sehr weiter Grenzen ohne Qualitätseinbußen hinsichtlich der Oberflächenqualität, der Homogenität des Schichtmaterials und der Homogenität der Schichtdicken im Wesentlichen unabhängig voneinander vorgegeben und diesen Vorgaben entsprechend angefertigt werden können.
Eine erste Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Ummantelung aus dem Körper durch ein mechanisches Bearbeitungsverfahren hergestellt wird, bei dem der Körper in eine Drehmaschine eingespannt wird, mittels der aus dem sich um dessen Längsachse drehenden Körper durch zerspanende Bearbeitung des Körpers die Ummantelung erzeugt wird.
Eine Ausgestaltung der ersten Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Schichtdicke der von einer einem in der Drehmaschine eingespannten Ende des Körpers gegenüberliegenden Stirnseite des Körpers umfassten Schicht der Ummantelung durch eine entsprechende Positionierung der Nut erzielt wird und/oder durch eine zerspanende Bearbeitung dieser Stirnseite des Körpers erzeugt oder nachbearbeitet wird.
Eine Weiterbildung der ersten Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
der Schlitz in dem, den äußeren Bereich der Ummantelung bildenden Bereich des Körpers erzeugt wird, und
die die Nut umfassende Ummantelung nach dem Einsetzten des Dichtungskerns von dem in der Drehmaschine eingespannten Bereich des Körpers getrennt oder mittels eines Stehdrehmeißels abgestochen wird.
Eine zweite Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
der Körper, aus dem die Ummantelung erzeugt wird, als massiver Körper ausgebildet ist oder einen Hohlzylinder umfasst,
in dem Körper durch ein zerspanendes Bearbeitungsverfahren oder mittels eines Innendrehmeißels eine zylindrische Ausnehmung derart erzeugt oder eine in dem Körper vorhandene zylindrische Ausnehmung derart nachbearbeitet wird, dass deren Durchmesser einem Innendurchmesser der Schichten entspricht, und/oder
eine äußere Mantelfläche der Ummantelung durch eine außenseitliche zerspanende Bearbeitung oder eine mittels eines Drehmeißels ausgeführte außenseitliche Bearbeitung des Körpers erzeugt oder nachgearbeitet wird.
Eine dritte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Nut mittels eines Innendrehmeißels erzeugt wird.
Eine erste Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Schlitz derart erzeugt wird, dass der äußere Bereich der Ummantelung nach der Erzeugung des Schlitzes einen schlitzfreien Teilbereich aufweist, über den die beiden Schichten der Ummantelung miteinander verbunden sind.
Eine zweite Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass
die Ummantelung durch den Schlitz im Wesentlichen zur Hälfte aufgeschlitzt wird, und/oder
der Schlitz eine entlang eines äußeren Umfangs der Ummantelung senkrecht zur Längsachse der Ummantelung verlaufende Schlitzlänge in der Größenordnung einer Hälfte eines äußeren Umfangs der Ummantelung aufweist.
Eine dritte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass der Schlitz eine parallel zur Längsachse der Ummantelung verlaufende Schlitzhöhe aufweist, die echt kleiner als eine parallel hierzu verlaufende Nutbreite der Nut ist.
Eine vierte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass der Schlitz durch ein im Wesentlichen spannloses Trennverfahren, durch ein Schneideverfahren, in Form eines Schnitts oder in Form eines mittels eines Cutter-Messers erzeugten Schnitts erzeugt wird.
Eine fünfte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schichten eine Schichtdicke von größer gleich 0,1 mm, eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm oder eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,2 mm aufweisen.
Eine sechste Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schichten eine radiale Breite im Bereich von mehreren Millimetern oder im Zentimeterbereich aufweisen.
Eine siebte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schichten der Ummantelung unter Einhaltung einer Fertigungstoleranz im Bereich von +/- 0,02 mm erzeugt werden.
Eine dritte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens einer der zur Herstellung von zwei oder mehr Dichtringen verwendeten Körper eine parallel zu dessen Längsachse verlaufende axiale Höhe aufweist, die größer als eine Summe aller axialen Höhen einer vorgegebenen Anzahl von aus dem Körper herzustellenden Ummantelungen ist.
