DE3623008A1 - Sealing ring - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring, insbesondere aus einem Fluorkunststoff dem ein zweiter Ring für die Rückstell kraft zugeordnet ist.The invention relates to a sealing ring, in particular from a fluoroplastic which is a second ring for the reset is assigned force.
Derartige Dichtungsringe werden insbesondere für die Abdichtung von Dreh- oder Hubbewegungen an Wellen oder Stangen bzw. Kolben eingesetzt. Sie können aber auch ebenso als Dichtung für eine statische Abdichtung verwendet werden.Such sealing rings are used in particular for sealing of rotary or lifting movements on shafts or rods or pistons used. But you can also use it as a seal for a static sealing can be used.
Die Dichtungsringe aus Fluorkunststoff haben u.a. den Vorteil der guten Gleiteigenschaft und der hohen chemischen Beständig keit. Sie besitzen jedoch keine bzw. kaum eine Rückstellkraft, daher wird diesen Dichtungsringen meist ein zweiter, elastischer Ring zugeordnet. Dieser elastische Ring besitzt jedoch in der Regel nicht die hohe chemische Beständigkeit und Temperaturbe ständigkeit wie der Dichtungsring aus Fluorkunststoff. Der Ein satz derartiger Dichtungsringe in der chemischen Industrie ist daher nur im eingeschränkten Umfang möglich. So weit Dichtungs ringe, insbesondere solche für dynamische Beanspruchung, aus Fluorkunststoff wie z.B. Polytetrafluoräthylen bestehen und in der Chemie zum Einsatz kommen, sind sie meist in Lippenform aus gebildet, damit der Betriebsdruck die mangelnde Rückstellkraft ausgleicht. Ein zusätzlicher elastischer Ring ist dann nicht er forderlich. Lippendichtungen sind jedoch empfindlich gegen Be schädigungen und bilden auch Hohlräume bzw. Hinterschneidungen in denen sich Produktrückstände ablagern können. Dies ist ins besondere in der Lebensmittelindustrie und pharmazeutischen In dustrie nicht erwünscht.The sealing rings made of fluoroplastic have i.a. the advantage good sliding properties and high chemical resistance speed. However, they have little or no restoring force, therefore this sealing ring is usually a second, more elastic Ring assigned. However, this elastic ring has in the Do not usually the high chemical resistance and temperature Durability like the sealing ring made of fluoroplastic. The one Set of such sealing rings in the chemical industry therefore only possible to a limited extent. So far sealing rings, especially those for dynamic use Fluoroplastic such as Polytetrafluoräthylen exist and in used in chemistry, they are mostly made in lip shape formed so that the operating pressure the lack of restoring force compensates. An additional elastic ring is then not him conducive. However, lip seals are sensitive to Be damage and also form cavities or undercuts in which product residues can accumulate. This is ins particular in the food and pharmaceutical industries industry not wanted.
