DE3529774A1

DE3529774A1 - Sealing element

Info

Publication number: DE3529774A1
Application number: DE19853529774
Authority: DE
Inventors: Hans Uwe Bender
Original assignee: Peter BTR Gummiwerke AG
Current assignee: Peter BTR Gummiwerke AG
Priority date: 1985-08-20
Filing date: 1985-08-20
Publication date: 1987-02-26

Abstract

The invention relates to a sealing element in the form of a plate, strip, ring or similar shaped article, based on plastic materials or elastomeric materials, and is characterised in that it contains incorporated fibres which lie essentially perpendicular to its sealing surface and whose fibre tips are exposed on the sealing surface of plastic or elastomeric material. In this way, the coefficient of friction is kept uniformly low in spite of surface wear. The invention also relates to a process for the manufacture of such a sealing element, the plastic or elastomeric material containing the fibres being subjected in a flowable form to a shear stress, tensile stress and/or compressive stress for orienting the fibres, for example in the form of calendering, extrusion, brushing and/or injection-moulding. Subsequently, the fibre tips are exposed.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dichtelement in Form einer Platte, eines Streifens, eines Ringes od. dgl. Formkörpers auf der Basis von Kunststoff- oder Elastomerwerkstoffen.The invention relates to a sealing element in the form of a Plate, a strip, a ring or the like. Shaped body the basis of plastic or elastomer materials.