Eine Weiterbildung des Verfahrens gemäß der ersten und der dritten Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass zwei oder mehr Dichtringe nacheinander hergestellt werden, indem bei der Herstellung eines jeden Dichtrings jeweils:

a) in dem Körper die Nut zur Aufnahme des Dichtungskerns des jeweiligen Dichtrings erzeugt wird,
b) der Schlitz in dem in radialer Richtung außenseitlich an die Nut angrenzenden, den äußeren Bereich der Ummantelung des jeweiligen Dichtrings bildenden Bereich des Körpers erzeugt wird,
c) der Dichtungskern des jeweiligen Dichtrings durch den Schlitz hindurch in die Nut eingesetzt wird, und
d) die die Nut umfassende Ummantelung des jeweiligen Dichtungsrings nach dem Einsetzen des Dichtungskerns von dem in der Drehmaschine eingespannten Bereich des Körpers getrennt oder mittels eines Stehdrehmeißels abgestochen wird, wobei beginnend mit der Herstellung des zweiten anhand der Verfahrensschritte a) bis d) herzustellenden Dichtrings jeweils derart verfahren wird, dass die Nut zur Aufnahme des Dichtungskerns des jeweiligen Dichtrings erst erzeugt wird, nachdem der unmittelbar zuvor hergestellte Dichtungsring durch die Ausführung des Verfahrensschritts d) von dem Körper abgetrennt worden ist.

Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt: Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 zeigt: einen mit dem in 1 dargestellten Verfahren hergestellten Dichtring.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines in axialer Richtung einspannbaren Dichtrings mit einem ringförmigen, formstabilen Dichtungskern 1 und einer Ummantelung 3 aus einem ein Fluorpolymer oder Polytetrafluorethylen (PTFE) umfassenden Dichtungsmaterial. 1 zeigt hierzu Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt ein Beispiel eines mit diesem Verfahren hergestellten Dichtrings, der den ringförmigen, formstabilen Dichtungskern 1 und die Ummantelung 3 umfasst. Der hier als Beispiel dargestellte Dichtungskern 1 ist als ringscheibenförmiger, insb. kreisringscheibenförmiger Ring mit rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet.
Wie in 2 dargestellt umfasst die Ummantelung 3 einen äußeren Bereich 5, der sich über eine außenseitliche Mantelfläche des Dichtungskerns 1 erstreckt. Zusätzlich umfasst die Ummantelung 3 zwei über den äußeren Bereich 5 miteinander verbundene, jeweils auf einer der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Dichtungskerns 1 angeordnete, ringförmige Schichten 7.
Bei der Herstellung mindestens eines dieser Dichtringe wird jeweils derart verfahren, dass die Ummantelung 3 durch ein mechanisches Bearbeitungsverfahren aus einem Körper aus dem Dichtungsmaterial erzeugt wird. Zu rein mechanischen Bearbeitungsverfahren zählen insb. zerspanende Verfahren, wie z.B. Drehen, Fräsen, Schleifen, sowie im Wesentlichen spanlose Trennverfahren, wie z.B. Schneiden. Als Körper eignet sich z.B. ein massiver Körper oder ein bereits einen Hohlzylinder umfassenden Körper.
Im Rahmen des mechanischen Bearbeitungsverfahrens wird in dem Körper durch ein zerspanendes Verfahren innenseitig eine in Richtung einer Längsachse der Ummantelung 3 hin offene Nut 9 zur Aufnahme des Dichtungskerns 1 erzeugt.
Die auf diese Weise erzeugte Ummantelung 3 ist in Teilabbildung A) von 1 dargestellt. Sie umfasst die in axialer Richtung zu beiden Seiten der Nut 9 angeordneten Schichten 7 und den die Nut 9 in radialer Richtung außenseitlich begrenzenden äußeren Bereich 5 der Ummantelung 3, durch den die beiden Schichten 7 miteinander verbunden sind.
Die Erzeugung der Ummantelung 3 erfolgt vorzugsweise maschinell. Hierzu wird z.B. derart Verfahren, dass die Ummantelung 3 als Drehteil aus dem jeweiligen Körper hergestellt wird. Dabei wird der Körper in eine Drehmaschine eingespannt, mittels der aus dem sich um dessen Längsachse drehenden Körper durch zerspanende Bearbeitung die Ummantelung 3 erzeugt und von dem in der Drehmaschine eingespannten Bereich des Körpers getrennt wird. Hierzu kann die Ummantelung 3 z.B. mittels eines Stehdrehmeißels abgestochen werden. Bei diesem Bearbeitungsverfahren kann die Nut 9 z.B. mittels eines Innendrehmeißels erzeugt werden.
