DE2446252A1

DE2446252A1 - Zweikomponentendichtungsring und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2446252A1
Application number: DE19742446252
Authority: DE
Inventors: Peter Fleming Seylar
Original assignee: SEYLER PETER FLEMING
Current assignee: SEYLER PETER FLEMING
Priority date: 1973-09-28
Filing date: 1974-09-27
Publication date: 1975-04-03
Also published as: CA975019A

Description

Zweikomponentendichtungsring und Verfahren zu seiner Herstellung" Die Erfindung bezieht sich auf technische Dichtungsringe, und insbesondere auf Zweikomponentendichtungaringe, die einen. rechteckigen Querschnitt aufweisen und aus einem inneren und einem äußeren Teil bestehen, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Dichtungsringe.
Solche Dichtungsringe werden üblicherweise zur Abdichtung zwischen einem Kolben und der Wand eines Zylinders, in. dem der Kolben hin- und hergeht, verwendet. Der Ring sitzt unter Druck in einer entsprechenden Nut, die einen gleichförmigen rechteckigen Querschnitt aufweist und entweder im Kolben oder der Wand des Zylinders vorgesehen ist. Die bisher bekannten Ringe £Kr diesen Zweck, die aus einem einzigen Material hergestellt sind, besitzen den Nachteil, daß ein Material9 welches eine ausreichende Federung aufweist, um eine wirksame Abdichtung herzustellen, durch Reibung mit dem Kolben bzw. der Zylinderwand einer starken Abnutzung unterliegt. Ein Material mit einer ausreichenden Abriebfestigkeit besitzt dagegen nicht das nötige Federungsvermögen, um eine Abdichtung während einer längeren Zeit aufrechtzuerhalten In åungerer Zeit hat man dieses Problem wenigstens teilweise dadurdh gelöst, daß man Abdichtungen aus zwex gesonderten Ringen herstellte, von denen der eine Ring Ring einem stark federnden Material und der andere9 auf Reibung beanspruchte Ring aus einem abriebbestandigen Material hergestellt war. Diese Abdichtungen. sind Jedoch verhältnismäßig teuer herzustellen; außerdem bleibt nach wie vor das Problem bestehen, daß die Wirksamkeit dieser Dichtungaringe während des Gebrauchs allmählich aufgrund von Abrieb und Verlust des Dichtungsdrucks verringert wird.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß ein einziger Dichtungsring, der aus einem inneren und einem äußeren Teil besteht, von denen der eine aus einem Urethan hoher Zugfestigkeit und der andere aus einem Urethan niedriger Druckverformung hergestellt ist, beim Gebrauch wesentlich länger eine wirksame Abdichtung ergibt. Der Grund liegt in einer besseren Ausgewogenheit zwischen der Abriebfestigkeit und der gleichmäßigen Aufrechterhaltung des Dichtungsdrucks. Außerdem können diese Zweikomponentendichtungsringe leicht und wirtschaftlich hach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
Spezielle Ausführungsformen den erfindungsgemäßen Zweikomponentendichtungsrings sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtungsrings, der in einer Ringnut eines Kolbens angeordnet ist; Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Kolben und den Dichtungsring von Fig. 1; Fig. 3 einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 2, wobei aber eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtungsrings zu sehen ist, der hier in einer Ringnut einer Zylinderwand angeordnet ist; und Fig. 4 eine schaubildliche Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungsringe.
Gemäß Fig. 1 und 2 besitzt ein Dichtungsring 10 einen inneren Teil 12 und einen äußeren Teil 14. Der Dichtungsring 10 sitzt in einer entsprechenden Nut 16 in der Wand 1E eines Kolbens 20. Der Kolben 20 kann in einem Zylinder unterschiedlicher Zweckbestimmung hin- und hergeführt werden, wobei Toleranzen innerhalb einer (nicht gezeigten) Zylinderwand durch den Dichtungsring ausgeglichen werden. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, springt der äußere Teil 14 etwas über die Wand 18 des Kolbens 20 vor. Auf beiden Seiten des Dichtungsrings 10 sind flache Räume 21 in der Ringnut 16 vorgesehen. Beim Gebrauch liegt der Ring federnd an der Zylinderwand an und dehnt sich durch den vorhandenen Druck in die flachen Zwischenräume 21 aus.
