DE3918842A1 - Magnetdichtung fuer sich bewegende maschinenteile und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetdichtung für sich bewegen­ de Maschinenteile, insbesondere Wellen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Herstellen derartiger Magnetdichtungen.

Magnetdichtungen bestehen üblicherweise aus einer mindestens zweiteiligen ringscheibenförmigen Magnetanordnung mit einer Durchführung für das sich bewegende Maschinenteil, die einen Ringraum für ein viskoses ferromagnetisches Abdichtmittel in Form einer Suspension mit Partikeln aus ferromagnetischem Material bildet, die durch das Magnetfeld der Magnetanordnung am Ringraum gegenüber dem Maschinenteil gehalten wird. Solche Magnetdichtungen dienen üblicherweise der Abdichtung von Wellendurchführungen an Gehäusen von sich bewegenden Maschi­ nenteilen, die gegen das Eindringen von Staubteilchen, Dämpfen und dergleichen geschützt werden müssen.

Derartige Magnetdichtungen werden beispielsweise für hoch empfindliche Festplatten-Laufwerke, für Computer-Peripherie­ geräte und dergleichen, um nur einige Anwendungsfälle zu nennen, benötigt.

Die Festplatten laufen mit sehr hohen Geschwindigkeiten um, und auch der Abtastkopf befindet sich in einem Abstand von nur wenigen µ von der Festplatte, so daß die Lager sehr ge­ nau und verschleißfrei arbeiten müssen, und zwar auch bei stark wechselnden Temperaturen.

Bekannte Magnetdichtungen bestehen aus einer Magnetscheibe, die zwischen zwei ferromagnetischen Polplatten angeordnet ist. Am Innenumfang läßt die Magnetscheibe zwischen den bei­ den Polplatten einen Ringraum für ein sogenanntes Ferrofluid, ein viskoses magnetisches Abdichtmittel, das zwischen der Magnetanordnung und einer umlaufenden Achse oder Welle abdichtet, frei.

Üblicherweise werden die ringförmige Dauermagnetscheibe und die beiden Polplatten miteinander verklebt, wobei sich jedoch der Magnetring oder die Magnetscheibe zwischen den an ihm flach anliegenden beiden Polplatten nicht genau zentrieren läßt. Aus Herstellungsgründen muß die Magnetscheibe nämlich einen etwas geringeren Außendurchmesser als die beiden Pol­ platten haben, was jedoch beim Zusammenfügen der Magnetschei­ be und der Polplatten dazu führt, daß die Ringnut am Innenum­ fang der Magnetanordnung für die Aufnahme des Ferrofluids exzentrisch wird und dadurch keine einwandfreie und dauer­ hafte Abdichtung gewährleistet.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist es bereits bekannt (EP 01 27 472 A3), solche Magnetdichtungen durch Spritzgießen in einer Spritzgußform herzustellen, indem entweder nur eine ringförmige Polscheibe mit einem Dauermagnetring aus einem kunststoffgebundenen Dauermagnetmaterial einseitig verbun­ den wird, oder indem ein solcher Dauermagnetring aus kunst­ stoffgebundenem Dauermagnetmaterial beidseitig mit zwei kreisringförmigen Polscheiben fest verbunden wird. Die Pol­ scheiben weisen warzen- oder nasenförmige Verzahnungen auf, die beim Umspritzen mit dem kunststoffgebundenen Dauermagnet­ werkstoff mit diesem eine feste mechanische Verbindung ein­ gehen und so den Dauermagnetring an der oder zwischen den Polscheiben zentrisch sichern. Der Dauermagnetring hat jedoch einen zylindrischen Innenumfang etwas größeren Durchmessers als die zentrale Wellendurchführung an der oder den Polschei­ ben, so daß der Übergang von dem Dauermagnetring zu der oder den Polscheiben genau rechtwinklig abgesetzt ist. Dies be­ dingt verhältnismäßig große Materialdicken für die Polschei­ ben ebenso wie für den Dauermagnetring, was letztlich dazu führt, daß solche Magnetdichtungen in Richtung der Wellen­ achse verhältnismäßig dick sind. Durch die Dicke wird jedoch der Einsatzbereich solcher Magnetdichtungen vielfach einge­ schränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Magnetdich­ tungen unter Verwendung dünner Polscheiben mit einer mög­ lichst geringen axialen Gesamtdicke absolut präzis und derart genau herzustellen, daß die Ringnut am Innenumfang der mit­ einander verbundenen Ringscheiben einen über ihren gesamten Umfang gleichbleibenden, möglichst geringen Querschnitt hat und um die abzudichtende Welle genau zentrisch verläuft, so daß zu der abzudichtenden Welle oder Achse hin ein absolut konzentrischer Ringraum für das Ferrofluid vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den Kennzeich­ nungsteil des Anspruches 1 gelöst, während in den Ansprüchen 2 bis 5 besonders vorteilhafte Ausführungsformen einer sol­ chen Magnetdichtung gekennzeichnet sind und in den Ansprüchen 6 bis 8 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen solcher Magnetdichtungen beansprucht ist.