Optional kann eine Schichtdicke der von einer einem in der Drehmaschine eingespannten Ende des Körpers gegenüberliegenden Stirnseite des Körpers umfassten Schicht 7 der Ummantelung 3 z.B. durch eine entsprechende Positionierung der Nut 9 erzielt werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu wird diese Schichtdicke vorzugsweise durch eine zerspanende Bearbeitung der Stirnseite des Körpers erzeugt oder nachbearbeitet.
Bei Verwendung eines massiven Körpers wird in dem Körper durch zerspanende Bearbeitung eine zylindrische Ausnehmung erzeugt, deren Durchmesser einem Innendurchmesser der Schichten 7 entspricht. Dieser Bearbeitungsschritt kann z.B. mittels eines Innendrehmeißels ausgeführt werden. Bei Verwendung eines bereits einen Hohlzylinder mit entsprechendem Innendurchmesser umfassenden Körpers kann dieser Verfahrensschritt entfallen. Optional wird er jedoch vorzugsweise auch hier in Form einer Nachbearbeitung der bereits vorhandenen zylindrischen Ausnehmung durchgeführt. Hierdurch ist eine Verringerung der Fertigungstoleranzen erzielbar.
Zusätzlich wird vorzugsweise z.B. derart Verfahren, dass eine äußere Mantelfläche der Ummantelung 3 durch eine außenseitliche mechanische Bearbeitung des Körpers erzeugt oder nachgearbeitet wird. Diese Bearbeitung kann z.B. mittels eines Drehmeißels vorgenommen werden. Auch dieser Verfahrensschritt ist je nach Ausgangsform des Körpers erforderlich oder optional, insb. zur Verringerung der Fertigungstoleranzen, durchführbar.
In einem nächsten, in 1 in Teilabbildung B) dargestellten Verfahrensschritt wird in dem in radialer Richtung außenseitlich an die Nut 9 angrenzenden, den äußeren Bereich 5 der Ummantelung 3 bildenden Bereich des Körpers ein Schlitz 11 erzeugt. Dieser Schlitz 11 verläuft in senkrecht zur Längsachse L der Ummantelung 3 verlaufender Richtung durch den äußeren Bereich 5 hindurch. Auch die Erzeugung des Schlitzes 11 wird vorzugsweise maschinell durchgeführt. Unabhängig davon ob der Schlitz 11 manuell oder maschinell angefertigt wird, wird er derart erzeugt, dass die Schichten 7 auch nach der Erzeugung des Schlitzes 11 noch über den äußeren Bereich 5 miteinander verbunden sind. Entsprechend weist der äußere Bereich 5 nach der Erzeugung des Schlitzes 11 einen schlitzfreien Teilbereich auf, über den die beiden Schichten 7 miteinander verbunden sind.
Nachfolgend wird der vorgefertigte Dichtungskern 1 durch den Schlitz 11 hindurch in die Nut 9 eingesetzt. Dieser Verfahrensschritt ist in 1 in Teilabbildung C) dargestellt.
Grundsätzlich genügt es, wenn der Schlitz 11 derart bemessen ist, dass der Dichtungskern 1 unter radialer und axialer Aufspreitzung der geschlitzten Ummantelung 3 in die Ummantelung 3 einsetzbar ist. Es hat sich jedoch insb. zur Reduktion von herstellungsbedingten Fertigungstoleranzen, sowie zur Verbesserung der erzielbaren Oberflächenqualität der Schichten 7 als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Ummantelung 3 durch den Schlitz 11 im Wesentlichen zur Hälfte aufgeschlitzt wird. Hierzu weist der Schlitz 11 vorzugsweise eine entlang des äußeren Umfangs der Ummantelung 3 senkrecht zur Längsachse L der Ummantelung 3 verlaufende Schlitzlänge in der Größenordnung von einer Hälfte eines äußeren Umfangs der Ummantelung 3 auf. Das bietet den Vorteil, dass zum Einsetzten des Dichtungskerns 1 praktisch keine radiale Aufspreitzung der Ummantelung 3 erforderlich ist und auch die erforderliche axialer Aufspreitzung des Schlitzes 11 geringgehalten werden kann. Beides bietet den Vorteil, dass insb. auch Ummantelungen 3, deren Schichten 7 eine geringe Schichtdicke aufweisen, hergestellt werden können, ohne dass durch das Einsetzten des Dichtungskerns 1 Falten oder andere Verformungen nennenswerter Größe der Schichten 7 entstehen, und ohne dass die Oberflächenqualität der Schichten 7 beeinträchtigt wird.