Es sind auch Dichtungen aus Reingraphit bekannt, die z.B. eine Beschichtung aus einem Fluorkunststoff aufweisen. Diese Beschicht ung ist jedoch nur als L- oder U-Form spanabhebend bearbeitet ausgeführt und so angeordnet bzw. an dem Ring aus Reingraphit angebracht, daß das Medium an Reingraphit gelangen und z.B. über die Strömung eine Erosion und/oder eine Verschmutzung oder Verfärbung des Mediums verursachen kann. Auch dies ist z.B. für die Lebensmittelindustrie oder pharmazeutische Industrie von Nachteil. Ebenso kann eine Quellung eintreten, was insbesondere für dynamisch beanspruchte Dichtungen von Nachteil ist. Auch sind Ummantelungen mit verschweißten Trennähten bekannt, doch diese Ausführung ist sehr aufwendig.Pure graphite seals are also known, e.g. a Have a coating made of a fluoroplastic. This coating However, machining is only machined as an L or U shape executed and so arranged or on the ring made of pure graphite attached that the medium reach pure graphite and e.g. erosion and / or pollution or Can cause discoloration of the medium. This is also e.g. For the food industry or pharmaceutical industry of Disadvantage. Swelling can also occur, which in particular is disadvantageous for dynamically stressed seals. Also jackets with welded separating seams are known, however this version is very complex.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, Dichtungsringe bzw. Dichtungselemente aus Fluorkunststoff mit einer elastischen Rückstellkraft derart zu versehen, ohne daß die guten Eigen schaften des Fluorkunststoffes wie insbesondere die hohe chem ische Beständigkeit, Antihafteigenschaft, günstige Gleiteigen schaft und relativ hohe Temperaturbeständigkeit verloren gehen. Gleichzeitig sollen diese Dichtungsringe totraumfrei sein d.h., keine Hohlräume oder Hinterschneidungen aufweisen und in einer weiteren Ausbildung den bei Fluorkunststoffen bekannten Kaltfluß weitgehendst unterbinden.The object of the present invention is to provide sealing rings or Sealing elements made of fluoroplastic with an elastic To provide restoring force in such a way without the good own properties of the fluoroplastic such as the high chem Stability, non-stick properties, low-priced sliding dough shaft and relatively high temperature resistance are lost. At the same time, these sealing rings should be free of dead spaces, i.e. have no voids or undercuts and in one further training the cold flow known in fluoroplastics largely prevent.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, in dem der Dichtungsring bzw. das Dichtungselement aus Fluorkunststoff mit einem elstischen Kern aus Reingrapiht dergestalt versehen wird, daß der Kern des Reingraphits nahtlos mit Fluorkunststoff ummantelt wird. Hierbei kann die Ummantelungsdicke relativ dünn gehalten werden d.h., sie kann sogar innerhalb der Diffusions stärke bleiben, da Reingraphit nahezu die gleiche chemische Be ständigkeit aufweist wie der Fluorkunststoff und in der Tempera turbeständigkeit diesem sogar überlegen ist. Die Dicke der Um mantelung kann aber auch je nach Aggressivität des Mediums ent sprechend stärker vorgesehen werden. Darüber hinaus besitzt Reingraphit auch eine Dauerelastizität bzw. ein gleichbleibend gutes Rückfederungsverhalten über den gesamten Temperaturbereich. Hierdurch erfährt der Fluorkunststoffmantel des Dichtungsringes bzw. des Dichtungselementes auch stets eine entsprechende Rück stellkraft. Anstatt Reingraphit könnte auch ein anderes geeig netes hochtemperaturbeständiges, elastisches und möglichst auch chemisch beständiges Material vorgesehen werden. This object is achieved in that the Sealing ring or the sealing element made of fluoroplastic provided with an elastic core made of pure graphite is that the core of the pure graphite seamless with fluoroplastic is encased. The thickness of the casing can be relatively thin that is, it can even be held within the diffusion remain strong since pure graphite has almost the same chemical loading shows stability like fluoroplastic and in tempera resistance is even superior to this. The thickness of the order jacket can also ent depending on the aggressiveness of the medium be provided more strongly. In addition owns Pure graphite also has a permanent elasticity or a constant good spring-back behavior over the entire temperature range. As a result, the fluoroplastic sheath of the sealing ring experiences or the sealing element always a corresponding back positioning. Instead of pure graphite, another could be used nice high temperature resistant, elastic and if possible also chemically resistant material can be provided.