Derartige Dichtelemente sind bekannt. Sie finden in der Technik breite Anwendung. Da sie häufig an zueinander zu bewegenden Teilen, man denke nur an einen Tankdeckel, Öltankverschluß od. dgl., angeordnet sind, sollen sie einen niedrigen Oberflächenreibwert haben. Bisher versucht man dies durch Auftrag von Schmierstoffen auf die aneinanderliegenden Dichtflächen zu erreichen. Zu diesem Zweck werden die Kunststoff- oder Elastomerwerkstoffe beispielsweise mit Silikonölen oder -fetten, Mineralölen oder -fetten, Talkum, Graphit, Glimmer oder Molybdändisulfid eingestrichen. Auch bringt man zum Teil gleitfähige Lacke, z. B. auf Polyurethanbasis, oder eine gleitfähige Folie, z. B. eine Teflonfolie auf. Ferner sind chemische Verfahren bekannt, die Oberfläche gleitfähig zu gestalten. Hierbei werden die Kunststoff- oder Elastomerwerkstoffe durch Einwirken von Chlor oder durch Oxidation an der Oberfläche gleitfähig gemacht. Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß aufgrund der zwangsläufigen Abnutzung der Oberfläche durch natürlichen Verschleiß im Dichtflächenbereich die den Oberflächenreibwert verbessernde Oberflächenschicht von wenigen My oder Zehntel-Millimeter und damit auch der günstige Oberflächenreibwert verlorengeht. Eine weitere Funktionsbeeinträchtigung herkömmlicher Dichtelemente mit geringem Reibungsbeiwert ergibt sich bei chemischer Beanspruchung, beispielsweise durch den Angriff von chemischen Mitteln, welche die das Gleiten begünstigende Oberfläche beeinträchtigen, z. B. auf der Dichtfläche haftende Schmiermittel abtragen. Eine solche Beeinträchtigung findet man häufig in der Technik, z. B. beim Reinigen des Dichtelementes mit Lösungsmitteln, Fettlösern oder Dampf, was beim Kraftfahrzeug beispielsweise während der Motorwäsche oder der Unterbodenwäsche erfolgen kann.Such sealing elements are known. You can find in technology wide application. Because they often move towards each other Share, just think of a fuel cap, oil tank cap od. Like. Are arranged, they should have a low surface friction to have. So far, this has been tried by order of lubricants towards the adjacent sealing surfaces to reach. For this purpose, the plastic or elastomer materials for example with silicone oils or greases, Mineral oils or fats, talc, graphite, mica or molybdenum disulfide painted. You also bring some slippery ones Paints, e.g. B. based on polyurethane, or a lubricious Foil, e.g. B. on a Teflon film. There are also chemical processes known to make the surface slippery. Here the plastic or elastomer materials Exposure to chlorine or surface oxidation made slippery. All of these methods have the disadvantage that due to the inevitable wear of the surface natural wear in the sealing surface area which affects the surface friction improving surface layer of a few My or tenths of a millimeter and thus also the favorable surface friction get lost. Another functional impairment conventional sealing elements with a low coefficient of friction results from chemical stress, for example through the attack of chemical agents that the Sliding favoring surface affect z. B. on the Remove the lubricant adhering to the sealing surface. Such Impairment is often found in technology, e.g. B. at Clean the sealing element with solvents, grease solvents or steam, which in the motor vehicle, for example, during the Engine wash or the underbody wash can be done.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dichtelement der eingangs genannten Art zu schaffen, welches über hohe Benutzungsdauern eine gleichmäßig gute Gleitfähigkeit hat.The object of the present invention is a sealing element to create the type mentioned above, which over long periods of use has an evenly good lubricity.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Kunststoff- oder Elastomerwerkstoff Fasern eingelagert enthält, welche im wesentlichen senkrecht zu der Dichtfläche liegen und deren Faserspitzen an der Dichtfläche von Kunststoff- oder Elastomerwerkstoff freiliegen. In diesem Zusammenhang bedeutet "im wesentlichen senkrecht" unter einem Winkel zwischen 3 und 90°, also eine nicht zu vernachlässigenden senkrechten Komponenten bezüglich der Dichtfläche. Ein nicht zu vernachlässigender Teil der Dichtfläche des Dichtelementes, welcher an einer abzudichtenden Gegenfläche anliegt, wird daher von den Faserspitzen gebildet. Der Reibungsbeiwert zwischen dem Dichtelement und der Anlagefläche wird aufgrund dessen bei Relativbewegungen um ein Vielfaches reduziert. This task is essentially solved in that the Contains plastic or elastomeric material fibers, which is substantially perpendicular to the sealing surface lie and their fiber tips on the sealing surface of plastic or elastomer material are exposed. In this context means "substantially vertical" at an angle between 3 and 90 °, which is not to be neglected vertical components with respect to the sealing surface. A not negligible part of the sealing surface of the sealing element, which rests on a counter surface to be sealed therefore formed by the tips of the fibers. The coefficient of friction between the sealing element and the contact surface is due which is reduced many times over for relative movements.