Unabhängig von dessen Schlitzlänge weist der Schlitz 11 vorzugsweise eine parallel zur Längsachse L der Ummantelung 3 verlaufende Schlitzhöhe auf, die echt kleiner als eine parallel hierzu verlaufende Nutbreite BN der Nut 9 ist. Das bietet den Vorteil, dass die Ummantelung 3 den Dichtungskern 1 unmittelbar nach dem Einsetzen umgreift. Hierdurch entsteht eine formschlüssige Verbindung, durch die die Ummantelung 3 in ihrer Position relativ zum Dichtungskern 3 fixiert ist.
Insoweit ist es von Vorteil, wenn die Schlitzhöhe möglichst gering ist. Das wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der Schlitz 11 durch ein im Wesentlichen spanloses Trennverfahren wird. Das bietet den Vorteil, dass hierdurch eine effektive Schlitzhöhe in der Größenordnung von Null erzielbar ist. Als spanloses Trennverfahren eignet sich insb. ein Schneideverfahren mittels dessen der Schlitz 11 in Form eines Schnitts erzeugt wird. Der den Schlitz 11 bildende Schnitt kann z.B. mittels eines Cutter-Messers manuell oder maschinell erzeugt werden.
Das Einbringen des Dichtungskerns 1 durch den Schlitz 11 hindurch bietet den Vorteil, dass hierzu weder eine Erwärmung des Dichtungskerns 1, noch eine Erwärmung der Ummantelung 3 erforderlich ist, noch nennenswerte Kräfte auf den Dichtungskern 1 ausgeübt werden. Damit kann der Dichtungskern 1 in die Ummantelung 3 eingebracht werden, ohne dass durch diesen Vorgang nennenswerte mechanische oder thermomechanische Spannungen in den Dichtungskern 1 induziert werden. Folglich ist auch der Dichtungskern 1 jedes auf diese Weise hergestellten Dichtrings jeweils im Wesentlichen frei von durch das Herstellungsverfahren verursachten, sich am Einsatzort des Dichtrings unter Umständen in Abhängigkeit von der Temperatur verändernden Spannungen, die sich am Einsatzort des Dichtrings ggfs. nachteilig auswirken könnten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch die für das Einbringen des Dichtungskerns 1 erforderliche vergleichsweise geringe Aufspreitzung der vorgefertigten Ummantelung 3 praktisch keinen nachteiligen Einfluss auf die Oberflächenqualität, die Homogenität des Schichtmaterials und die Homogenität der Schichtdicken der Schichten 7 hat.
Die mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erzielte rein mechanische Fixierung der Ummantelung 3 auf dem Dichtungskern 1 bietet insb. im Vergleich zu auf den Dichtungskerns mittels eines Haftvermittlers aufgebrachten Beschichtungen und auf den Dichtungskern aufgeschrumpften Ummantelungen den Vorteil, dass sich hierdurch keinerlei Einschränkungen hinsichtlich des Dichtungsmaterials und der Materialkombinationen von Dichtungskern 1 und Ummantelung 3 ergeben. Das Material des Dichtungskerns 1 und das Dichtungsmaterial der Ummantelung 3 kann somit in Abhängigkeit von dem Anwendungsgebiet, in dem der Dichtring eingesetzt werden soll, ausgewählt werden. Als Dichtungsmaterial eignet sich z.B. ein Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder mindestens ein anderes Fluorpolymer umfassendes Dichtungsmaterial. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der formstabile Dichtungskern 1 z.B. einen metallischen Werkstoff oder einen keramischen Werkstoff umfassen.