In weiterer Ausbildung ist es zweckmäßig den Kern aus Reingra phit mit Rillen, die im Querschnitt z.B. dreiecksförmig oder sägeförmig gestaltet sind, zu versehen. Auch Rillen bzw. Nuten in schwalbenschwanzförmiger Gestaltung oder ähnlich sind mög lich. Hierbei kann es zweckmäßig sein, den Kern aus zwei Teilen zusammen zu setzen. Im Spritz- oder Preßvorgang wird der Fluor kunststoff, insbesondere PFA (PFA ist ein Copolymer mit Tetra fluoräthylen-Basisstruktur und gehört zur Gruppe der thermo plastisch verarbeitbaren Fluorkunststoffe) in den Rillen ver ankert, wobei die Dichtflächen der Ummantelung eine glatte Oberfläche erhalten. Sofern es zweckmäßig ist, könnte selbst verständlich auch die Oberfläche der Ummantelung mit Rillen ver sehen werden. Durch die Verankerung des Fluorkunststoffes in den Rillen des Kerns wird einerseits der Kaltfluß weitgehendst unter bunden und gleichzeitig entsteht ein unterschiedlich hohes Be lastungsbild bedingt durch die über die Rillen entstehende unter schiedliche Kraftwirkung gegenüber der abzudichtenden Fläche. Bei jeweils funktionsgerechter Anordnung der Rillen kann man wiederum über das unterschiedliche Belastungsbild das sich ge genüber dem abzudichtenden Teil ergibt eine bessere Dichtwirkung und einen geringeren Reibungswiderstand erzielen. Die Rillen können sowohl radial als auch axial oder auch kombiniert ange ordnet werden. Auch eine strahlenförmige Ausführung ist denkbar. Durch den weitgehendsten Abbau des Kaltflusses wird auch der Einsatz des Dichtungselementes z.B. als Gleitringdichtung be günstigt.In further training, it is appropriate to use the core of Reingra phit with grooves, e.g. triangular or are designed to be saw-shaped. Grooves or grooves in a dovetail shape or similar are possible Lich. It may be useful to make the core of two parts to put together. In the spraying or pressing process, the fluorine plastic, especially PFA (PFA is a copolymer with tetra fluorethylene basic structure and belongs to the group of thermo plastically processable fluoroplastics) in the grooves anchors, the sealing surfaces of the sheathing a smooth Preserve surface. If it is appropriate, yourself could understandable also the surface of the casing with grooves will see. By anchoring the fluoroplastic in the Grooves of the core, on the one hand, the cold flow becomes largely underneath bound and at the same time a different height is created load pattern due to the underneath arising over the grooves different forces compared to the surface to be sealed. With each functional arrangement of the grooves you can again about the different load pattern compared to the part to be sealed results in a better sealing effect and achieve a lower frictional resistance. The grooves can be both radial, axial or combined be classified. A radial design is also conceivable. Due to the most extensive breakdown of the cold flow, the Use of the sealing element e.g. as mechanical seal be favorable.
Die Dichtungsringe weisen im wesentlichen eine rechteckige oder quadratische Querschnittsform auf, wobei es hierbei sinnvoll ist, wenn beide Stirnseiten leicht nach innen gewölbt bzw. kon kav gestaltet werden, damit sie im eingebauten Zustand bei ent sprechender Verpressung die eigentliche Form erhalten. Die Dichtungsringe können aber auch z.B. zu mindest an einer Seite oder zu mindest an einer Mantelfläche kugelig, sei es konkav oder konvex oder die eine Seite konkav und die andere Seite kon vex ausgebildet sein. Oder es weist zu mindest eine Seite oder zu mindest eine Mantelfläche eine Schräge auf. Ebenso kann der Dichtungsring einen runden Querschnitt aufweisen d.h., als O-Ring ausgebildet sein. The sealing rings are essentially rectangular or square cross-sectional shape, where it makes sense is when both faces are slightly curved inwards or con kav be designed so that when installed at ent the actual shape. The Sealing rings can also e.g. at least on one side or at least spherical on a lateral surface, be it concave or convex or one side concave and the other side con be vex trained. Or it has at least one side or at least one lateral surface has a slope. Likewise, the Sealing ring have a round cross-section, i.e., as O-ring be formed.
