DE3107113A1

DE3107113A1 - Dichtungsaufbau

Info

Publication number: DE3107113A1
Application number: DE19813107113
Authority: DE
Inventors: Larry Thomas Greenfield Indiana George
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1981-02-26
Publication date: 1981-12-17
Also published as: GB2072045A; FR2478244A1; FR2478244B1; BR8100150A; JPS56138568A; US4293136A; SE8008105L; GB2072045B; CA1138684A; SE443210B

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Dichtungen und insbesondere auf eine Drehdichtung für den Nasenabschnitt der Nabe eines Torsionsschwingungsdämpfers.

Torsionsschwingungsdämpfer werden in weitem Umfang in Innenverbrennungsmaschinen benutzt. In typischer Weise ist ein solcher Torsionsschwingungsdämpfer an dem vorderen Ende der Kurbelwelle angeordnet, und zwar auf einer mehr oder weniger mit der Verbindungsstelle der Oberseite der ölwanne zusammenfallenden^x/und nahe der Unterseite des Maschinen- bzw. Motorblocks. Die Vorderseite der Kurbelwelle greift durch eine öldichtung, wobei das Ende der Kurbelwelle den Torsionsschwingungsdämpfer trägt. Bei bestimmten Anlagen ist es zweckmäßig/ die Nabe des Torsionsschwingungsdämpfers mit einem sich axial erstreckenden Abschnitt zu versehen, der als ein Nasenabschnitt bezeichnet wird. Dieser Abschnitt erstreckt sich etwas in den Maschinenblockbereich, so daß die in dem Maschinenblock angebrachte Öl-Drehdichtung den Nasenabschnitt berührt, statt die Kurbelwelle zu berühren.

^X/Höhe

Bei einem typischen bekannten Aufbau besteht der Dämpfer aus einer Gußeisennabe und einem Gußeisen-Trägheitsglied, wobei diese Elemente durch ein ringförmiges Elastomerglied verbunden sind. Die Betriebsweise eines solchen Torsionsschwingungsdämpfers ist dem Fachmann geläufig und wird deshalb an dieser Stelle nicht näher erläutert. Bei einem bekannten Aufbau dieser Art war es üblich, die Oberfläche der Naben-Nase durch Bearbeiten ihrer Oberfläche, gewöhnlich aus Gußeisen, bis zu einer Oberflächenrauhigkeit zwischen 0,254 und 0,508 μΐη zu bearbeiten. Bei noch glatteren Oberflächen hat die Dichtung keine Schmierung, so daß sie somit abnutzt. Bei rauheren Oberflächen wurde festgestellt, daß die Elastomerdichtung abschleift oder abgeschnitten wird. Beispielsweise ist in dem SAE Handbuch für 1977 auf der Seite 28.41 unter der Eintragung 'Transmissions¹ die Vorschrift gegeben, daß für die Schaft- bzw. Wellenoberfläche in einem Drehdichtungsaufbau die Oberflächenrauhigkeit 0,254 - 0,508 μΐη (10 bis 10 Mikrozoll) betragen sollte. Die Publikation 'Oil Seals',

Sec. R/ Ausgabe 1964, veröffentlicht von Chicago Rawhide Manufacturing Company, enthält auf Seite S6 die Feststellung, daß die Oberflächenbearbeitung der Welle im Bereich des Dichtungskontakts vorzugsweise 10 bis 20 RMS betragen sollte, wobei die untere Grenze für hohe Drehzahlen bevorzugt ist. In "Bearing Technical Journal¹, veröffentlicht von FMC, ist in Kapitel 6 unter dem Titel 'Sealing' die Feststellung enthalten, daß für eine wirksame Anwendung von Lippen-Kontaktdichtungen die Wellenoberflächenbearbeitung 10 bis 20 AA betragen sollte. In 'Machine Design¹, Juni 30, 1977, Seite 264, erscheint bei der Abhandlung von radialen Lippendichtungen (eine Drehwellendichtung) die Feststellung, daß die Welle für eine solche Dichtung eine Oberflächenbearbeitung von 0,254 bis 0,508 pm (10 bis 20 Mikrozoll) haben sollte.

Im Zusammenhang mit dem heutigen Bedarf nach größeren Kraftstoffwirkungsgraden von angetriebenen Fahrzeugen verwenden die Designer für viele Maschinenkomponenten immer dann leichtere Materalien, wie Aluminium, wenn dieses möglich ist. Aluminium ist jedoch im Vergleich zu Gußeisen ein relativ weiches Material und würde für eine bloße direkte Materialsubstitution für Gußeisen in der Nabe eines Torsionsschwingungsdämpfers ungeeignet sein. Die Elastomer- oder andersartige Dichtungslippe, die vielfach unter Federkompression steht, würde eine übermäßige Abnutzung an der relativ weichen Aluminium-Nase der Dämpfer-Nabe begründen.