Der Reibungsbeiwert eines elastomeren Dichtstoffes beträgt in Berührung mit einer geschliffenen Stahloberfläche beispielsweise 0,9, bei dem erfindungsgemäßen Dichtelement mit Fasern beispielsweise lediglich 0,3. Der günstige Reibungsbeiwert bleibt auch dann erhalten, wenn die Dichtfläche des Dichtelementes durch chemische oder physikalische Beanspruchung verändert wird. Solche Veränderungen der Oberfläche können in einem Verschleiß, Abrieb, Alterung od. dgl. bestehen. Alle diese Beanspruchungen haben wegen der im wesentlichen senkrechten Komponente der Fasern bezüglich der Dichtfläche keine Auswirkung auf die Anzahl der an der Dichtfläche freiliegenden Faserspitzen, so daß auch keine Änderung des Reibungsbeiwertes auftreten kann. Hierdurch wird ein erheblicher Vorteil des erfundenen Dichtelementes gegenüber bekannten erzielt. So wurde beispielsweise ein erfindungsgemäßes Dichtelement aus Elastomerwerkstoff mit eingelagerten Polyamid-Fasern, deren Faserspitzen an der Dichtfläche freilagen, einer achttägigen Lagerung in FAM-Kraftstoff unterworfen. Der Reibungsbeiwert betrug gegenüber einer geschlossenen Stahloberfläche zunächst 0,3, nach der achttägigen Lagerung erhöhte sich diese auf lediglich 0,4. Zum Vergleich erhöhte sich der Reibungsbeiwert eines Dichtelementes aus gleichem Elastomerwerkstoff, dessen Oberfläche mit herkömmlichen Mitteln bis auf einen Reibungsbeiwert von 0,3 gleitfähig gemacht wurde, bei einer achttägigen Lagerung im FAM-Kraftstoff auf 0,8 bis 0,9.The coefficient of friction of an elastomeric sealant is in Contact with a ground steel surface, for example 0.9, in the sealing element according to the invention with fibers for example only 0.3. The favorable coefficient of friction remains even if the sealing surface of the sealing element due to chemical or physical stress is changed. Such changes in the surface can result in wear, abrasion, aging or the like. All these strains have because of the substantially vertical Component of the fibers with respect to the sealing surface none Effect on the number of exposed on the sealing surface Fiber tips, so that no change in the coefficient of friction can occur. This creates a significant advantage of the invented Sealing element achieved compared to known. So it was for example a sealing element according to the invention made of elastomer material with embedded polyamide fibers, whose fiber tips Expose on the sealing surface, an eight-day storage subjected to FAM fuel. The coefficient of friction was compared to a closed steel surface, initially 0.3, after eight days of storage, this increased to only 0.4. For comparison, the coefficient of friction of one increased Sealing element made of the same elastomer material, its surface with conventional means except for a coefficient of friction of 0.3 was lubricated with an eight-day storage in the FAM fuel to 0.8 to 0.9.

Kunststoff- oder Elastomerwerkstoffe mit eingelagerten Fasern sind an sich bekannt. Die Fasern liegen üblicherweise unorientiert und dienen dem Zweck, ein Einreißen oder Weiterreißen in einer bestimmten Richtung zu verhindern. Derartige faserverstärkte Werkstoffe zeichnen sich durch gute Kerbfestigkeit und weite Reißfestigkeit aus. In Kunststoff- oder Elastomerwerkstoffe wurden auch bereits Fasern in orientierter Form eingelagert (vgl. DE 21 38 632 C2), wobei mit der Richtungsorientierung eine Versteifung erreicht werden sollte, was beispielsweise für Luftreifen, Fördergurte, technische Schläuche oder Verbundkörper von Interesse ist, wobei durch die orientierten Fasern Gewebe- oder Kordverstärkungseinlagen aus Kunstseide, Polyester, Polyamid, Glas oder auch Metall ersetzt werden sollen.Plastic or elastomer materials with embedded fibers are known per se. The fibers are usually unoriented and serve the purpose of tearing or tearing in to prevent a certain direction. Such fiber reinforced Materials are characterized by good notch resistance and wide tensile strength. In plastic or elastomer materials fibers have already been stored in an oriented form (cf. DE 21 38 632 C2), with the directional orientation stiffening should be achieved, for example for pneumatic tires, conveyor belts, technical hoses or composite body of interest, being by the oriented Fibers made of fabric or cord reinforcement Artificial silk, polyester, polyamide, glass or metal replaced should be.

Die Fasern haben nach der Erfindung vorzugsweise eine Länge von mehr als 0,05 mm, so daß deren Orientierung leicht erreicht werden kann.According to the invention, the fibers preferably have a length of more than 0.05 mm, so that their orientation is easily achieved can be.

Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß die Fasern vorzugsweise eine Länge von weniger als 20 mm haben, um die gewünschte Orientierung im wesentlichen senkrecht zur Dichtfläche mit wirtschaftlichen Herstellungsverfahren zu erreichen.Another feature of the invention is that the fibers preferably have a length of less than 20 mm around the desired orientation essentially perpendicular to the sealing surface to achieve with economical manufacturing processes.

Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Fasern eine Stärke zwischen 0,01 und 0,5 mm haben.With the invention it is proposed that the fibers a Thickness between 0.01 and 0.5 mm.

