DE2753170C2

DE2753170C2 - Wellendichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2753170C2
Application number: DE2753170A
Authority: DE
Inventors: Dean R. Clover S.C. Bainard; Dennis N. Gastonia N.C. Denton
Original assignee: Garlock Inc
Current assignee: Garlock Inc
Priority date: 1976-12-01
Filing date: 1977-11-29
Publication date: 1986-07-17
Also published as: GB1578897A; US4171561A; FR2373003A1; CA1120071A; IT1090972B; DE2753170A1; FR2373003B1

Description

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stattgefunden hat, findet eine Anbindung des Polytetra- Formwerkzeug benutzt wird, welches üblicherweise bei fluoräthylenringes an den Kautschuk durch Vulkänisa- der Formung von Dichtungen aus elastomeren Grundtion statt. Während des Formgebungsprozesses inner- körpern Verwendung findet. Erfindungswesentlich ist, halb der Preßform wird jedoch die eigentliche Dichtlip- daß der Ring aus Polytetrafluoräthylen vollständig in pe noch nicht gebildet Deren Gestaltung erfolgt erst 5 eine Nut des Formwerkzeugs eingeformt wird, welche nach Herausnahme des vorgeformten TeMes aus der der Gestalt der lippe entspricht und daß der unter dem Preßform dadurch, daß ein Endabschnitt dieses Teiles Druck des sich schließenden Formwerkzeugs fließende abgeschnitten wird, wobei die Schnittebene derart an- elastomere Werkstoff das kraftübertragende Medium gesetzt ist, daß der Biegepunkt des Polytetrafluoräthy- zwischen dem Formwerkzeug einerseits und der einen lenringes abgetrennt wird. Die auf diese Weise gebilde- io Seite des ringförmigen Polytetrafluoräthylens andererte Dichtlippe ist derart beschaffen, daß diese — in seits bildet Während der Formgebung findet neben der axialer Richtung bezüglich dieser Wellendichtung gese- Formung des Polytetrafluoräthylens und des elastomehen — nur einseitig mit einer Polytetrafluoräthylenzwi- ren Grundwerkstoffs auch die Herstellung einer mechaschenlage beschichtet ist, während auf der anderen Seite nischen, insbesondere in axialer Richtung wirkenden dieser Dichtungslippe deren Oberfläche im wesentli- 15 Verbindung zwischen diesen beiden Teilen statt, welchen durch den elastomeren Grundwerkstoff, hier Kau- ches insbesondere darin zum Ausdruck kommt, daß die tschuk gebildet wird: Auf diese Weise ergeben sich je- Zwischenlage die Dichüippe des elastomerischen doch nachteilige Wirkungen bezüglich der Bindung der Grundkörpers beiderseits der an letzterem angeformaus Polytetrafluoräthylen bestehenden Zwischenlage an ten Lippe um wenigstens 1,5 mm überdeckt Diese formden aus elastomerem Werkstoff bestehenden Grund- 20 schlüssige Verbindung wird durch Ausbildung einer körper der Wellendichtung. Klebeverbindung zwischen diesen 'feilen, beispielswei-

Aus der DE-OS 25 57 680 ist eine Wellendichtung be- se durch Vulkanisation oder Härten dis elastomeren

kannt, welche aus einem elastomeren Stütz- bzw. Werkstoffs vervollständigt

Grundkörper besteht, dessen der Welle zugewandte, Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist

bohrungsartige innenfläche eine Auskleidung aus Poly- 25 es, daß der Ring aus Polytetrafiuoräthylefl derart in die

tetrafluorethylen aufweist, deren Dicke weniger als Formh'ihlung der jeweiligen Preßeinrichtung eingelegt

0,5 mm beträgt und welche mit kreisförmigen Rippen wird, daß durch den Preßvorgang Abschnitte des Ringes

für einen unmittelbaren Kontakt mit der Welle ausgerü- beiderseits einer der Formung der Lippe dienenden Nut

stet ist Durch diese Auskleidung soll unter anderem der der Preßeinrichtung an letzterer anliegen, so daß die aus

