DE1475571A1

DE1475571A1 - Wellendichtung

Info

Publication number: DE1475571A1
Application number: DE19651475571
Authority: DE
Inventors: Mark Balkin; Turner Denys Grahame; Kenneth Irving
Original assignee: George Angus and Co Ltd
Current assignee: George Angus and Co Ltd
Priority date: 1964-06-30
Filing date: 1965-06-30
Publication date: 1969-01-23
Also published as: US3396978A; SE330294B; GB1114764A

Description

GEORGE ANGUS & COMPANY LIMITED, Newcastle upon Tyne 1_t

Sagland

Wellendichtung

Die Irfindung betrifft Wellendichtungen, die auch als "öldichtungen" bekannt sind und die aus Dichtungsringen bestehen, welche an Wellen in mechanischen Vorrichtungen angeordnet sind, um das Lecken von Fluid und den Durchtritt von Verunreinigungen entlang der Welle zu verhindern.

Die Erfindung oezieht sich auf ffellendichtuagen des sogenannten "Lippentyps", bei denen die Dichtungsringe jeweils einen biegsamen Uufangsflansch oder eine "Lippe" aufweinen, die federnd in Schleifkontakt an einer relativ zu ihr bewegbaren Oberfläche einer Welle, eines Gehäuses oder eines

9 0 S 8 0 h I Q 8 S 1

^8AD

anderen Teils anliegt· Oft weist der Flansch oder die ; lippe eine Bandfeder auf_t um den Schleifkontaktdruok zu verstärken»

Die Dichtungsringe der meisten WellendiGhtungen des Lippentyps sind aus Gummi, gewöhnlich aus ölfestern synthe- tischem Gummi hergestellt.

Das für Wellendichtungen des Lippentyps bisher als bestes bekannt geworökie Material ist eine synthetische Gummizusamiaensetzung auf der Basis τοη synthetischem Gummi aus Butadienacrylnitril-Copolymer, der als "liitrilguiiiini¹· bekannt und im folgenden als solcher bezeichnet ist. Der als Grundlage dienende rJitri !gummi ist wie bekannt, mit Füllstoffen, tfeichinacherri, Vulkanisierungs- und anderen Mitteln oder Zusatzstoffen versetzt, um verschiedenen Erfordernissen gerecht zu werden, und er bildet eine plastische Masse, die unter Wärme und Druck in die gewünschte Gestalt geformt und vulkanisiert wird_o

Obwohl ./ellendichtungen aus Jiitrilguuimizusaminensetzungen sich viele Jahre lang als einigermaßen zufrieden-

909804/0851 bad original

stellend erwiesen haben, werden die Anforderungen an hocliwirksaiae und zuverlässige Dichtungen in mechanischen Ausrüstungen, beispielsweise für Motorfahrzeuge und Flugzeuge, unter extremen Arbeits- und Klimabediugungen immer höher und sind mit den bekannten iiitri!gummizusammen-. Setzungen schwer zu befriedigen«,

Eine zufriedenstellende Zusammensetzung für das Formen γόη Wellendiclitungen des Lippentyps soll den meisten, wenn nicht allen folgenden Anforderungen oder Bedingungen gerecht werden:

Eigung zum Mischen und Strangpressen oder Kalandern zur Herstellung des Materials in giner Form, die zum Einführen in einen Formstempel geeignet ist«

Verbindbarke it mit iJetalleinlagen, wie sie vielfach verwendet werden«,

Saubere und scharfe Formlinge, die die Formstempel nicht verschmutzen und leicht in heißem Zustand aus der Form herausgenommen werden können.

-4- ^ΒΑύ ORiGf|y_AL

309804/0851

Formeigenschaft mit gleichbleibender Formschrumpfung auf genaue Endabmessungen_e

Formlingej die.genau abgeschliffen oder beschnitten werden können, um die Dichtungslippen oder deren Flächen.oder . Kanten herzustellen.

Formlinge j die eine gute Oberfläehenbeschaffenheit aufweisen, abriebfest sind und kein Abreiben der relativ zu ihnen bewegbaren Flächen, mit denen sie bei Gebrauch in Berührung stehen, Yerursachen«,

Formlinge einer bestimmten Härte,-die durch Schleifkontakt abdichten, bei Verwendung einer Feder halten und eine" solche Biegsamkeit und Federung aufweisen, daß sie auch bei außermittiger Lage der felle den Schleifkontakt aufrechterhalten»

Formlinge mit guter Beständigkeit bei hohen und nieärigen Temperaturen^ beispielsweise 120T! bis ~40°ö₉ .