Die Faserspitzen sollten, um den gewünschten Gleiteffekt zu erzielen, einen prozentualen Anteil der Dichtfläche von mindestens etwa 3% ausmachen, vorzugsweise liegt dieser Prozentsatz zwischen etwa 5 und 20% und sollte 60% nicht wesentlich überschreiten.The fiber tips should be in order to achieve the desired sliding effect achieve a percentage of the sealing surface of at least about 3%, preferably this percentage between about 5 and 20% and should not be 60% essential exceed.

Als Fasern können Natur-, Kunstseide-, Stoff-, Glas-, Graphit- oder Metall-Fasern Einsatz finden, wobei die Kunststoff-Fasern vorzugsweise aus Polyamid, Polyester, Polyaramid od. dgl. bestehen. Natural, artificial silk, fabric, glass, graphite, or metal fibers are used, the plastic fibers preferably made of polyamide, polyester, polyaramide or the like.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtelementes der zuvor erörterten Art, wobei dieses Verfahren mit möglichst wenigen Verfahrensschritten bei geringem Anlagenaufwand und sicherem Ergebnis ausgeführt werden können soll.The invention also relates to a method of manufacture a sealing element of the type previously discussed, wherein this process with as few process steps as possible low investment and reliable result should be able to.

Mit der Erfindung geschieht dies im wesentlichen dadurch, daß man den die Fasern enthaltenden Kunststoff- oder Elastomerwerkstoff in flüssiger Form einer Scher-, Zug-, und/oder Druckbeanspruchungen zur Orientierung der Fasern aussetzt und dann verfestigt.With the invention, this essentially happens in that one the plastic or elastomer material containing the fibers in liquid form a shear, pull, and / or Exposes pressure loads for orientation of the fibers and then solidified.

Die erwünschten Scher-, Zug- und/oder Druckbeanspruchung kann man vorzugsweise durch Kalandrieren, Extrudieren, Streichen und/oder Spritzgießen erreichen, worauf die Verfestigung erfolgt.The desired shear, tensile and / or compressive stress can one preferably by calendering, extruding, brushing and / or injection molding, whereupon the solidification he follows.

Verwendet man einen thermoplastischen Kunststoff- oder Elastomerwerkstoff, so kann dieser durch Erwärmen in die fließfähige Form gebracht werden, während durch das anschließende Abkühlen die Festlegung der Fasern in der vorgegebenen Matrix erfolgt.If you use a thermoplastic or elastomer material, this can be done by heating it in the flowable Be brought in shape by the subsequent cooling the fibers are defined in the given matrix.

Man kann auch einen Kunststoff- oder Elastomerwerkstoff einsetzen, welcher aus der fließfähigen Form durch Wärmebehandlung, energiereiche Strahlung und/oder chemische Reaktion zur Festlegung der Fasern in der gewünschten Orientierung verfestigbar bzw. vernetzbar ist.You can also use a plastic or elastomer material which from the flowable form by heat treatment, high energy radiation and / or chemical reaction to The fibers can be fixed in the desired orientation or can be networked.

Vorzugsweise verwendet man vulkanisierbare Elastomerwerkstoffe.Vulcanizable elastomer materials are preferably used.

An das Kalandrieren, Extrudieren, Streichen und/oder Spritzgießen und Aushärten schließt sich ein weiterer Verfahrensschritt zur Freilegung der Faserspitzen an, was vorzugsweise durch Schneiden, Spalten, Stanzen, Sägen, Schleifen od. dgl. Verfahrensschritte im wesentlichen senkrecht zur Hauptorientierungsrichtung der Fasern erfolgt.Calendering, extruding, brushing and / or injection molding and curing is followed by another process step to expose the fiber tips, which is preferable by cutting, splitting, punching, sawing, grinding or the like. Process steps essentially perpendicular to the main direction of orientation of fibers.