Bei dieser Ausfüurungsform ist der äußere Teil 14, der durch die Zylinderwandung auf Reibung beansprucht wird, aus einem Urethan hoher Zugfestigkeit und hoher Abriebfestigkeit hergestellt, während der innere Teil 12 aus einem Urethan niedriger Druckverformung besteht, so daß der wirksame Dichtungsdruck des Rings während einer langen Zeit weitgehend unverändert bleibt. Der innere Teil 12 und der äußere Teil 14 des Dichtungsrings 10 besitzen beide gleichförmige rechteckige Querschnitte. Es wurde gefunden, daß für eine große Reihe von Anwendungen die Ausgewogenheit zwischen dem Vermögen des Dichtungsrings, während einer längeren Zeit einen gleichmäßigen Druck aufrechtsuerhalten, und der Abriebbeständigkeit des Dichtungsrings besonders günstig ist, wenn das Verhältnis der Dicke des inneren Teils zur Dicke des äußeren Teils in etwa 3:1 ist, obwohl für bestimmte Anwendungen auch andere Verhältnisse u.U. besser geeignet sein können.
Zwar hängen die optimalen Abmessungen und Toleranzen von der jeweiligen Anwendung ab, aber es wurde gefunden, daß wesentlich bessere Dichtungsringe erhalten werden, wenn der äußere Teil 14 des Dichtungsrings aus Urethan mit einer Höcbstzufestigkeit von mehr als 350 kg/cm2 hergestellt wird. Außerdem hat ee sich als wünschenswert herausgestellt, ein Urethan mit einer Druckverformung von weniger als 2 % bei einer Zusammendrückung von 25 % während 22 Std. bei 700C für die Herstellung des inneren Teils 12 zu verwenden. Beispielsweise hat sich die folgende Materialkombination bei sehr vielen Anwendungen als eehr wirksam erwiesen.
Beispiel Äußerer Teil: 100 Teile CYANAPRENE A-9, ein Urethanelastomer (OrANAPRENE A-9 ist ein Warenzeichen der CYANAMID Or OANADA LIMITED für ein Präpolymer auf Polyesterbasis), 11,3 Teile CYANASET M, ein Härter (CYANASET M ist ein Warenzeichen der CYANAMID OF OANADA LINITED für Methylen-bis-ortho-chlor-anilin), Höchstzugfestigkeit: 455 kg/cm2.
Innerer Teil: 100 Teile CYANAPRENE A-8, ein Urethanelastomer (CYANAPRENE A-8 ist ein Warenzeichen der CYANAMID OF CANADA LIMITED für ein Präpolymer auf Polyesterbasis), 4,80 Teile ISONOL 93, ein polyfunktionelles Polyol, 2,34 Teile CYANASET M, Druckverformung während 22 Std. bei 70 0C und bei 25 % Zusammendrückung: 0,1 %.
Fig. 3 zeigt einen Dichtungsring 10, der in einer Ringnut 16 in einer Wand 22 eines Zylinders 24 sitzt. Der Aufbau des Rings ist gegenüber der weiter oben beschriebenen Ausführungeform gerade umgekehrt, d.h. also, daß der dünnere leil aus Urethan hoher Zugfestigkeit und hoher Abriebbeständigkeit den inneren Teil 12 und der dickere Teil aus Urethan niedriger Druckverformung den äußeren Teil 14 bildet. Beim Gebrauch springt der innere Teil 12 etwas von der Wand 22 des Zylinders 24 nach innen vor, so daß ein federnder Reibungskontakt mit der Wand eines (nicht gezeigten) Kolbens entsteht, der im Zylinder hin- und hergeht, eo daß eine wirksame Abdichtung zwischen der Zylinderwand und der Kol-.
benwand geschaffen wird. Wenn der Dichtungsring 10 am Kolben anliegt, dann liegt er unter Druck und dehnt sich seitlich in die flachen Räume 21 aus, die in der Nut 16 vorgesehen sind. Im übrigen ist die Zusammensetzung der Materialien, welche den inneren und den äußeren Teil dieser Ausführungsform bilden, wie auch das Stärkenverhältnis genauso, wie es bei der weiter oben beschriebenen Ausführungsform angegeben wurde, so daß auf eine Wiederholung verzichtet werden kann.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung für eine zweckmäßige und wirtschaftliche Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungsringe. Ein Behälter 26 mit einer Zylinderwand 28 ist auf einem Drehtisch 30 befestigt, der durch einen (nur teilweise gezeigten) Mechanismus 32 mit verschiedenen Geschwindigkeiten in Drehung versetzt werden kann. Dieser Mechanismus 32 besitzt einen Handgriff 34, mit welchem die Lage des Drehtischea 30 beim Gebrauch verändert werden kann. Der Behälter 26 ist abnehmbar auf dem Drehtisch 30 befestit, so daß er mit dem Drehtisch rotiert und sich mit ihm auch neigt Die Befestigung des Behälters 26 auf dem Drehtisch 30 kann mit Hilfe einer (nicht gezeigten) Schnappeinrichtung oder einer anderen geeigneten Einrichtung erfolgen. Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungsringe richtet sich danach, ob ein Dichtungsring der ersten oder der zweiten, oben beschriebenen Ausführungsform hergestellt werden soll.
Wenn in der Folge son.einem ersten und einem zweiten Ma-Material gesprochen wird, dann sind damit die obigen Materialien und obigen Stärken gemeint. Der Behälter 26 besteht normalerweise aus einem geeigneten Metall, wie z.B.
Stahl. Er besitzt einen Innendurchmesser, der gleich dem gewünschten Außendurchmesser des herzustellenden Dichtungsrings plus einer geeigneten Zugabe für die Berücksichtigung der Schrumpfung ist. Das ausgewählte erste Material wird geschmolzen, worauf, während der Drehtisch 30 sich in vertikaler Lage befindet, eine abgemessene Menge durch die obere Öffnung 96 im Deckel 38 in den Behälter 26 eingeschüttet wird. Der Drehtisch 30 und der Behälter 26 werden dann durch den Mechanismus 32 mit der gewünschten Geschwindigkeit um ihre Achse in Drehung versetzt, so daß das geschmolzene erste Material durch die Zentrifugalkraft gegen die Wand 28 des Behälters gedrückt wird. Die Rotationsgeschwindigkeit des Behälters muß auareichen, daß das erste Material über einen beträchtlichen Teil der Wand 28 des Behälters 26 in eine Schicht mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Stärke ausgebreitet wird. Diese Ausbreitung der Flüssigkeit auf der Wand des Behälters kann durch Neigen des rotierenden Behälters bis zu einer horizontalen oder nahezu horizontalen Lage unterstützt werden, wobei man sich des Handgriffs 34 bedient. Der Grad, bis zu welchem der Behälter geneigt wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. von der genauen Zusammenssetzung des ersten Materials und der Rotationsgeschwindigkeit des Behälters. Der Deckel 38 (oder eine andere geeignete Einrichtung, wie z.B. ein nach innen gerichteter Vorsprung) verhindert, daß flüssiges Material aus dem Behälter austreten kann. In Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie s.B.
der Rotationsgeschwindigkeit des Behälters und dem Neigungsgrad, erreicht das geschmolzene Material sehr rasch einen statischen Zustand, wodurch eine erste äußere Schicht mit im wesentlichen gleichmäßiger Stärke gebildet wird. Die Rotation des Behälters wird dann fortgesetzt, während das erste Material vom geschmolzenen in den festen Zustand übergeht. Nachdem die Schicht des ersten Materials eine klebrige Konsistenz erreicht hat, was normalerweise innerhalb 5 bis 30 Min. der Fall ist, wird der Behälter 26 wieder in die aufrechte Lage gebracht. Während der Behälter weiter rotiert, wird eine abgemessene Menge des zweiten Ma-Materials in geschmolzenem Zustand in ähnlicher Weise durch die oberen Öffnung 36 in den Behälter 26 eingegossen. Unterstützt durch eine Neigung des Behälters breitet sich das Material aufgrund der Zentrifugalkraft in einer zweiten Schicht mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke über der ersten Schicht aus, und zwar in ähnlicher Weise, wie es oben beschrieben wurde. Die Einwirkung des geschmolzenen zweiten Materials auf das klebrige erste Material hat zur Folge, daß die beiden Schichten miteinander vereinigt werden. Der Behälter wird so lange rotiert, bis die beiden Schichten fest sind, worauf sie dann aus dem Behälter entnommen werden können. Es hat sich gezeigt, daß durch Aufblasen von kalter Buft auRden Behälter zu diesem Zeitpunkt die Entfernung der Materialschichten aus dem Behälter erleichtert wird, weil sich nämlich das Material zusammenzieht. Nach der Entnahme aus dem Behälter wird das Material in eine Reihe von Dichtungsringen der gewünschten Breite geschnitten.