Dadurch, daß die Ringnut bei der erfindungsgemäßen Magnet­ dichtung einen ausgerundeten Querschnitt hat, kann der Dauermagnetwerkstoff an den ringförmigen Polscheiben bis dicht an deren Innenumfang herangeführt werden, und zwar unter Ausbildung eines sehr geringen Querschnittes der so gebildeten Ringnut, wodurch auch die Polscheiben eine sehr geringe Materialdicke haben können und dadurch insgesamt zu räumlich äußerst platzsparenden, hoch präzisen und dauerhaf­ ten Magnetdichtungen führen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer solchen Magnetdichtung ergibt sich, wenn die Ringnut einen etwa halb­ kreisförmigen Ausrundungsquerschnitt hat, während eine be­ sonders sichere und dauerhafte Verbindung von Dauermagnet­ ring und Polscheibe bei solchen Magnetdichtungen entweder dadurch erreicht werden kann, daß jede Polscheibe Ausnehmun­ gen oder Durchbrüche für eine formschlüssige Verzahnung mit dem Werkstoff des Dauermagnetringes aufweist, oder daß jede Polscheibe von einem randseitigen Umfangswulst des Dauer­ magnetringes zargenförmig eingefaßt ist.

In allen Fällen besteht der Dauermagnetring aus einem durch Spritzgießen verarbeitbaren an sich bekannten kunststoffge­ bundenen Dauermagnetmaterial, wie kunststoffgebundene Fer­ rite, seltene Erdverbindungen oder dergleichen.

Für die Herstellung solcher Magnetdichtungen durch Spritz­ gießen kann eine Spritzgußform mit einem zentralen Stempel zur Ausbildung der kreisförmigen Wellendurchführung an der Dichtung zur Anwendung kommen, wobei dann erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß anstelle eines mehrteiligen Formkernes zur Bildung des rinnenförmigen Ringraumes am Innenumfang der Dauermagnetanordnung ein elastisch verformbarer Ring mit einem etwas geringeren Innendurchmesser als der zentrale Stempel in die Spritzgußform eingelegt wird, der nach Been­ digung des Spritzvorganges aus der Ringnut der Magnetanord­ nung wieder entfernt bzw. herausgelöst wird. Hierfür kann entweder ein Ring aus einem gummielastisch verformbaren Material, wie ein O-Ring oder dergleichen, in die Spritzguß­ form eingelegt werden, es kann aber auch ein mit einem Schrägschlitz versehener Ring aus einem federelastischen Material sein, der sich nach dem Ausstoßen der fertigen Magnetdichtung aus der Spritzgußform unter seiner Federspan­ nung zusammenzieht und so aus der Ringnut am Innenumfang der Magnetanordnung leicht wieder herausgezogen werden kann.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 die Anordnung einer Magnetdichtung an einer Wellen­ durchführung im Schnitt,

Fig. 2 eine solche Magnetdichtung mit zwei Polscheiben in einer ersten Ausführungsform in Einzeldarstellung,

Fig. 3 eine Magnetdichtung mit zwei Polscheiben in einer gegenüber Fig. 2 abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 4 eine Magnetdichtung mit nur einer ringförmigen Pol­ scheibe,

Fig. 5 eine Magnetdichtung mit einer am Außenumfang umge­ bördelten Polscheibe,

Fig. 6 bis Fig. 11 die Einzelteile von Magnetdichtungen in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Herstellen solcher Magnetdichtungen, wobei in Fig. 6 eine ringfömrige Polscheibe zum Einlegen in eine Spritzgußform gezeigt ist, während Fig. 7 die geöffnete Spritzgußform im Schnitt,

Fig. 8 die geschlossene Spritzgußform im Schnitt gemäß Schnittlinie VIII-VIII von Fig. 10,

Fig. 9 einen Teilschnitt durch eine gegenüber Fig. 7 und 8 abgewandelte Spritzgußform,

Fig. 10 einen horizontalen Schnitt durch solche Spritzguß­ formen gemäß Schnittlinie X-X von Fig. 8,

Fig. 11 einen geschlitzten Ring aus einem federelastischen Material zum Einlegen in eine solche Spritzguß­ form und

Fig. 12 und 13 zwei Magnetdichtungen, die nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren in solchen Spritzgußformen herge­ stellt worden sind, zeigen.