Die Zeichnung veranschaulicht ein als Dichtring ausgebildetes Dichtelement 1 nach der Erfindung, dessen Dichtfläche 2 freiliegende Faserspitzen 3 von in dem Dichtelement 1 im wesentlichen senkrecht zur Dichtfläche 2, d. h. in einem Winkelbereich zwischen 3 und 90° zur Dichtfläche 2 verlaufenden Fasern aufweist. Die Faserspitzen 3 können bei einem solchen ringförmigen Dichtelement 1 selbstverständlich beidseitig, also an der in der zeichnerischen Darstellung oben liegenden Dichtfläche 2 als auch an der dem Betrachter abgewandten und daher nicht sichtbaren Dichtfläche liegen, so daß die Vorteile der Erfindung bei dem Dichtelement 1 beidseitig zur Geltung kommen, wenn dies erwünscht ist. Es kann aber auch sein, daß ein solches Dichtelement 1 mit seiner einen Fläche möglichst festliegen, also einen hohen Reibungsbeiwert haben soll, während es auf der anderen Seite einen niedrigen Reibungsbeiwert haben soll. Auch diese Variante ist mit der Erfindung ohne weiteres zu verwirklichen.The drawing illustrates a sealing element 1 designed as a sealing ring according to the invention, the sealing surface 2 of which has exposed fiber tips 3 of fibers running in the sealing element 1 essentially perpendicular to the sealing surface 2 , ie in an angular range between 3 and 90 ° to the sealing surface 2 . In such a ring-shaped sealing element 1, the fiber tips 3 can of course be on both sides, that is to say on the sealing surface 2 lying at the top in the drawing and also on the sealing surface facing away from the viewer and therefore not visible, so that the advantages of the invention in the sealing element 1 are on both sides Apply if this is desired. However, it may also be the case that such a sealing element 1 is as fixed as possible with its one surface, that is to say it should have a high coefficient of friction, while on the other hand it should have a low coefficient of friction. This variant can also be easily implemented with the invention.

Reference symbol list: 1 sealing element
2 sealing surface
3 fiber tips

Claims

1. Sealing element in the form of a plate, a strip, a ring or the like. Shaped body on the basis of plastic or elastomer materials, characterized in that it contains fibers which are essentially perpendicular to its sealing surface ( 2 ) and the fiber tips ( 3 ) lie on the sealing surface ( 2 ) and their fiber tips ( 3 ) are exposed on the sealing surface ( 2 ) of plastic or elastomer material.

2. Sealing element according to claim 1, characterized in that the fibers have a length of more than 0.05 mm.

3. Sealing element according to claim 1 or 2, characterized in that that the fibers have a length of less than 20 mm.

4. Sealing element according to claims 1 to 3, characterized in that the fibers have a thickness between 0.001 and 0.5 mm to have.

5. Sealing element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fiber tips ( 3 ) make up a percentage of the sealing surface ( 2 ) of at least about 3%.

6. Sealing element according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the fibers are natural, rayon, glass, Are graphite or metal fibers.

7. Process for producing a sealing element according to a of claims 1 to 6, characterized in that the Plastic or elastomer material containing fibers in flowable form of shear, tensile and / or compressive stress exposed to the orientation of the fibers and then solidified.

8. The method according to claim 7, characterized in that one the plastic or elastomer material containing the fibers in flowable form, calendered, extruded, coated and / or injection molding.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that you have a thermoplastic or elastomer material used.

10. The method according to claim 7 or 8, characterized in that you use a plastic or elastomer material, which by heat treatment, high-energy radiation and / or chemical reaction can be manufactured or crosslinked.

11. The method according to claim 7 or 8, characterized in that that one uses a vulcanizable elastomer material.

12. The method according to any one of claims 7 to 11, characterized in that the fiber tips by cutting, splitting, Stamping, sawing, grinding or the like. Essentially vertically exposed to the main orientation direction of the fibers.