Zur nahtlosen Ummantelung des Kerns, die im Spritz- oder Preß verfahren erfolgt, eignet sich insbesondere das Transfermoulding verfahren, da hierbei ein isostatischer Preßvorgang den Kern in einer zentrischen Lage hält. Aber auch über einen stark verzö gerten und druckmäßig abgestuften Spritzvorgang läßt sich eine solche Ummantelung herstellen. Sofern Haltestifte für die Zen trierung des Kerns hierfür erforderlich sein sollten, kann man diese Stellen nachträglich mit einem geeigneten Klebstoff ver schließen oder die Zentrierstellen bzw. die Zentrierpunkte ver schweißen. Zweckmäßiger ist es jedoch bei Verwendung von Halte stiften für die Zentrierung des Kerns, wenn die Haltestifte über einen Kernzug zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb des Spritz zyklusvorganges gezogen werden, so daß eine Verschmelzung der Zentrierstellen noch innerhalb des Spritzzyklusvorganges erfolgt. Ebenso ist eine Zentrierung über einen geeigneten Kunststoff ins besondere einem Fluorkunststoff wie z.B. PFA möglich, der mit dem Spritzwerkstoff verschmilzt. Zweckmäßig ist es, wenn für die Zentrierung der gleiche Kunststoff verwendet wird wie für den Spritzvorgang. Sofern erforderlich, ist auch eine nachträgliche spanabhebende Bearbeitung der Ummantelung möglich.For seamless coating of the core, which can be injection molded or pressed process, transfer molding is particularly suitable proceed as an isostatic pressing process in the core in a central position. But also over a strong delay The spraying process is graded and graduated in terms of pressure produce such a casing. Provided holding pins for the Zen core should be necessary for this, one can these points later with a suitable adhesive close or ver the centering points or the centering points welding. However, it is more convenient to use Halt pins for centering the core when the retaining pins are over a core pull at a specific time within the sprayer cycle operation are drawn, so that a merger of the Centering points still take place within the injection cycle process. Centering over a suitable plastic is also necessary a fluoroplastic such as PFA possible with the spray material merges. It is useful if for Centering the same plastic is used as for the Spraying process. If necessary, there is also a subsequent one Machining of the casing is possible.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung der Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombi nationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.Further advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims and the description of the figures, it is noted that all individual features and all combinations nations of individual features are essential to the invention.
In den Fig. 1-3 ist die Erfindung an Ausführungsformen beispielsweise dargestellt, ohne auf diese Ausführungsformen beschränkt zu sein.In FIGS. 1-3, the invention is shown in embodiments for example, but are not limited to these embodiments.
Fig. 1 zeigt einen Dichtungsring mit ummantelten Kern im Schnitt, der im Querschnitt quadratisch ist Fig. 2 zeigt einen Dichtungsring mit ummantelten Kern im Schnitt, der im Querschnitt rechteckig ist und der Kern weist am inneren und äußeren Durchmesser Rillen auf Fig. 3 zeigt einen Dichtungsring mit ummantelten Kern im Schnitt, ähnlich der Fig. 2, der Kern weist jedoch allseitig Rillen auf. Fig. 1 shows a sealing ring having cladded core in cross-section, the cross section is square Fig. 2 shows a seal ring having cladded core in section, which is rectangular in cross-section and the core has at the inner and outer diameters grooves on Fig. 3 shows a Sealing ring with coated core in section, similar to Fig. 2, but the core has grooves on all sides.
Fig. 1 zeigt einen Dichtungsring 1 mit einem rechteckigen Quer schnitt. Der Kern 2 besteht aus verpreßtem Reingraphit und die Ummantelung 3 aus Fluorkunststoff, insbesondere PFA. Im Spritz- oder Preßverfahren wird der Kern 2 mit der Ummantelung 3 ver sehen. Zur nahtlosen Ummantelung eignen sich insbesondere die bereits beschriebenen Verfahren. Fig. 1 shows a sealing ring 1 with a rectangular cross section. The core 2 consists of compressed pure graphite and the sheath 3 made of fluoroplastic, in particular PFA. In the spraying or pressing process, the core 2 with the casing 3 is seen ver. The processes already described are particularly suitable for seamless sheathing.