Claims

PATENTANSPRflCHE
2)1.' Zweikomponentendichtungsring, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem inneren Teil mit einem gleichförmigen rechteckigen Querschnitt und aus einem äußeren Teil mit einem gleichförmigen rechteckigen Querschnitt besteht, wobei einer dieser Teile aus einem Urethan hoher Zugfestigkeit und hoher Abriebbe-standigkeit und der andere aus einem Urethan niedriger Druckverformung besteht.

2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Stärke des aus Urethan niedriger Druckverformung hergestellten Teils und der Stärke des aus Urethan hoher Zugfestigkeit und hoher Abriebbeständigkeit hergestellten Teils in etwa 3:1 ist.
3. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Urethan hoher Zugfestigkeit und Abriebbeständigkeit den inneren Teil und das Urethan niedriger Druckverformung den äußeren Teil bilden.
4. Dichtungsring nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höchstzugfestigkeit des den einen Teil bildenden Urethans mindestens 350 kg/cm2 beträgt.
5. Dichtungsring nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckverformung des den anderen Teil bildenden Urethans weniger als 2 * innerhalb 22 Std.

bei 700C beträgt
6. Dichtungsring nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil aus Urethan besteht, das 100 Teile CYANAPRENE A-9 und 19,3 Teile CYANASET M aufweist
7. Dichtungsring nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil aus Urethan besteht, das 100 Teile CYNAPRENE A-8, 4,80 Teile ISONOL 93 und 2,34 Teile CYANASET N auSwelstç
8. Dichtungsring nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil aus Urethan besteht, das 100 Teile CYANAPRENE A-9 und 11,3 Teile CYANASET M aufweist, und daß der andere Teil aus Urethan besteht, das 100 Teile CYANAPRENE 8 4,80 Teile ISONOL 93 und 2,34 Teile CYANASET H aufweist
9. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Urethan hoher Zugfestigkeit und Abriebbestandigkeit den äußeren Teil bildet und dass das Urethan niedriger Druckverformung den inneren Teil bildet.
10. Verfahren zur Herstellung eines Zweikomponentendichtungsrings, der einen äußeren Teil aufweist, welcher aus einem ersten Material hergestellt ist und einen gleichförmigen rechteckigen Querschnitt besitzt, und der einen inneren Teil aufweist, der aus einem zweiten Material hergestellt ist und einen gleichförmigen rechteckigen Querschnitt besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß man a) eine abgemessene Menge des ersten Materials in geschmolzenem Zustand in einen Behälter it einer zylindrischen Wand eingießt; b) den Behälter zur Verteilung des ersten Materials mittels Zentrifugalkraft rotiert, so daß über einen leil der Wand eine erste Schicht mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke gebildet wird; c) die Rotation des Behälters fortsetzt während sich das Material verfestigt; d) eine abgemessene Menge des zweiten Materials in den Behälter eingießt, nachdem das erste Material eine klebrige Konsistenz erreicht hat; e) den Behälter zur Verteilung des zweiten Materials mittels Zentrifugalkraft rotiert, ao daß auf der ersten Schicht eine zweite Schicht mit im wesentlichen gleichförmiger Stärke gebildet wird; f) die Rotation des Behälters fortsetzt, während sich das Material verfestigt; g) die miteinander vereinigten beiden Schichten aus dem Behälter entnimmt; und h) das verfestigte Material in mehrere Dichtungsringe der gewünschten Breite in Querrichtung zerschneidet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation des Behälters von der Stufe b) bis zur Stufe f) fortlaufend aufrechterhalten wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Stufen b) und e) der Behälter von der vertikalen Lage weggeneigt wird, um die Verteilung der Materialien zu unterstützen.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Stufe g) Luftkühlung angewendet wird, damit das verfestigte Material sich kontrahiert, so daß es leichter aus dem Behälter entnommen werden kann.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material aus Urethan hoher Zugfestigkeit und hoher Abriebfestigkeit besteht und dass das zweite Material aus Urethan niedriger Druckverformung besteht.
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material aus Urethan niedriger Druckverformung und das zweite Material aus Urethan hoher Zugfestigkeit und hoher Abriebfestigkeit besteht.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialmengen so abgemessen werden, daß das Verhältnis der Stärke der Schicht aus Urethan niedriger Druckverformung zur Dicke der Schicht aus Urethan hoher Zugfestigkeit und hoher Abriebbeständigkeit etwa 3:1 beträgt.
17. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Materialien aus Urethan mit einer Höchstzugfestigkeit von mindestens 350 kg/cm2 und das andere aus Urethan niedriger Druckverformung besteht.
18. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Materialien aus Urethan hoher Zugfestigkeit und hoher Abriebfestigkeit und das andere aus Urethan mit einer Druckverformung von weniger als 2 ffi während 22 Std. bei 700C besteht.
19. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Materialien aus Urethan besteht, welches 100 Teile CYANAPRENE A-9 und 11,3 Teile CYANASET M enthält und daß das andere der Materialien aus Urethan niedriger Druckverformung besteht.
20. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Materialien aus Urethan hoher Zugfestigkeit und hoher Abriebbeständigkeit und das andere aus einem Urethan, das 100 Teile CYANAPRENE A-8, 4,80 Teile ISONOL 93 und 2,34 Teile CYANASET M enthält, besteht.