Reibungskoeffizient bei einer Bewegung der Welle 30 Polytetrafluoräthylen bestehende Zwischenlage und des

klein gehalten werden. Formvorganges beiderseits um die Dichtlippe herumge-

Aus dem DE-GM 74 09 992 ist eine weitere Wellen- formt wird und zur Anlage kommt

dichtung bekannt welche aus einem Trägerring aus Na- Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme

tür- oder Kunstkautschuk besteht, an welchem eine auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Dichtungslippe angeformt ist, wobei die Dichtungslippe 35 F i g. 1 und 2 teilweise Schnittansichten durch eine

von einer Zwischenlage überzogen ist weiche aus ei- Preßform zur Darstellung des erfindungsgemäßen Ver-

nem druckfesten, mit Kautschuk imprägnierten Gewe- fahrens und

be besteht Die für das Gewebe verwendeten Fasern Fig.3 eine teilweise Schnittansicht einer erfindungs-

können aus Baumwolle, Kunstfaser, Asbest Graphit gemäßen gepreßten Lippendichtung mit einei' Zwi-

oder dergleichen bestehen. Die Anbindung der Zwi- 40 schenlage aus Polytetrafluoräthylen.

schenlage an den aus Natur- oder Kunstkautschuk be- Anhand der F i g. 1 und 2 sollen das erfindungsgemä-

stehenden Grundkörper kommt durch Anvulkanisieren ße Verfahren und anhand der F i g. 3 eine erfindungsge-

der Zwischenlage zustande. Charakteristisch für diese mäße Wellendichtung beschrieben werden.

Wellendichtung ist, daß die verwendete Zwischenlage Es sei zunächst auf die erfindungsgemätSc Dichtung

eine gewebeartige Struktur aufweist die als solche 45 Bezug genommen. Die F i g. 3 zeigt eine Wellendichtung

grundsätzlich keiner Formgebung bedarf. 10 des Typs, der eine angeformte oder angepreßte Lip-

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Wellendich- pe 20 und eine Zwischenschicht 26 aus gesintertem Potung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung der ein- lytetrafluoräthylen aufweist Diese Teile sind die Grundgangs angegebenen Gattung unter Vermeidung der merkmale einer erfindungsgemäßen Dichtung, dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile dahinge- so Die Dichtung 10 besitzt ebenfalls eine ringförmige hend auszugestalten, daß die Verwendung eines bei der Metallschale 12, an der ein gepreßter oder gespritzter Herstellung von Dichtungen aus elastomeren Werkstof- elastomerischer Körper 14 angeklebt ist Der elastofen üblichen Formwerkzeuge möglich ist und daß insbe- merische Körper 14 besitzt einen fersenartigen Absondere die Anbindung der Zwischenlage aus Polytetra- sdiniit S6, einen flexiblen Abschnitt 18, eine Ringbandfluoräthylen an dan ringförmigen, aus elastomerem 55 feder 22 und eine Hilfs- oder Staublippe 24. Die 7.wi-Werkstoff bestehenden Körper verbessert ist Diese schenschicht 26 kann hydrodynamische Punipelemente Aufgabe wird bezüglich der Wellendichtung durch die 28 jeder bekannten Form, Größe oder Konfiguration Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 ■ aufweisen, sofern dies gewünscht ist Die Pumpelemente und bezüglich des Verfahrens zu deren Herstellung 28 (pumping elements) werden &uf der Zwischenschicht durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des An- 60 26 während des erfindungsgemäßen Preßvorgangs oder spruchs 4 gelöst Eine derartige ringförmige, als elasto- Preßverfahrens, wie weiter unten beschrieben, gebildet, merem Werkstoff gespritzte bzw. gepreßte Wellendich- Das erfindungsgemäße Verfahren soll nan anhand tung mit einer angepreßten Lippe ist mit einer aufge- der F i g. 1 und 2 beschrieben werden, weiche die Preßklebten Zwischenschicht aus gesintertem Polytetra- technik gemäß der Erfindung zeigen. Die Fig. 1 und 2 fluoräthylen versehen, welche aus einem Ring aus gesin- 65 zeigen ein übliches Preßwerkzeug für eine konventiotertem Polytetrafluoräthylen hergestellt ist wobei das nelle, aus elastomerischem Material gepreßte Wellen-Pressen, das Bilden und das Kleben gleichzeitig durch- lippendichtung, die einen Preßkern 30, ein unteres Stemgeführt werden, in dem ein herkömmliches zweiteiliges pelelement 32 (die member), einen Zentrierring 34 und

ein bewegbares oberes Stempelelement 36 aufweist. Die Preßform ist in ihrer offenen Stellung in der F i g. 1 und in ihrer geschlossenen Stellung in der F i g. 2 gezeigt. Die Preßform bildet eine Preßhöhlung 38, welche eine Nut 40 für die angespritzte Lippe zur Bildung der angespritzten oder angeformten Lippe der Dichtung 10 aufweist. In der Nähe bzw. im Bereich der Nut 40 zur Bildung der angeformten oder angepreßten Lippe können ein oder mehrere Rücksprünge 42 (von denen einer strichliert in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist) vorgesehen sein, wenn es gewünscht wird, zur Bildung hydrodynamischer Pumpelemente.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Ring oder eine Scheibe 50 aus gesintertem Polytetrafluorethylen auf den Preßkern 30 der Preßform aufgelegt, wie in F i g. 1 gezeigt und ein vorgeformter Preßling 52 oder Vorformling aus elastomerischem Material wird auf die Oberseite des Ringes 50 aufgelegt. Der Ring 50 besitzt einen Abschnitt 54. der sich in ausreichender Länge radial nach außen in die Höhlung 38 erstreckt, derart, daß der Abschnitt 54 hinter der Nut 40 für die angespritzte Lippe verläuft, wenn die Preßform geschlossen und der Ring 50 in die Zwischenschicht 26 eingeformt ist. Wenn die Preßform geschlossen wird, wie in der F i g. 2 dargestellt; wird das obere Stempelelement 36 mittels einer üblichen Presse nach unten gedrückt, welche dafür sorgt, daß das Elastomer des Vorformlings 52 nach unten in die Höhlung 38 hinter dem Ring fließt, wobei es dafür sorgt, daß sich der Ring 50 nach unten und gegen den Preßkern 30 unter dem auf den Ring von dem fließenden Elastomer ausgeübten hydraulischen Druck (dargestellt durch die Pfeile 56 in F i g. 2) bewegt. Es ist festzuhalten, daß der Ring 50 aus Polytetrafluoräthylen »geformt« wird, im Gegensatz zu dem Elastomer, welches unter dem Druck »fließt«. Das gesinterte Polytetrafluoräthylen des Ringes 50 wird nicht fließen (obwohl es leicht verformt werden kann). Der hydraulische Druck verformt den Ring 50 in die Zwischenschicht 26 und preßt einen Abschnitt des Ringes 50 in die Nut 40, um die angespritzte oder angeform- te Lippe 20 zu bilden.

Das überflüssige Material des Elastomer und der Zwischenschicht werden durch Zurichten entlang der Linie X-X in der F i g. 2 entfernt Das Elastomer ist gepreßt und gleichzeitig mit diesem wird die Zwischenschicht aus Polytetrafluoräthylen gebildet und mit dem Elastomer verklebt Danach wird die Preßform geöffnet, die Dichtung 16 wird herausgenommen und das Verfahren kann wiederholt werden.

Wie man aus der obigen Beschreibung entnehmen kann, kann die We"endichtung 10 hergestellt werden, in dem man das gleiche, identische Werkzeug, welches verwendet wird, um Dichtungen eines üblichen Typs aus elastomerischem Material herzustellen, benutzt (wie z.B. die Dichtung nach Fig.3, jedoch ohne die Zwischenschicht 26). Die Erfindung kann verwendet werden, um jede Dichtung des Typs herzustellen, welcher eine angeformte oder angepreßte lippe aufweist, gleichgültig, ob die Lippe am Innendurchmesser oder am Außendurchmesser angeordnet ist, oder ob es eine Plattendichtung ist Während die Zwischenschicht 26 aus Polytetrafluoräthylen den Abschnitt des Elastomer abdeckt, der in Fig.2 gezeigt ist, was nicht wesentlich ist, sollte jedoch die Zwischenschicht die angeformte lippe 20 auf jeder axialen Seite der Lippe auf einer Strecke abdecken, die wenigstens ungefähr doppelt so lang ist wie die Dicke des Ringes 50. Die Dicke des Ringes 50, der erfindungsgemäß eingesetzt wird, liegt etwa zwischen 0,25 bis 1,3 mm (0,010 inch und 0,050 inch) und liegt vorzugsweise zwischen 0,3 bis 0,8 mm (0,015 inch und 0,030 inch). Daher sollte die Zwischenschicht 26 dann, wenn der Ring eine Dicke von etwa 0,75 mm (0,030 inch) besitzt, wenigstens 1,5 mm (0,060 inch) auf jeder Seite der Lippe 20 in axialer Richtung verlaufen. Der Ring 50 kann in bekannter Weise behandelt werden, um das Ankleben an das Elastomer zu unterstützen, beispielsweise mittels einer chemischen Anätzung, und wenn es erforderlich oder gewünscht ist, mittels Klebstoff. Wie oben dargestellt, ist die vorliegende Erfindung anwendbar auf jede Form oder Konstruktion einer Wellendichtung, welche eine angeformte oder angepreßte Lippe aufweist, und sie ist nicht begrenzt auf besondere Konstruktionen, wie sie in den F i g. 1 bis 3 gezeigt sind. Beispielsweise ist die Metallschale 12 für die Erfindung nicht erforderlich, noch die hydrodynamischen Pumpelemente 28, obwohl sie auf Wunsch gebildet werden können, in dem man die gleichen Werkzeugrücksprünge 42 benutzt, wie sie zur Herstellung einer gepreßten, elastomerischen Dichtung ohne eine Zwischenschicht aus Polytetrafluoräthylen eingesetzt würden. Die Dicke der erfindungsgemäßen Zwischenschicht 26 ist eng gesteuert und sehr gleichmäßig. Dies ist ein Vorteil insbesondere bei Anwendungen, bei denen hohe Drehzahlen vorkommen und bei denen ein trockener Zustand vorherrscht, bei denen bekannte Dichtungen, die eine Beschichtung aus Polytetrafluoräthylen unterschiedlicher Dicke aufweisen, auf Grund eines Defektes an den dünnsten Stellen der Beschichtung versagen würden. Der Begriff »Zwischenschicht«, wie er hier verwendet wird, bedeutet ein separates, integrales Element, welches mit der elastomerischen Abstützung verklebt ist, im Gegensatz zu einer dünnen, beispielsweise aufgesprühten oder durch Eintauchen aufgebrachten Dichtung. Zusätzlich, wie man ohne weiteres verstehen kann, wird der Begriff »Formen« gemäß der Beschreibung und in den Ansprüchen so definiert, daß man Biegen und Verformen (»Fließen« ausgeschlossen) darunter versteht, wie es bei dem in dieser Erfindung benutzten Ring aus gesintertem Polytetrafluoräthylen der Fall ist, im Gegensatz zum »Fließen« des elastomerischen Vorformlings 52.

Die Erfindung ist im obigen detailliert mit besonderer Bezugnahme zu den bevorzugten Ausgestaltungen beschrieben worden; es ist jedoch selbstverständlich, daß Veränderungen und Modifikationen in dem Schutzumfang der Erfindung liegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 ter Weise unter den Vorformling (52) gelegt wird Patentansprüche: und daß durch den Preßvorgang der Vorformling (52) in die Fonnhöhlung (38) fließt und der Ring (50)

1. Weilendichtung mit einem ringförmigen elasto- in die Nut (40) der Preßeinrichtung zur Bildung einer menschen Körper (14) und einer daran angeformten, 5 lippe (20) mit angeformter Zwischenlage (26) eingewenigstens teilweise mit einer Zwischenlage (26) aus preßt wird.

Polytetrafluorethylen aberzogenen Lippe (20), dadurch gekennzeichnet, daßdieZwischenla-

ge (26) aus gesintertem Polytetrafluorethylen besteht, ein mit dem eiastomerischen Körper (14), ins- 10

besondere der Lippe (20) gleichzeitig geformter und Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung verklebter Körper ist und diesen Körper (14) über entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die wenigstens 1,5 mm auf jeder axialen Seite der ange- Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herformten Lippe (20) überdeckt stellung einer Wellendichtung entsprechend dem Ober-

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 15 begriff des Anspruchs 4.

kennzeichnet, daß eine Vielzahl von hydrodynami- Dichtungen aus Polytetrafluorethylen, die derzeit

sehen Pumpelementen (28) auf einer mit einer Welle hergestellt werden, können überall dort angewandt

in Berührung stehenden Fläche der Zwischenlage werden, wo Dichtungen vorgesehen sein müssen, die

(26) gebildet ist rauhen Betriebsaiifordeningen unterworfen sind. Je-

3. Wellendichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- 20 doch benötigen derartige Dichtungen aus Polytetradurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (26) ei- fluoräthylen zu ihrer Herstellung neue Form- oder ne Dicke von ca. 0,2 mm bis 13 aim, vorzugsweise Spritzwerkzeuge. Einige Vorteile einer Dichtung aus von 0,25 mm bis 13 nun aufweist. Polytetrafluoräthylen werden dadurch erzielt, daß man

4. Verfahren zur Herstellung einer Wellendich- eine Beschichtung aus Polytetrafluoräthylen auf eine tung, bestehend aus einem ringförmigen, elastome- 25 geformte Dichtung aus einem eiastomeren Werkstoff rischen Körper (14) mit einer daran angeformten, aufbringt Es ist beispielsweise aus der US-PS 29 32 535 wenigstens teilweise mit einer Zwischenlage (26) aus ferner bekannt eine geformte oder gespritzte Wellen-Polytetrafiuoräthyien überzogenen Lippe (20), aus- dichtung aus einem eiastomeren Werkstoff zu bilden gehend von einem eiastomeren Vorformling (52) und anschließend das Dichtelement in der Form einer und einem Ring (50) aus Polytetrafluoräthylen, mit- 30 dünnen Schicht aus Polytetrafluoräthylen, beispielsweitels einer zumindest zweiteiligen Preßeinrichtung, se durch Aufsprühen oder durch einen Eintauchvorgang wobei der Vo.-formling (52) und der Ring (50) ge- aufzubringen.

meinsam verformt werden, wobei der Ring (50) zur Ein Verfahren, mit dem in bekannter Weise eine Dich-Bildung der Zwischenlage (26) auf der Lippe (20) des tung aus mehreren Materialien gebildet wird, welche eiastomerischen Körpers (Vs) benutzt wird und wo- 35 eine Innenschicht aus einem weniger teuren Material bei die Formgebung des Vorfornilings (52) und des und einer Zwischenschicht aus Viton oder Teflon aufRinges (50) im wesentlichen gleichzeitig suit dem An- weist, ist in der US-PS 34 93645 beschrieben. Es ist kleben der Zwischenlage (26) an dem elastome- weiterhin bekannt, eine ringförmige Wellendichtung des rischen Körper (14) erfolgen, dadurch gekennzeich- eine zugerichtete Lippe aufweisenden Typs zu bilden, net daß der Ring (50) so in die Fonnhöhlung (38) der « indem eine Standard-Spritz- oder iireßform benutzt Preßeinrichtung eingelegt wird, daß durch den Preß- wird, ein Ring aus Polytetrafluoräthylen in die Preßform Vorgang Abschnitte des Ringes (50) beiderseits einer mit einem Formling aus einem eiastomeren Werkstoff der Formung der Lippe (20) dienenden Nut (40) der auf der Oberseite des Ringes eingelegt wird, so daß Preßeinrichtung an letzterer anliegen und daß wäh- beim Schließen der Preßform der elastomere Werkstoff rend des Preßvorganges der aus gesintertem Polyte- 45 den Ring aus Polytetrafluoräthylen in eine Zwischentrafluoräthyien bestehende Ring (50) durch das ela- schicht verformt Nachdem die gepreßte Dichtung aus stomerische Material des Vorformlings (52) beauf- der Höhlung der Preßform herausgenommen ist wird schlagt und zur Bildung der den Bereich der Nut (40) sie an einer bestimmten Stelle zugerichtet, um eine zuüberdeckenden Zwischenlage (26) verformt wird. gerichtete Lippe an einem vorbestimmten Punkt zu er-

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 50 zeugen. Die Zwischenschicht aus Polytetrafluoräthylen zeichnet daß der Körper (14) mittels der Zwischen- wird daher mit dem gepreßten eiastomeren Werkstoff lage (26) über einen Bereich von wenigstens 13 mm, von dem Berührungspunkt der Dichtlippe axial nach vorzugsweise von wenigstens 1,8 mm auf jeder au3en lediglich in einer Richtung von der Dichtlippe axialen Seite der angeformten Lippe (20) verkleidet weg vorhanden sein.

wird. 55 Ein Verfahren, um Wellendichtungen herzustellen, die

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, gekenn- eine zugerichtete Lippe aufweisen, jedoch ohne eine zeichnet durch ein Anformen hydrodynamischer Zwischenschicht aus Polytetrafluoräthylen ist aus der Pumpelemente (28) auf einer mit einer Welle in Be- US-PS 32 76 115 beschrieben.

rührung stehenden Oberfläche der Zwischenlage Aus der FR-PS 15 08 575 sind eine Wellendichtung

(26)· 60 sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben bekannt,

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen wobei in eine zweiteilige Preßform ein Versteifungsring, Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch die Ver- ein Ring aus Polytetrafluoräthylen und auf diesen ein wendung eines Ringes (50) aus gesintertem Polyte- Kautschukrohling gelegt wird. Während des Zusamtrafluoräthylen, dessen Dicke 0,2 mm bis 13 mm, menpressens der beiden Hälften der Preßform wird vorzugsweise 0,25 mm bis 13 mm beträgt. 65 durch den Druck des fließenden Kautschuks der Polyte-

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen trafluoräthylenring lediglich um eine Kante gebogen, Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der während der Kautschuk den verbleibenden Hohlraum Ring (50) in der Formhöhlung (38) in an sich bekann- der Preßform völlig ausfüllt Nachdem die Formgebung