DE3107113A1 - Dichtungsaufbau - Google Patents
DichtungsaufbauInfo
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- F16F15/1407—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers the rotation being limited with respect to the driving means
- F16F15/1414—Masses driven by elastic elements
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Description
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 zusammenfallendenx/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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- 5 - 7"
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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■"- ——6 -"- —
.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 0f254 =■
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.
130051/0672
Claims (6)
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.
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