Die Fig. 2 zeigt einen Dichtungsring 1 bei dem der Kern 2 am inneren und äußeren Ringdurchmesser Rillen 4 aufweist. Der Fluorkunststoff findet beim Spritz- oder Preßvorgang in diesen Rillen 4 eine Verankerung, die den Kaltfluß weitgehendst un terbindet. Die Oberfläche bzw. Außenfläche der Ummantelung 3 ist glatt und dient zur Abdichtung gegenüber dem abzudichten den Körper. Diese Dichtflächen können nach dem Spritz- oder Preßvorgang auch noch spanabhebend bearbeitet werden. Der in Fig. 2 dargestellte Dichtungsring 1 ist z.B. zweckdienlich für eine Abdichtung im Innendurchmesser und Außendurchmesser ausgebildet. Der Kern 2 sollte derartige Rillen zu mindest an der abzudichtenden Seite aufweisen. Dichtungsringe, deren Kern 2 mit Rillen 4 versehen ist, eigenen sich besonders für dynamisch beanspruchte Dichtungen. Rillen 4 könnten z.B. auch an einer oder beiden axialen Flächen des Kerns 2 vorgesehen werden um eine axiale Abdichtung günstiger zu gestalten. Fig. 2 shows a seal ring 1 wherein the core 2 comprises grooves 4 on the inner and outer ring diameters. The fluoroplastic finds an anchoring during the injection molding or pressing process in these grooves 4 , which largely prevents the cold flow. The surface or outer surface of the casing 3 is smooth and serves as a seal against the body to be sealed. These sealing surfaces can also be machined after the injection or pressing process. The sealing ring 1 shown in FIG. 2 is, for example, expediently designed for sealing the inside diameter and outside diameter. The core 2 should have such grooves at least on the side to be sealed. Sealing rings, the core 2 of which is provided with grooves 4 , are particularly suitable for dynamically stressed seals. Grooves 4 could, for example, also be provided on one or both axial surfaces of the core 2 in order to make axial sealing more economical.
Die Fig. 3 zeigt einen Dichtungsring bei dem der Kern 2 allseitig Rillen 4 aufweist. Der Kern 2 wird im Spritz- oder Preßvorgang mit einer Ummantelung 3, insbesondere aus einem Fluorkunststoff, versehen. Ein derartiger Dichtungsring 1 ist für eine radiale Abdichtung z.B. an Wellen, als Stopfbuchs dichtung oder ähnlich ebenso geeignet wie für eine axiale Ab dichtung, auch z.B. als Schleifringdichtung oder als Sitzdicht ung für ein Verschlußstück für statische oder dynamische Bean spruchung. Die Stirnseite 5 und ebenso die radialen Mantelfläch en 6 a, 6 b des Dichtungsringes 1 können z.B. auch kugelig oder schräg, jeweils passend zum abzudichtenden Körper, ausgebildet sein, wobei der Kern 2 dann zu mindest an dieser Seite zweck dienlich Rillen 4 aufweist. Auch ist es denkbar, daß bei einem Dichtungsring 1 mit z.B. rechteckigem oder quadratischen Quer schnitt an einer oder beiden Stirnseiten 5 des Dichtungsringes eine Dichtnase am Innen- oder Außendurchmesser vorgesehen werden, die über den Betriebsdruck eine zusätzliche Anpreßkraft erfährt ohne, daß sich dadurch ein Totraum oder eine Hinterschneidung ergibt. Fig. 3 shows a sealing ring in which the core 2 on all sides has grooves 4. The core 2 is provided with a sheath 3 , in particular made of a fluoroplastic, in the injection molding or pressing process. Such a sealing ring 1 is for a radial seal, for example, on shafts, as a stuffing box seal or similarly suitable as for an axial seal, also for example as a slip ring seal or as a seat seal for a closure piece for static or dynamic stress. The end face 5 and also the radial lateral surfaces 6 a , 6 b of the sealing ring 1 can, for example, also be spherical or oblique, in each case to match the body to be sealed, the core 2 then advantageously having grooves 4 on at least this side. It is also conceivable that in a sealing ring 1 with, for example, a rectangular or square cross section on one or both end faces 5 of the sealing ring, a sealing lug is provided on the inside or outside diameter, which experiences an additional contact pressure via the operating pressure without this resulting in a dead space or results in an undercut.