Wie aus 2 ersichtlich, liegt die innere Mantelfläche des Dichtungskerns 1 herstellungsbedingt frei. Entsprechend können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Dichtringe aufgrund der im Vergleich zu der Ummantelung 3 deutlich höheren mechanischen Beständigkeit des Dichtungskerns 1 ohne Weiteres auch in Anwendungen eingesetzt werden, in denen sie innenseitig einem abrasiven Medium ausgesetzt sind, ohne dass die Ummantelung 3 hierdurch beschädigt wird oder Bestandteile der Ummantelung 3 in das Medium gelangen.
Grundsätzlich ist es möglich, die Ummantelung 3 als Einzelteil vorzufertigen und den Dichtungskern 1 erst im Anschluss durch den Schlitz 11 hindurch in die als Einzelteil vorgefertigte Ummantelung 3 einzusetzen. Vorzugsweise wird jedoch derart Verfahren, dass die Ummantelung 3 auf die zuvor beschriebene Weise als Drehteil aus dem Körper gefertigt wird, wobei die Ummantelung 3 erst nach dem Einsetzten des Dichtungskerns 1 von dem in der Drehmaschine eingespannten Bereich des Körpers getrennt wird. Dieser in Teilabbildung D) von 1 dargestellte Verfahrensschritt kann z.B. derart ausgeführt werden, dass die Ummantelung 3 erst nach dem Einsetzten des Dichtungskerns 1 mittels eines Stechmeißels abgestochen wird. Das bietet den Vorteil, dass das Abtrennen der Ummantelung 3 aufgrund des währenddessen die Form der Ummantelung 3 stabilisierenden Dichtungskerns 1 noch präziser und unter Einhaltungen noch geringerer Fertigungstoleranzen ausführbar ist, als das bei einem ohne eingesetzten Dichtungskern 1 erfolgenden Trennvorgang möglich wäre. Letzteres ist insb. bei der Herstellung von Dichtringen mit Ummantelungen 3 mit Schichten 7 mit sehr geringer Schichtdicke von Vorteil.
Die Erzeugung der Ummantelung 3 durch mechanische Bearbeitung bietet den Vorteil, dass eine radiale Breite B der zu beiden Seiten der Nut 9 angeordneten Schichten 7 durch eine dementsprechende Dimensionierung der dieser Breite B entsprechenden Tiefe T der Nut 9 innerhalb sehr weiter Grenzen und im Wesentlichen unabhängig von der Schichtdicke der Schichten 7 vorgebbar und herstellbar ist, ohne dass sich hierdurch die Oberflächenqualität, die Homogenität des Schichtmaterials oder die erzielbare Homogenität der Schichtdicken der Schichten 7 verschlechtert.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit ohne Weiteres Schichten 7 mit sehr geringer Schichtdicke, wie z.B. Schichten 7 mit einer Schichtdicke von größer gleich 0,1 mm, insb. Schichten 7 mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm oder sogar im Bereich von 0,1 mm bis 0,2 mm erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu können Schichten 7 mit vergleichsweise großer radialer Breite B, wie z.B. Schichten 7 mit einer Breite B im Bereich von mehreren Millimetern oder sogar im Zentimeterbereich erzeugt werden.
Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass hierdurch insb. auch Schichten 7 mit vergleichsweise geringer Schichtdicke und/oder vergleichsweise größer radialer Breite B unter Einhaltung sehr geringer Fertigungstoleranzen, wie z.B. Fertigungstoleranzen im Bereich von +/- 0,02 mm erzeugt werden können. Entsprechend weisen die Schichtdicken dieser Schichten 7 ein sehr hohes Maß an Homogenität auf.
Durch mechanische Bearbeitung kann aus einem einzigen Körper jeweils eine einzige Ummantelung 3 erzeugt werden. Bei der Herstellung von zwei oder mehr Dichtringen wird jedoch vorzugsweise derart verfahren, das mindestens einer der hierzu verwendeten Körper jeweils eine parallel zu dessen Längsachse verlaufende axiale Höhe aufweist, die größer als eine Summe aller axialen Höhen H einer vorgegebenen Anzahl von aus dem Körper herzustellenden Ummantelungen 3 ist. Das bietet den Vorteil, dass aus einem einzigen Körper mehrere Ummantelungen 3 gefertigt werden können.
Dabei ist es grundsätzlich möglich die Nuten 9 dieser Ummantelungen 3 parallel zueinander in einem einzigen Arbeitsgang zu erzeugen und/oder die Ummantelungen 3 als Einzelteile aus dem Körper vorzufertigen. Analog zu den vorherigen Ausführungen hierzu wird jedoch auch hier vorzugsweise derart Verfahren, dass zwei oder mehr Dichtringe nacheinander hergestellt werden, indem bei der Herstellung eines jeden Dichtrings jeweils

a) in dem Körper die Nut 9 zur Aufnahme des Dichtungskerns 1 des jeweiligen Dichtrings erzeugt wird,
b) der Schlitz 11 in dem in radialer Richtung außenseitlich an die Nut 9 angrenzenden, den äußeren Bereich 5 der Ummantelung 3 des jeweiligen Dichtrings bildenden Bereich des Körpers erzeugt wird,
c) der Dichtungskern 1 des jeweiligen Dichtrings durch den Schlitz 11 hindurch in die Nut 9 eingesetzt wird, und
d) die die Nut 9 umfassende Ummantelung 3 des jeweiligen Dichtungsrings nach dem Einsetzen des Dichtungskerns 1 von dem in der Drehmaschine eingespannten Bereich des Körpers getrennt oder mittels eines Stehdrehmeißels abgestochen wird.

Dabei wird beginnend mit der Herstellung des zweiten anhand der zuvor genannten Verfahrensschritte a) bis d) herzustellenden Dichtrings jeweils derart verfahren wird, dass die Nut 9 zur Aufnahme des Dichtungskerns des jeweiligen Dichtrings erst erzeugt wird, nachdem der unmittelbar zuvor hergestellte Dichtungsring durch die Ausführung des Verfahrensschritts d) von dem Körper abgetrennt worden ist.
Bei dieser Verfahrensvariante erfolgt die ggfs. erforderliche oder als Option gewünschte Erzeugung der zylindrischen Ausnehmungen und/oder die Bearbeitung der Außenflächen aller auf diese Weise hergestellten Ummantelungen 3 vorzugsweise jeweils in einem einzigen, vorzugsweise maschinell ausgeführten Bearbeitungsvorgang.
Bezugszeichenliste

1: Dichtungskern
3: Ummantelung
5: Bereich
7: Schicht
9: Nut
11: Schlitz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013111910 A1 [0005]
DE 102016105511 A1 [0008, 0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung mindestens eines in axialer Richtung einspannbaren Dichtrings mit einem ringförmigen, formstabilen Dichtungskern (1) und einer Ummantelung (3) aus einem mindestens ein Fluorpolymer oder Polytetrafluorethylen (PTFE) umfassenden Dichtungsmaterial, wobei die Ummantelung (3) einen sich über eine außenseitliche Mantelfläche des Dichtungskerns (1) erstreckenden äußeren Bereich (5) und zwei über den äußeren Bereich (5) miteinander verbundene, jeweils auf einer der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Dichtungskerns (1) angeordnete, ringförmige Schichten (7) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (3) durch ein mechanisches Bearbeitungsverfahren aus einem Körper aus dem Dichtungsmaterial gefertigt wird, bei dem in dem Körper durch ein zerspanendes Verfahren innenseitig eine in Richtung einer Längsachse (L) der Ummantelung (3) hin offene Nut (9) zur Aufnahme des Dichtungskerns (1) erzeugt wird, ein Schlitz (11) in dem in radialer Richtung außenseitlich an die Nut (9) angrenzenden äußeren Bereich (5) der Ummantelung (3) erzeugt wird, der in senkrecht zur Längsachse der Ummantelung (3) verlaufender Richtung durch den äußeren Bereich (5) hindurch verläuft, und der vorgefertigte Dichtungskern (1) durch den Schlitz (11) hindurch in die Nut (9) eingesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (3) aus dem Körper durch ein mechanisches Bearbeitungsverfahren hergestellt wird, bei dem der Körper in eine Drehmaschine eingespannt wird, mittels der aus dem sich um dessen Längsachse drehenden Körper durch zerspanende Bearbeitung des Körpers die Ummantelung (3) erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke der von einer einem in der Drehmaschine eingespannten Ende des Körpers gegenüberliegenden Stirnseite des Körpers umfassten Schicht (7) der Ummantelung (3) durch eine entsprechende Positionierung der Nut (9) erzielt wird und/oder durch eine zerspanende Bearbeitung dieser Stirnseite des Körpers erzeugt oder nachbearbeitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (11) in dem, den äußeren Bereich (5) der Ummantelung (3) bildenden Bereich des Körpers erzeugt wird, und die die Nut (9) umfassende Ummantelung (3) nach dem Einsetzten des Dichtungskerns (1) von dem in der Drehmaschine eingespannten Bereich des Körpers getrennt oder mittels eines Stehdrehmeißels abgestochen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper, aus dem die Ummantelung (3) erzeugt wird, als massiver Körper ausgebildet ist oder einen Hohlzylinder umfasst, in dem Körper durch ein zerspanendes Bearbeitungsverfahren oder mittels eines Innendrehmeißels eine zylindrische Ausnehmung derart erzeugt oder eine in dem Körper vorhandene zylindrische Ausnehmung derart nachbearbeitet wird, dass deren Durchmesser einem Innendurchmesser der Schichten (7) entspricht, und/oder eine äußere Mantelfläche der Ummantelung (3) durch eine außenseitliche zerspanende Bearbeitung oder eine mittels eines Drehmeißels ausgeführte außenseitliche Bearbeitung des Körpers erzeugt oder nachgearbeitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (9) mittels eines Innendrehmeißels erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (11) derart erzeugt wird, dass der äußere Bereich (5) der Ummantelung (3) nach der Erzeugung des Schlitzes (11) einen schlitzfreien Teilbereich aufweist, über den die beiden Schichten (7) der Ummantelung (3) miteinander verbunden sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (3) durch den Schlitz (11) im Wesentlichen zur Hälfte aufgeschlitzt wird, und/oder der Schlitz (11) eine entlang eines äußeren Umfangs der Ummantelung (3) senkrecht zur Längsachse (L) der Ummantelung (3) verlaufende Schlitzlänge in der Größenordnung einer Hälfte eines äußeren Umfangs der Ummantelung (3) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (11) eine parallel zur Längsachse (L) der Ummantelung (3) verlaufende Schlitzhöhe aufweist, die echt kleiner als eine parallel hierzu verlaufende Nutbreite (BN) der Nut (9) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (11) durch ein im Wesentlichen spannloses Trennverfahren, durch ein Schneideverfahren, in Form eines Schnitts oder in Form eines mittels eines Cutter-Messers erzeugten Schnitts erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (7) eine Schichtdicke von größer gleich 0,1 mm, eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm oder eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,2 mm aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (7) eine radiale Breite (B) im Bereich von mehreren Millimetern oder im Zentimeterbereich aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (7) der Ummantelung (3) unter Einhaltung einer Fertigungstoleranz im Bereich von +/- 0,02 mm erzeugt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der zur Herstellung von zwei oder mehr Dichtringen verwendeten Körper eine parallel zu dessen Längsachse verlaufende axiale Höhe aufweist, die größer als eine Summe aller axialen Höhen (H) einer vorgegebenen Anzahl von aus dem Körper herzustellenden Ummantelungen (3) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Dichtringe nacheinander hergestellt werden, indem bei der Herstellung eines jeden Dichtrings jeweils: a) in dem Körper die Nut (9) zur Aufnahme des Dichtungskerns (1) des jeweiligen Dichtrings erzeugt wird, b) der Schlitz (11) in dem in radialer Richtung außenseitlich an die Nut (9) angrenzenden, den äußeren Bereich (5) der Ummantelung (3) des jeweiligen Dichtrings bildenden Bereich des Körpers erzeugt wird, c) der Dichtungskern (1) des jeweiligen Dichtrings durch den Schlitz (11) hindurch in die Nut (9) eingesetzt wird, und d) die die Nut (9) umfassende Ummantelung (3) des jeweiligen Dichtungsrings nach dem Einsetzen des Dichtungskerns (1) von dem in der Drehmaschine eingespannten Bereich des Körpers getrennt oder mittels eines Stehdrehmeißels abgestochen wird, wobei beginnend mit der Herstellung des zweiten anhand der Verfahrensschritte a) bis d) herzustellenden Dichtrings jeweils derart verfahren wird, dass die Nut (9) zur Aufnahme des Dichtungskerns des jeweiligen Dichtrings erst erzeugt wird, nachdem der unmittelbar zuvor hergestellte Dichtungsring durch die Ausführung des Verfahrensschritts d) von dem Körper abgetrennt worden ist.