Formlinge mit guter ölfestigkeit sowohl in bezug auf das Aufquellen als auch auf das Schrumpfen« ,

SF6S804/0861 _{BAD omG1NAL}

Wirtschaftliche Massenherstellung«,

Bs ist sehr schwierig, eine Zusammensetzung zu schaffen, die jeder der vorstehenden Anforderungen optimal entspricht, und für gewöhnlich muß ein Kompromiß geschlossen werden_? um sich widersprechende Anforderungen auszugleichen und das am "besten zu verwirklichende Gesamtergebnis zu erzielen* Beispielsweise ist es besonders schwierig? eine maximale Ölfestigkeit mit einer guten Beständigkeit bei niedrigen Temperaturen in Biiiklang zu bringen» Bei M-trilgummi ist es bekannt, daß je höher der Äerylnitrilgehalt ist, desto besser die Ölfestigkeit, aber desto größer die Tendenz ist, bei niedrigen Temperaturen steif zu werden. J)aä Beibehalten der Biegsamkeit bei Kälte bis zu etwa -40⁰C kann nur erzielt werden, wenn man stärkeres Aufquellen in Öl bei Temperaturen von TO C bis 100⁰G in Kauf nimmt«

Selbst bei Erzielung eines Kompromisses zwischen den genannten Anforderungen bleibt doch noch aas Haupterfordernis, daß die Dichtung im Gebrauch einwandfrei arbeiten muß. Die Bichtungseigeiisehafteii können aber in der Praxis nicht vorausgesagt werden» da es noch, nicht bekannt ist, welche Eigenschaften cies Materials die Abdichtwirksamkeit steuern.

BAD ORIGINAL

Q «11

w 5 «

. Viele Theorien sind erörtert worden, jedoch ist es immer noch erforderlich, Dichtungen verschiedener Größen unter Arbeitsbedingungen in den verschiedenen Bereichen von Temperatur, Geschwindigkeit und anderen physikalischen Bedingungen mit Ölen verschiedener chemischer Zusammensetzung, Viskosität und anderen Eigenschaften zu prüfen«

Viele scheinbar geeignete Zusammensetzungen yersagen bei Prüfung der daraus hergestellten Dichtungen und es wird notwendig, einen Kompromiß für die Äbdichtwirksauikeit zu finden/ Beispielsweise müssen Begrenzungen des Arbeitstemperaturbereichs in Kauf genommen werden oder die Dichtungsansprüche müssen herabgesetzt werden»

Trotz jahrelanger Forschung auf dem Gebiet der Wellen-

dichtungen ist die Formel für eine geeignete Zusammensetzung zum Formen, die gute Dichtungen ergibt, im wesentlichen noch von der Erfahrung bestimmt« Dies ist so sehr der Fall, daß Verbraucher großer Mengen von Wellendichtungen besondere Prüfeinrichtungen verwenden und Bedingungen für Zulässigkeitsprüfungen festsetzen, die immer schärfer werden»

/98 61

BADORlGiNAL

Die Srfindung ergibt sich aus der Untersuchung, die „ das Herstellen und Prüfen von Hunderten von Zusammensetzungen für das Formen von Vfellendichtungc-n umfaßt, und sie sieht eine Zusammensetzung vor, die den Anforderungen der Herstellung, der Arbeitsbedingungen und der Abdichtwirksamkeit in bemerkenswert hohem G-rad entspricht₀

Gemäß der Erfindung γ/ird eine Wellendichtung des Lippentyps aus einer Zusammensetzung der folgenden allgemeinen Formel geformt, bei der das Zusammensetzungsverhältnis in Gewichtsteilen angegeben ist: ;

A. Gummi, der Butadienacrylnitril- > Copolymer enthält, wobei der

Acrylhitrilsnteil 25$ bis 35$

beträgt, 15fo bis .9096; I₇^

B. Polyvinylchlorid 10f» bis 25^ )¹⁰⁰ ^fe±lm

G₉ Inerter partikelförmiger Füll« etoff, von dem wenigstens 80^

eine Teilchengröße über TOD MiUi- ·. " - ■■■ mikron aufweist 70 bis 150.TeIIe

D. Vulkanisierungsmittel, Weich-. . .....-'

macher und andere Mittel oder

Zusatzstoffe, wie sie benötigt .■■·■■

werden, um eine vulkanisierbare ; ■ >' plastische Zusammensetzung her-

909804/085Ii- bad original

In der obigen allgemeinen Formel kann der Bestandteil A ganz aus Butadienacrjlnitril-Cooolymer bestehen oder dieser GuäüEii kann durch Zugabe von einer oder mehreren anderen Grusimlsorten, ZoB₀ natürlichem GrimMi, Butadienstyren-Copolymer, Polybutadien und Polyisopren gestreckt oder vermehrt werden, vorausgesetzt daß der Acrylnitrilgehalt des gesamten Gummis 25$ bis 35% beträgt. Der bevorzugte Acrylnitrilanteil beträgt 28*.