Für eine Verankerung der Ummantelung 3 aus Fluorkunststoff und Unterbindung des Kaltflusses könnte selbstverständlich auch z.B. mindest eine Seite des Kerns 2 und zwar insbesondere die, die am abzudichtenden Teil anliegt, eine U-förmige Ausnehmung besitzen. Diese verständliche Ausbildung ist nicht weiter dar gestellt.For anchoring the casing 3 made of fluoroplastic and preventing the cold flow, at least one side of the core 2 , of course, in particular that which lies against the part to be sealed, could of course also have a U-shaped recess. This understandable training is not presented further.
Gegenüber dem nachgewiesenen Stand der Technik hat die Erfind ung den Vorteil, daß der Dichtungsring mit der allseitig naht losen Ummantelung eine kompakte Querschnittsform aufweist ohne, daß sich Hohlräume oder Toträume ergeben, der Fluorkunststoff über den Kern elastisch gehalten wird bzw. eine Rückstellkraft erfährt, wobei über die Verankerung der Ummantelung im Kern gleichzeitig der Kaltfluß des Fluorkunststoffes stark unter bunden wird. Weiterhin ergeben sich durch das unterschiedliche Belastungsbild das sich über die Rillen gegenüber dem abzu dichtenden Körper einstellt eine günstige Dichtwirkung und ein geringer Reibungswiderstand. Die Kombination aus Reingraphit und Fluorkunststoff ermöglicht weiterhin, daß selbst noch im Bereich innerhalb der Diffusionsstärke der Ummantelung die guten Eigenschaften des Fluorkunststoffes nicht bzw. kaum unter laufen werden, da über die Diffusion Reingraphit so viel wie kaum angegriffen wird. Andererseits verhindert bereits eine dünnwandige Ummantelung eine Erosion des Reingraphits und somit eine Verschmutzung oder Verfärbung des Mediums und die Antihaft eigenschaft bleibt erhalten.Compared to the proven state of the art, the invention ung the advantage that the sealing ring with the seam on all sides loose casing has a compact cross-sectional shape without, that there are voids or dead spaces, the fluoroplastic is held elastically over the core or a restoring force learns about being anchored to the sheath in the core at the same time the cold flow of the fluoroplastic is greatly below is bound. Furthermore result from the different Stress pattern that is reflected in the grooves compared to the sealing body sets a favorable sealing effect and a low frictional resistance. The combination of pure graphite and fluoroplastic still allows even in the Area within the diffusion thickness of the sheath good properties of the fluoroplastic not or hardly below will run as much as about the pure graphite diffusion is hardly attacked. On the other hand, one already prevents thin-walled coating erosion of the pure graphite and thus contamination or discoloration of the medium and non-stick property is retained.
Als Fluorkunststoff kann PFA oder irgend ein anderer Fluorkunst stoff oder sonstiger geeigneter Kunststoff verwendet werden. Lediglich ist die Verarbeitungsweise entsprechend anzupassen.PFA or any other fluoroplastic can be used as the fluoroplastic fabric or other suitable plastic can be used. Only the processing method has to be adjusted accordingly.
Claims (12)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |