DE3644697C1

DE3644697C1 - Dichtungsvorrichtung mit Ferrofluid

Info

Publication number: DE3644697C1
Application number: DE19863644697
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl-Ing Diesing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1988-02-11
Also published as: WO1988005141A1; EP0294452A1

Description

Stand der Technik

Aus der DE-PS 31 45 460 ist eine Dichtungsvorrichtung mit Ferro fluid bekannt, die aus einem Ringmagneten besteht, dem an beiden Stirnflächen Polringe angeklebt sind.

Hieran anlehnend wird in Fig. 0 des Abbildungsteils die Wirkungsweise der sich auf dem Markt befindlichen Dichtungs vorrichtungen mit Ferrofluid erläutert:

An die beiden Stirnflächen eines ringförmigen Dauermag neten (1) sind zwei ringförmige Polringe (2) aus mag netisierbarem Edelstahl angeklebt. Durch diese Dichtungs vorrichtung ist eine drehbare Welle aus magnetisierbarem Edelstahl geführt. Der Luftspalt zwischen der Welle und den Polringen ist mit einer magnetischen Flüssigkeit, dem Ferrofluid (4) gefüllt. Die Dichtungsvorrichtung ist zur statischen Abdichtung in ein Gehäuse (5) eingeklebt.

Diese Dichtungsvorrichtung hat folgende Nachteile:

1. Zur Erzielung einer statischen Dichtung müssen der Magnet und die Polringe verklebt sein. Diese Klebung ist oft unvollständig durchgeführt und damit nicht dicht. Außerdem ist sie ein kostenverursachender Arbeitsgang.
2. Magnet und Polringe werden durch die Klebung axial zentriert zur Erzielung eines bestmöglichen Rundlaufs. Diese Zentrierung ist oft fehlerhaft und es entsteht ein Schlag, der so groß sein kann, daß Ferrofluid abgespritzt wird. Für die zentrierende Verklebung werden kostenverursachende Vorrichtungen benötigt.
3. Reste des benutzten Klebstoffes können sich am inneren Durchmesser der Polringe festsetzen und zum Abspritzen von Ferrofluid führen.
4. Die Klebeverbindung zwischen Magnet und Polring kann sich lösen, beim Transport oder beim Einsetzen der Dichtungsvorrichtung ins Gehäuse. Damit ist die Dichtung statisch nicht mehr dicht.
5. Zur statischen Abdichtung muß die Dichtungsvorrichtung ins Gehäuse (5) eingeklebt sein. Diese statische Ab dichtung kann fehlerhaft ausgeführt sein, damit ver fehlt die Dichtung ihre Wirkung.
6. Diese Dichtungsvorrichtungen mit Ferrofluid werden hauptsächlich zur Abdichtung gegen mikroskopisch kleinste Partikel in extreme Sauberkeit bedürfender Systeme z. B. Magnetplattenlaufwerke für Computer ein gesetzt. Die oben beschriebenen Klebevorgänge als zusätzliche Arbeitsgänge bei der Herstellung der Dichtungsvorrichtungen können zur Verunreinigung der Dichtungen durch Fingerabdrücke oder Anlagerung von im Fabrikationsraum befindlichen Partikeln führen. Dabei ist eine aufwendige Reinigungsprozedur er forderlich.
7. In die mikroskopisch kleinen Hohlräume zwischen Dauer magnet und Polringe, die niemals ganz mit Klebstoff ausgefüllt sind kann durch Kapillarwirkung Ferrofluid eingezogen werden, daß dann im Luftspalt fehlt und zum vorzeitigen Ausfall der Dichtung führen kann.

Summa

Die Herstellung der Dichtungsvorrichtung mit Ferrofluid aus Einzelteilen nach dem jetzigen Stand der Technik ist technisch aufwendig, teuer und kann zur Verunrei nigung führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden und die nachstehend angegebenen Vorteile zu erreichen. Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Statt der drei Teile Magnet und zwei Polringe wird ein einziges Kunststoffteil, das hohle Dichtungselement (1) gemäß Fig. 1 eingesetzt. Es besteht aus einem Kunststoffblock. Es wird aus dauermagnetisierbarem Kunststoff zum Beispiel durch Spritzgießen oder Formpressen hergestellt. Solche dauermagnetischen Kunststoffe sind zahlreich auf dem Markt. Sie be stehen meist aus Magnetteilchen wie Magnetit, Bariumferrit oder Strontiumferrit etc., die durch Kunststoffe gebunden werden.

Es kann jedes Ferrofluid verwendet werden, jedoch muß die Trägerflüssigkeit des verwendeten Ferrofluids, die einen niedrigen Dampfdruck aufweist und meistens ein synthetischer Kohlenwasserstoff, Diester oder ein Triester ist, mit dem verwendeten Kunststoffbinder verträglich sein.

Dieses einzige Kunststoffteil hat folgende Vorteile:

1. Es ist kostengünstig herzustellen.
2. Es bringt keine Zentrierprobleme durch Klebever satz von Einzelteilen.
3. Das Problem der statischen Dichtigkeit von Einzelteilen entfällt.
4. Verunreinigungen durch Montage von Einzel teilen entfallen.
5. Es kann kein Ferrofluid durch Kapillarwirkung zwischen einzelne Polringe und den Magneten gezogen werden.
6. Durch die plastische Verformbarkeit des Kunst stoffes kann die Klebeverbindung zwischen der Dichtungsvorrichtung und dem Gehäuse entfallen, die zur statischen Abdichtung bisher erforderlich war.
7. Durch das einzige Kunststoffteil ergibt sich ein größeres Magnetvolumen, d. h. es läßt sich mehr magnetische Energie in der Dichtungsvorrichtung unterbringen.

Beschreibung der Abbildungen

Fig. 1 zeigt die Grundausführung der Erfindung, gekennzeichnet durch das aus einem dauermagneti schen Kunststoff bestehende hohle Dichtungselement, ein einziger Kunststoffblock.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung bei der in einem das hohle Dichtungselement bildenden Kunststoff block aus dauermagnetischem Kunststoff ein axial magnetisierter Dauermagnet (2) eingelegt ist. Dieser eingelegte Dauermagnet muß kein Kunst stoffmagnet sein, sondern kann zur Verstärkung der Magnetisierung z. B. ein keramischer Magnet sein. In diesem wie in allen anderen axial magnetisierten Ausführungen kann der Nordpol links oder rechts sein.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung, bei der zwei ringförmige Dauermagnete (3) eingelegt sind. Diese sind im Gegensatz zur Fig. 2 radial magnetisiert. Es kann auch nur ein ring förmiger Dauermagnet eingelegt sein. Auch in diesem Fall muß der eingelegte Dauer magnet nicht aus einem Kunststoffmagneten bestehen, sondern kann Alnico, ein kera mischer Magnet oder ein anderes Magnetma terial sein. Die Magnetisierungsrichtung kann umgekehrt sein.

Fig. 4 zeigt den das hohle Dichtungselement bildenden Kunststoffblock aus magnetisier barem Material mit einem z. B. durch Adhäsions- oder Diffusionsklebung angebrachten Polring (4) aus magnetisierbarem Material, wie z. B. magneti sierbarem Edelstahl, kunststoffumspritzten mag netisierbarem Metall oder magnetischem Kunststoff.

Fig. 5 zeigt den das hohle Dichtungselement bildenden Kunststoffblock mit beidseitig angebrachten Polringen wie bei Fig. 4 beschrieben.

Ausführungen nach Fig. 4 und 5 haben Vorteile bei kleinen Abmessungstoleranzen und bei Er zielung hoher magnetischer Flußdichten in den Polringen.

Fig. 6 zeigt eine Ausführung bei der zwei Polringe aus magnetisierbarem Material (5) in den das hohle Dichtungselement bildenden Kunststoffblock eingelegt sind. Diese Aus führung versteift die Polschuhe und erhöht die magnetische Flußdichte im Luftspalt.

Fig. 7 zeigt eine Ausführung bei der das hohle Dichtungselement bildende Kunst stoffblock aus dauermagnetischem Kunst stoff mit einer Buchse (6) aus unmagneti schem Material umgeben ist. Diese Aus führung ist besonders zum Einbau in magnetisch leitende Gehäuse geeignet, weil sie einen magnetischen Kurzschluß verhindert.

Fig. 8 zeigt eine Ausführung, bei der in Er gänzung zur Fig. 7 die Buchse (6 a) aus un magnetischem Material über eine Seite des das hohle Dichtungselement bildenden Kunststoff block verlängert ist, um einen Abstand von z. B. Kugellagern zu erzielen. Diese Abstandsver längerung kann auch beidseitig sein.

Fig. 9 zeigt den das hohle Dichtungselement bildenden Kunststoffblock (1) mit einer einge legten Spiralfeder (7) zur elastischen An pressung und damit statischen Dichtung des hohlen Dichtelementes zur unmagnetischen Buchse oder direkt zum Gehäuse.

Fig. 10 zeigt den das hohle Dichtungselement bildenden Kunststoffblock mit eingelegten Ver stärkungsringen (8). Diese können verschiedene Profile aufweisen. Es können ein oder mehrere Verstärkungsringe eingelegt sein.

Gleichzeitig zeigen Fig. 9 und Fig. 10 die Möglichkeit der Füllung nur eines Luftspaltes zwischen einem Polschuh und der Welle. Der magnetische Kreis schließt sich durch den ungefüllten Luftspalt zwischen dem anderen Polschuh und der Welle.

Fig. 11 zeigt den das hohle Dichtungselement bildenden Kunststoffblock mit zwei verschiedenen Polschuhen. Der eine Polschuh hat einen kleinen inneren Durchmesser und bildet damit einen kleineren Luftspalt als der andere Polschuh, der einen größeren inneren Durchmesser hat und damit einen größeren Luftspalt zur Welle bildet. Der Vorteil liegt in der geringeren viskosen Reibleistung des Ferrofluid. Dadurch ergibt sich eine größere Lebensdauer des Ferro fluids durch geringere Erwärmung und die Möglichkeit größere Umfangsgeschwindigkeiten der Welle zuzulassen.

Fig. 12 zeigt rechts einen breiteren Polschuh. Der Vorteil liegt im größeren Druckhaltever mögen, weil der erzielbare Differenzdruck mit der Breite des Polschuhs wächst.

Fig. 13 zeigt den das hohle Dichtungselement bildenden Kunststoffblock aus dauermagneti schem Kunststoff mit einer Befestigungsvor richtung mit Schraubensenkungen.

Fig. 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer über den Flansch des Polschuhs hinaus ragenden Befestigungsvorrichtung. Dadurch wird der rechte Polschuh auf Abstand gehalten. Das Ferrofluid kann nicht abgestreift werden und das magnetische Streufeld des rechten Polschuhs beeinflußt nicht ein eventuell vorhandenes Kugellager. Außerdem wird die Gefahr eines magnetischen Kurzschlusses verringert.

Fig. 15 zeigt an der Befestigungsvorrichtung des das hohle Dichtungselement bildenden Kunst stoffblocks angebrachte Abdichtprofile (9) zur statischen Abdichtung.

Fig. 16 zeigt eine an der Befestigungsvor richtung des das hohle Dichtungselement bildenden Kunststoffblocks angebrachte Vor richtung (10) zur Aufnahme eines O-Ringes (11), der der statischen Abdichtung dient.

Fig. 17 zeigt eine Befestigungsvorrichtung (12), welche mit dem das hohle Dichtungselement (1) bildenden Kunststoffblock keine Materialeinheit bildet, sondern ein separat hergestelltes Bauteil ist. Diese separat hergestellte Befestigungsvor richtung (12) kann aus Kunststoff oder Metall hergestellt sein und mit dem hohlen Dichtungs element (1) aus dauermagnetischem Kunststoff durch z. B. Adhäsions- oder Diffusionsklebung verbunden sein. Es kann auch unter Ausnutzung der plastischen Verformbarkeit von Kunst stoff einfach aufgepreßt sein.

Claims

1. Dichtungsvorrichtung in Form eines hohlen magnetisierten Dichtungselementes, das eine drehbare Welle aus magneti sierbarem Material ringförmig umschließt, wobei die an den Stirnflächen des Dichtungselementes gelegenen Bereiche als Polschuhe wirken und Spalte mit der Wellenoberfläche bilden über die sich ein Magnetkreis schließt und von denen mindestens einer mit Ferrofluid gefüllt ist, da durch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement aus einem geschlossenen Block aus magnetisierbarem Kunststoff, das heißt aus Magnetteilchen wie Magnetit, Bariumferrit oder Strontiumferrit, die durch Kunststoffe gebunden werden, besteht.

2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in das hohle Dichtungselement aus magne tisierbarem Kunststoff ein axial magnetisierter Dauermag netring eingelegt ist.

3. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in das hohle Dichtungselement aus magne tisierbarem Kunststoff ein oder zwei radial magnetisierte Dauermagnetringe eingelegt sind.

4. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Polschuh durch einen separaten Ring aus magnetisierbarem Material gebildet wird.

5. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß beide Polschuhe durch separate Ringe aus magnetisierbarem Material gebildet werden.

6. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein oder zwei Ringe aus magnetisier barem Material eingelegt werden.

7. Dichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß um das hohle Dichtungselement aus magnetisierbarem Kunststoff ein Ring aus unmag netischem Material angebracht wird.

8. Dichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß um das hohle Dichtungselement aus dauermagnetischem Kunststoff ein Ring aus unmagne tischem Material angebracht wird, der an einer oder beiden Seiten als Abstandshalter über das hohle Dichtungselement hinausragt.

9. Dichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in das hohle Dichtungselement eine ringförmige Spiralfeder eingelegt ist.

10. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß in das hohle Dichtungselement ein oder mehrere Verstärkungsringe verschiedener Profilformen ein gelegt sind, wobei die Verstärkungsringe gegebenenfalls zusätzlich in die hohlen Dichtungselemente nach den An sprüchen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 eingelegt sind.

11. Dichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nur einer der beiden Luft spalte mit Ferrofluid gefüllt ist.

12. Dichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polschuh einen größeren Durchmesser hat und dadurch unter einem Polschuh ein größerer Luftspalt gebildet wird.

13. Dichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polschuh breiter ist als der andere.

14. Dichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Dichtungselement mit einer Befestigungsvorrichtung mit Schraubensenkungen versehen ist.

15. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung als Ab standshalter über den Flansch eines Polschuhes hinaus ragt.

16. Dichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung mit Profilen zur statischen Abdichtung versehen ist.

17. Dichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung mit einer Vorrichtung zur Aufnahme eines O-Ringes zur statischen Abdichtung versehen ist.

18. Dichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung nicht ein Teil des hohlen Dichtungselementes, sondern ein zweites Teil ist.