Der Bestandteil C ist vorzugsweise Ruß des als "Mit'tel-Thenaal-Ruß" bekannten Typs mit einer durchschnittlichen Teilehengröße von 270 bis 500 Millimikron oder ^uFein-Thermal~Ruß^M mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 150 bis 225 Millimikron. Das charakteristische Merkmal dieser Rußsorten besteht in ihrer verhältnismäßig großen Teilehengröße, da die meisten als'Füllstoffe in Gummizusammensetzungen verwendeten Rußsorten eine Teilchengröße unter 100 Millimikron aufweisen. Die Verwendung eines verhältnismäßig groben Füllstoffs ist daher ein ungewöhnliches und unerwartetes Merkmal der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, Ein kleinerer Anteil des Füllstoffs, nicht mehr als 2ö#_s kann eine Teilcnengröße unter 100 Ulli- ·. -

9β9βΟ4/ββ61 _; _BAD0B,a,NAL

mikron aufweisen» Dies ist zulässig, da das Vorhandensein von verhältnismäßig feinen Teilehen im handelsüblichen Sortiment von Partikelmaterial fast unvermeidlich ist·

Es können auch andere Mineralfüllstoffe als Kohle verwendet werden_s z*B· Calziumcarbonat oder Ton in der genannten Teilchengröße· Ebenso können Hillstoffmischungen verwendet werden. .

Das bevorzugte Verhältnis des Füllstoffs (Bestandteil G) beträgt 110 Teile _auf 100 Teile der Bestandteile A plus B. '

Einzelheiten von sechs Beispielen 1 bis β werden im folgenden aufgeführt» von denen die Beispiele 1,2 und 3 Zusammensetzungen nach der Erfindung darstellen, aus denen wirksame Wellendichtungen des Lippentyps geformt werden können₉ während-die Beispiele 4_? 5 und 6 Zusammenstellungen veranßchaulichen, die aus den' angegebenen Gründen für die Herstellung von (!!dichtungen nicht zufriedenstellend sind.

•10-

BAD ORfQlNAL

909004/0061

Beisoiele

O OO OCt O

Butadienaorylnitril-Copolyiner 28^ Acrylnitril
Acrylnitril

B Polyvinylchlorid

Füllstoff
Ruß

üttel-Thermal-Huß
Hoch-Abrieb-DfenruS
Calciumcarbonat

urnace)

Zusatzstoffe
Schwefel

Zinkoxyd ^;

Stearinsäure
Antioxydationsmittel (Phenyl-ß-

iaphthylamin)

Weichmaeher (Dioctylsebacat) Beschleuniger

Merkaptobenzothiazol

Tetramethylthiiiraindisulfid

Härte nadh20 Min. Vulkanisieren bei 154⁰C in BS⁰ . 77

Brüchigkeitspunkt bei· C -44 'Beständigkeit in Öl ASTM Ho.3 nach 70 Std bei 100 C Volumenverdii-, derung-5^ +10

15

110

5
1
2

10

1.2

0.4

75 -41

+11

2	3	4	67	5
	Gawiohtsteile	33
	SO		67
60	30	33
25

10

80
40

5
1

10
1.2

74 -41

+3.5

110

1
5
1

1.2

0o4

62
-50

Abdichtwirksaiakeit

5 1

1.2

76 -53

+17

80

20

ausgez. ausgez. ausgez. gering gering

50

5 1

10

1.2

0,4

75 „50

+12

gering

Im Beispiel 1 besteht der litrilgummibestandteil A hur aus einem Butadienacrylnitril-Copolymer, das 28$ Acrylnitril enthält. In Beispiel 2 besteht der Bestandteil A aus einer Mischung von 40#igem Butadienacrylnitril-Gopolymer mit einem Butadienstyren-Copolymer, wodurch sich ein Gesamtanteil an Acrylnitril von 28,2$ ergibt. In Beispiel 3 besteht der Bestandteil A aus einer Mischung eines 28#igen und eines 4Q$igen Butadienacrylnitril-Copolymers, wodurch sich ein Sesamtanteil μ von 32$ Acrylnitril ergibt. Die Zusammensetzung des Beispiels 3 enthält auch einen Anteil Calciumcarbonat-Füllstoff der gleichen Teilchengröße wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Büß genannt, d.h. zwischen 270 und 500 Millimikron, Ss ist zu bemerken, daß die Beispiele 4 und 5 kein Polyvinylchlorid enthalten, welches einen wesentlichen Bestandteil der Erfindung darstellt, während Beispiel 6, obwohl es sowohl litrilgummi als auch Polyvinylchlorid enthält, "Hooh-Abrieb-Öfenruß" mit sehr kleiner Teilchengröße enthält, die außerhalb des Hahmens der Erfindung liegt* ⁽

Beispiel 1 zeigt die am meisten bevorzugte Zusammensetai^ Sie weist gute Ölfestigkeit, ausgezeichnete Äbdichtwirksaifikeit, beträchtliche Härte und angemessene Beständigkeit bei niedrigen Temperaturen auf* Die Zusammensetzungen der Beispiele 2 und,3 sind ebenfalls zufriedenstellend und weisen eine befriedigende ölfestigkeit, Härte und Tieftemperaturbeständigkeit

- 12 S0980 4/0851

— 1 9

JLiL.

mit ausgezeichneter Abdichtwirksamkeit auf* Alle diese Zusammensetzungen besitzen gute Formungs- und Miseheigenschaften, verbinden sich gut mit Metall und weisen eine gute Oberflächenbeschaffenheit und angemessene Abriebfestigkeit auf.

Beispiele 4* 5 und 6 sind nicht zufriedenstellend, insbesondere dadurch, daß sie geringe Abdiehtwirksamkeit aufweisen. Bei der Zusammensetzung des Beispiels 5 wurde festgestellt, daß die Zusammensetzung im Ölfestigkeitstest übermäßig aufquoll. -

Bei Herstellung der genannten Zusammensetzungen wurde die für Grummiini sehungen gebjsuolüche Technik verwendet, wobei die Bestandteile A und B (wo vorhanden) zuerst miteinander vermischt und die anderen Zusatzstoffe zugesetzt und ia herkömmlichen Gummimischvorrichtungen sorgfältig dispergiert wurden.

■..."■

Wahlweise können die Bestandteile A und B beispielsweise in einem Duowalzwerk oder in einem Innenmischer Torgemisoht oder als wässrige Dispersionen gemischt und anschließend koaguliert und getrocknet werden,

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden nicht nur den genannten Anforderungen für hoehwirksame Wellenäichtungen des Lippentyps gerecht, sondern sie weisen noch eine weitere Eigenschaft auf, die ©inen wichtigen Torteil bei der

i»«ö_ftiu/n«i;i■-■-■-■ ' bad original

Herstellung der Dichtungen darstellt.

Diese Eigenschaft besteht darin, daß die Zusammensetzung leicht granuliert, d»h« in Teilohenform zerkleinert werden kann und frei fließend "bleibt ohne die Tendenz, daß die Teilchen aneinanderklebes» «ie dies "bei bekannten granulierten

GumiiiizusaiamensetsEngeß der Fall war.

i Darüber hinaus verschmelzen die Teilchen im Formverfahren

vollständig und bilden homogene Formlinge, die frei τοπ körniger Struktur sind, welche einen Kachteil bisheriger Formlinge aus granulierten Zusammensetzungen bildete.

Gesäß einen weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt demnach ein Verfahrea sun Formen von Wellendichtungen des Lippentyps das Herstellen einer Zusammensetzung, wie vorstehend im Zusammenhang nit der allgemeinen oder bevorzugten Formel beschrieben, ferner Granulieren der Zusammensetzung und Formen

ι der Dichtungen aus der granuliertan Zusammensetzung.

Mit "Granulieren* ist das Zerkleinern der Zusammensetzung in Teilchenförm, z*B* durch Strangpressen und Schneiden» oder Zerhacken oder Zerstückeln geistint.