Ein Prinzip zum Erzielen der Vorteile einer aus einem gewichtsleichteren Material, wie Aluminium, geformten Dämpfer-Nabe bei gleichzeitiger Überwindung des Abnutzungsproblems bestand darin, die Nase der Nabe mit einer Hülse aus Stahl oder einem anderen harten Metall zu versehen. Die Hülse wird mit einer Oberflächenrauhigkeit entsprechend den bekannten Lehren vorbereitet, und die Dichtung liegt an der Hülse an. Während das Abnutzungsproblem der Naben-Nase überwunden wird, erfordert diese Lösung ein separates Herstellen und Oberflächenbearbeiten einer Metallhülse wie auch den zusätzlichen Herstellungsschritt des Befestigens und Ausrichtens der Hülse an der Naben-Nase.

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Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt/ daß Aluminium mit seinem wünschenswert kleineren Gewicht als Konstruktionsmaterial für die Nabe eines Torsions Schwingungsdämpfers für Gußeisen substituiert werden kann, vorausgesetzt, daß die Oberfläche des Aluminiums in geeigneter Weise beschichtet bzw. überzogen wird, um ihre Härte (Abnutzungsbeständigkeit) zu vergrößern. Eine solche Substitution von oberflächenbeschichtetem Aluminium für Gußeisen ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß die Oberflächenrauhigkeit des beschichteten Aluminiums entsprechend dem angewendeten Oberflächenbeschichtungsverfahren (noch zu beschreiben) im Bereich von 1,52 bis 1,78 μπι (60 bis 70 Mikrozoll) liegt. Eine solche Oberflächenrauhigkeit ist weitgehend größer als der Bereich von 0,254 bis 0,508 um (10 bis 20 Mikrozoll), der von Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik für erforderlich gehalten wird. Deshalb sieht es anfänglich so aus, als ob die Substitution einer derartigen beschichteten Aluminiumoberfläche für Gußeisen nicht durchgeführt werden kann, und zwar wegen dieser vergrößerten Oberflächenrauhigkeit. Es wurde in unerwarteter Weise festgestellt bzw. beobachtet, daß diese rauhere Oberfläche der Naben-Nase die Elastomerdichtung nicht beeinträchtigt.

Ein anderer Vorteil gemäß der Praxis der vorliegenden Erfindung bezieht sich auch auf die Substitution von Aluminium als das Material für die Nabe eines sonst herkömmlichen Torsionsschwingungsdämpfers dieser Art. Frühere Versuche zum Verwenden von Aluminium für die Nabe führten zu der Ausbildung einer Schicht aus Aluminiumoxid an der Grenzfläche zwischen dem radial inneren Abschnitt des Elastomers des Dämpfers und dem radial äußeren Abschnitt der Nabe. Es dürfte folgender Mechanismus der Ausbildung von Aluminiumoxid vorliegen. Aufgrund der Wirkung von Feuchtigkeit in der Luft oder aufgrund des Vorhandenseins von Wasser infolge von Regen oder einer Fahrzeugwaschvorrichtung wie auch aufgrund von Salzwasser, das beim tiberqueren bzw. überfahren von mit Salz behandelten Straßen während Eis- und Schneeperioden hochspritzt, bildet sich anfänglich Aluminiumoxid an beiden axialen Flächen bzw. Stirnseiten des Dämpfers an der Grenzfläche zwischen dem Elastomer und der Nabe. Nach dem Ausbilden einer rela-

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.tiv kleinen Menge an Aluminiumoxid setzt sich dieser Vorgang fort. Die Ausbildung von Aluminiumoxid schreitet in Richtung zu dem Zentrum des Dämpfers axial vorwärts/ bis schließlich der größte, wenn nicht sogar der gesamte Teil der radial äußeren Oberfläche des Aluminium-Dämpfers mit Aluminiumoxid beschichtet ist. Es ist bekannt/ daß Aluminiumoxid-Partikel extrem hart sind. Aluminiumoxid wird vielfach beispielsweise als ein Schleifmittel benutzt/ wie bei Schleiftüchern und Schleifpapieren zum Polieren. Nun ist es bekannt, daß in einem Torsionsschwingungsdämpfer dieser Art das Elastomer infolge von Trägheitskräften einem Biegen unterworfen wird. Es besteht somit eine Neigung für eine relative Drehbewegung zwischen der Nabe und dem Elastomerglied. Wenn sich Aluminiumoxid-Partikel an der Grenzfläche dieser beiden Glieder befinden, führt der Vorgang notwendigerweise zu einer Schleifwirkung. Die innere Oberfläche des Elastomerrings wird somit durch den Reibvorgang der harten Aluminiumoxid-Partikel beeinträchtigt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde jedoch festgestellt, daß durch Beschichten der Oberfläche der Nabe an der Stelle, wo sie das Elastomer berührt/ das Ausbilden von Aluminiumoxid verhindert wird. Somit hat ein Dämpfer mit einer erfindungsgemäß behandelten Aluminiumnabe eine längere Elastomer-Lebensdauer.

Ein dritter Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht auf dem Schutz aller freiliegender Oberflächen der Aluminiumnabe gegenüber der Umgebung durch die Beschichtung bzw. den Überzug. Hierdurch werden ein Abnutzen und anderes Beeinträchtigen der Nabenoberfläche vermieden. In der Praxis wurde festgestellt, daß es zweckmäßiger ist, die gesamte Oberfläche der Aluminiumnabe zu beschichten, als nur Abschnitte dieser Oberfläche mit einem Überzug zu versehen. Somit hat die vorliegende Erfindung insbesondere drei Vorteile, nämlich einen Schutz der gesamten Oberfläche der Nabe, eine Verhinderung des Ausbildens von Aluminiumoxid an der Grenzfläche zwischen dem Elastomer und der Aluminiumnabe und eine fehlende bzw. nicht vorhandene Beeinträchtigung der Wellen-Gummidichtung durch die (anodisierte Feststoff-Schmiermittel) beschichtete bzw. überzogene Oberfläche, die eine Rauhigkeit hat, welche die von Dichtungsherstellern empfohlene übersteigt. - 7 -

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In der Zeichnung bezeichnet die Bezugszahl 10 allgemein einen Torsionsschwingungsdämpfer, der einen im wesentlichen herkömmlichen Aufbau hat und dessen Naben-Nase mit einer Beschichtung bzw. einem überzug nach der vorliegenden Erfindung versehen ist. Ein Trägheitsring 12, gewöhnlich aus Gußeisen, ist mit seinem inneren Umfang an dem äußeren Umfang eines Elastomerbandes oder -rings 14 befestigt. Der innere Umfang dieses Elastomerrings 14 berührt den äußeren Umfang eines Nabengliedes 16. Das Nabenglied wird gewöhnlich aus Gußeisen gebildet, während es jedoch erfindungsgemäß aus dem leichteren Metall Aluminium geformt ist. Herkömmliche öffnungen 18 in einer Stirnseite des Nabengliedes dienen zum Befestigen von Zubehör-Antriebsrollen. Ein sich axial erstreckender Vorsprung 20 des Nabengliedes 16 endet in einem Nasenabschnitt 22. Die Bezugszähl 26 bezeichnet in schematischer Weise eine Innenverbrennungsmaschine, während die Bezugszahl 28 eine mit der dargestellten öffnung versehene Frontabdeckung für die Maschine bezeichnet. Ein Steuerungszahnrad (timing gear) 30 ist an einem mit reduziertem Durchmesser ausgebildeten Abschnitt 34 einer Kurbelwelle 32 der Maschine angebracht. Mit 36 ist einer von zwei Keilen bezeichnet, die in einer Keilnut 37 der Naben-Verlängerung bzw. des Naben-Vorsprungs 20 angeordnet sind und zum drehfesten Verbinden der Kurbelwelle mit dem Torsionsschwingungsdämpfer 10 dienen. Eine Unterlegscheibe 40 liegt mit ihrer einen Stirnseite an einem Abschnitt verminderten Durchmessers in einem zentralen Hohlraum des Nabengliedes 16 an, wobei eine Schraube 42 durch die Unterlegscheibe 40 in eine Gewindevertiefung 38 im Abschnitt 34 der Kurbelwelle 32 eingreift. Die Bezugszahl 50 bezeichnet eine herkömmliche Dichtung, die gemäß Darstellung von einem ringförmigen Elastomer-Dichtungsglied 52 bestimmt ist, welches von einem ringförmigen Federglied zusammengepreßt und in einer Buchse angebracht ist. Die Dichtung befindet sich mit der ringförmigen Oberfläche des Nasenabschnitts 22 in Eingriff, wobei das Dichtungsglied 52 an dem Schaftabschnitt der Nase bzw. des Vorsprungs 20 radial einwärts federnd anliegt.

Gemäß der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung wird das Nabenglied 16 aus Aluminium geformt, das in einer spe-

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zifischen Weise beschichtet wird. Wie es zuvor ermähnt wurde, ist Aluminium ein relativ weiches Metall, das an sieh ohne wei=- tere Maßnahme als Konstruktionsmaterial für das Nabenglied Ί6 unzweckmäßig wäre. Der Nasenabschnitt 22 würde infolge des ^.eib=· köntakts seiner äußeren Oberfläche mit dem Elastomer-Diehtungs=· glied 52 der Dichtung 50 durch Abnutzung deformiert werden. Nach der vorliegenden Erfindung wird auf dem Nabenglied eine Besshich= tung bzw. ein überzug 54 angebracht. Die Beschichtung wird durch Anodisieren von festen Schmier stoff-Partikeln, wie Teflon-Parti=· kein, auf dem Nabenglied 16 hergestellt. Die Oberfl§.shenrauhigr keit des Überzuges 54 liegt im Bereich von 1,52 =■ 1^78 ^m [§Q 70 Mikrozoll), einem Bereich, der durch Versuche bestimmt wurde.

Im Unterschied zu den Warnungen der Dichtungsfaehleute, wig sie durch die früheren Feststellungen bezüglich der OberfläsheMau=- higkeit von in Verbindung mit Drehdichtungen zu ^§nutzead§n WeI=- len veranschaulicht wurden, begründet somit der g^§rfliehen=- überzug 54 keinerlei Verschlechterung oder Verletzung des Elastomer-Dichtungsgliedes 52 der Dichtung 50, und zwar trg>fez der Oberflächenrauhigkeit von 1,52 - 1,78 μια (60 = fQ Mikrozoll) , einer Rauhigkeit jenseits des empfohlenen Berei§h§s yen 0_f254 =■ 0,508 μΐη (10 - 20 Mikrozoll).

Das Nabenglied 16 ist durch Nimet Industries, Ine._f South Bend, Indiana und West Springfield, Massachusetts, beschichtet. Der überzug ist eine imprägnierte bzw. getränkte, anpdisierte Teflon (Polytetrafluoräthylen)-Beschichtung. Das Besehiehtungsverfahren stellt jedoch keinen kritischen bzw. wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung dar. Es können auch andere Besehichtungsverrfahren angewendet werden, wie das in den US-Patenten 3 567 597 und 3 808 111 erläuterte Verfahren. Diese Patentschriften beschreiben Beschichtungen bzw. Überzüge und Verfahren zum Auf=· bringen einer Beschichtung mit eingearbeitetem Teflon.

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Claims

G 52 520 -su ""*" WALLACE MURRAY CORPORATION, 299 Park Avenue, New York, N.Y. 10017 (USA) Dichtungsaufbau Patentansprüche

1. Dichtungsaufbau für eine Drehnaben-Nasendichtung für die Nase der Nabe eines Torsionsschwingungsdämpfers mit einem äußeren Trägheitsring, einem radial mittleren Elastomerglied und einem inneren Nabenglied, wobei die Dichtung eine Elastomer-Dichtungslippe mit einem Abschnitt enthält, der die Naben-Nase an einem axialen Teil derselben umgibt und sich hiermit in Oberflächeneingriff befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (16) aus Aluminium geformt ist, daß die Naben-Nase (22) eine anodisierte Feststoff-Schmiermittel-Beschichtung (54) zumindest an ihrer Oberfläche des Kontakts mit der Elastomer-Dichtungslippe (52) hat und daß die beschichtete Naben-Nase (22) eine Oberflächenrauhigkeit im Bereich von 1,52-1,78 μΐη (60-70 Mikrozoll) hat, wobei die Drehdichtung zwischen der Elastomer-Dichtungslippe (52) und der sich drehenden Naben-Nase (22) in einer äquivalenten Weise zu einem herkömmlichen drehbaren Naben-Nasen-Aufbau arbeitet, bei dem die Nabe aus Gußeisen geformt ist und eine Rauhigkeit der unbeschichteten Oberfläche im Bereich von 0,252-0,508 μπι (10-20 Mikrozoll) hat.

2. Dichtungsaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoff-Schmiermittelpartikel aus einem Fluorkarbon-Polymer bestehen.

3. Dichtungsaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe'ststoff-Schmiermittelpartikel aus Poly te traf luoräthylen bestehen.

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4. Torsionsschwingungsäampfer mit einem äußeren Trägheitsring, einem radial mittleren Elastomerglied und einem inneren Na-.benglied, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (16) aus Aluminium geformt ist und eine anodisierte Beschichtung bzw. einen entsprechenden überzug (54) aus einem Feststoff-Schmiermittel zumindest an der radial äußeren Nabenoberfläche hat, wobei diese Oberfläche das Elastomer (14) berührt, um hiermit eine Grenzfläche zu bilden, wodurch die Beschichtung bzw. der

■ überzug (54) an der Grenzfläche das Ausbilden von Aluminiumoxid verhindert, welches bei Vorhandensein das Elastomer (14) an der Grenzfläche beeinträchtigt.

5. Dichtungsaufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoff-Schmiermittelpartikel aus einem Fluorkarbon-Polymer bestehen.

6. Dichtungsaufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoff-Schmiermittelpartikel aus Polytetrafluorethylen bestehen.