Die verwendete Teilchengröße der granulierten Zusammensetzung hängt feia zu einem gewissen Grad von der Größe der zu Dichtungen ab. Je größer der DichtungsdurchiBesser

■ - 14 BAD ORIGINAL

80.S804/0861v \

ist, desto größer kann aas verwendete Kornteilchen sein. Eine praktische untere Grenze der durchschnittlichen Teilchengröße beträgt etwa 0,5 mm und die obere Grenze etwa 10,0 mm· Für Dichtungen in den gebräuchlichsten Größen, etwa bis zu 75 mm Durchmesser, ergeben Teilchen in der Größe von 1,0 mm bis 3,0 em gute Ergebnisse.

" Die erfindungsgemäße granulierte Zusammensetzung kann

auf verschiedene Weise geformt werden» Sie kann in abgemessenen Mengen zu Formstempeln befördert oder geliefert werden oder sie kann zu Bohlingen vorgeformt werden, beispielsweise durch Pressen oder sonstiges Kaltformen in Zwischenprodukte, wie Kugeln, Würfel oder Boblinge» mit denen die Stempel gefüllt werden.

Wenn lellendichtungen mit Metalleinlagen hergestellt werden, werden die Metalleinlagen, die so vorbereitet worden sind, daß sie sich mit der Zusammensetzung verbinden, mit ι der ganulierten Zusammensetzung oder mit den vorgeformten Bohlingen zusammen oder in diese eingeschlossen in die Formstempel eingebracht.

Es ist zu erwähnen, daß kombinierte Nitrilgummi- und Polyvinylchlorid-Zusammensetzungen für verschiedene Zwecke bekannt sind, issbesondere wenn Beständigkeit in Ozon und öl erforderlich ist.

Die Erfindung besteht darin, Zusammensetzungen

_ 15 S098O4/O851 bad original

der vorstehend genannten⁷Formel für Wellendichtungen des lippentyps vorzusehen, und insbesondere darin, solche Dichtungen aus den granulierten Zusammensetzungen zu formen.

Auf der beigefügten Zeichnung ist eine Wellendichtung, die aus der beschriebenen Zusammensetzung hergestellt ist, -,von links.unten nach rechts oben schraffiert - in Verbindung mit anderen Elementen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne Bedeutung sind, beispielsweise dargestellt.

BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche ι

Wellendichtung mit Lippen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung, aus der sie geformt ist, nach der folgenden allgemeinen Formel zusammengesetzt ist, wobei das Zusammensetzungsverhältnis in Gewichtsteilen angegeben ist j

Α« Gummi, der Butadienacrylnitrilr Copolymer enthält, wobei der

Acrylnitril-Anteil 25# bis

beträgt 75$ bis 9(¥)von

)100 Teilen B. Polyvinylchlorid 10# bis *)

C. Inerter Partikelfüllstoff, von dem wenigstens 80$ eine Teilchengröße von nicht weniger als :

100 Millimikron aufweist 70 bis 150 Teile

D. Vulkanisierungsini ttel, Weichmaoher und andere Mittel oder Zusatzstoffe, wie sie benötigt

. werden, im eine vulkanisierbare plastische Zusammensetzung herzustellen.

908804/0851

■- - . BAD

2» Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil Ä einen Anteil einer anderen natürliehen oder synthetischen Öunsmisorte entfiält.

3» Wellendichtung nach Anspruch. 1-oder 2, dadurcii, gekennzeichnet, dai der Füllstoff Büß enthalt. , .. . , . .

4. Wellendiohtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Äerylnitrilanteil im Bestandteil A etwa 2m beträgt. .

5«, Wellendichtung nach einem der Torstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daß der Füllstoffanteil- etwa 110 Gewichtsteile beträgt, .···...*.... ·- ....·.

6» Wellendichtungj,dadurch;gekennzeichnet_t daß.sie aus einer Zusammensetzung geformt Ist, die einem der Beispiele 1, 2 oder ü;dear Besehreibung entspricht,. .

7· Verfahren zum Formen..einer-WeIJendiehtung mit Lippen gekennzeichnet durch HerstsiΙββ einer-gusaffiroensetzung nach einem der vorstehenden Anspruchs»-^r.aniilieres der. .Zusammensetzung und Formeß der Piahtiingaui-der; granulierten- Zusammensetzung -..-■ ..;:.:.;-\... ··. ·..··:· :\u-:.',i.'.' .·;■'■'-.:·,*■--.■>;

8, Verfahren aaeh Anspruch 7, dadurch'gekennzeichnet, daß die 2usaiffiBensetzung in eine Teilchengröße ion 0,5 bis 10_$0 um granuliert wird·

BAD ORlGlNAi-