Die in Fig. 1 bis Fig. 5 und Fig. 12 und Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiele von Magnetdichtungen 1 dienen der Ab­ dichtung von sich bewegenden Maschinenteilen 2, insbesondere Wellen, die durch die Wandung eines schützenden Gehäuses 3 nach außen hindurchgeführt sind. Jede der gezeigten Magnet­ dichtungen 1 besteht aus einer mindestens zweiteiligen ringscheibenförmigen Magnetanordnung, die gegenüber dem Maschinenteil 2 eine Ringnut 4 mit einem ausgerundeten Querschnitt für ein viskoses ferromagnetisches Abdichtmittel in Form einer Suspension mit Partikeln aus ferromagnetischem Material aufweist, wobei dieses Abdichtmittel, das auch als Ferrofluid bezeichnet wird, durch das Magnetfeld 5 der Ma­ gnetanordnung entlang der Ringnut 4 gegenüber dem Maschinen­ teil 2 gehalten wird. Die Ringnut 4 hat einen vorzugsweise halbkreisförmigen Ausrundungsquerschnitt.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte erste Ausführungsform einer solchen Magnetdichtung 1 besteht aus einem Dauermagnetring 6 und zwei ringförmigen Polscheiben 7, 7a, von denen jede Ausnehmungen oder Durchbrüche 12 (Fig. 6 bis 8) für eine formschlüssige feste Verzahnung mit dem Werkstoff des Dauer­ magnetringes 6 aufweist, während in Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform einer solchen Magnetdichtung gezeigt ist, bei der jede Polscheibe 7, 7a von einem randseitigen Umfangswulst 13 des Dauermagnetringes zargenförmig eingefaßt ist.

Der Dauermagnetring 6 besteht aus einem durch Spritzgießen verarbeitbaren kunststoffgebundenen Dauermagnetmaterial, wie Ferrite, oder seltende Erdverbindungen oder dergleichen, so daß es möglich ist, solche Magnetdichtungen 1 durch Spritz­ gießen in einer Spritzgußform 20 mit einem zentralen Stempel 21 für die Ausbildung der kreisförmigen Wellendurchführung an der Magnetdichtung 1 herzustellen.

Zur Bildung der ausgerundeten Ringnut 4 am Innenumfang der Magnetdichtung 1 wird ein elastisch verformbarer Ring 22 in die Spritzgußform 20 eingelegt, der einen etwas geringeren Innendurchmesser als der zentrale Stempel 21 der Spritzguß­ form hat und nach Beendigung des Spritzvorganges aus der Ringnut 4 der Magnetdichtung 1 wieder entfernt bzw. leicht herausgelöst werden kann. Hierfür kann ein Ring 22 aus einem gummielastisch verformbaren Material, wie ein O-Ring oder dergleichen, in die Spritzgußform 20 eingelegt werden, oder aber auch ein Ring 22a (Fig. 11) aus einem federelastischen Material mit einem Schrägschlitz 22b, der sich nach Auswerfen der Magnetdichtung aus der Spritzgußform aufgrund seiner federnden Eigenschaften wieder zusammenzieht und so leicht aus der Ringnut 4 entfernt werden kann.

Die in Fig. 7 bis 10 gezeigte Spritzgußeinrichtung besteht aus einer Spritzgußform 20 mit einem Formunterteil 23 und einem davon nach oben verfahrbaren, den eigentlichen Form­ hohlraum 24 begrenzenden Oberteil 25 sowie einem zentralen Stempel 21. Vom Formunterteil ragen mehrere Distanzstifte 26 geeigneter Länge für die Aufnahme einer Polscheibe 7 einer herzustellenden Magnetdichtung 1 auf.

Wird z.B. in einer solchen Spritzgußform 20, wie in Fig. 7 bis 10 im einzelnen gezeigt ist, eine Magnetdichtung 1 ent­ sprechend Fig. 1 und 2 oder 3 mit einem Dauermagnetring 6 zwischen zwei Polscheiben 7, 7a ausgeformt, so wird zunächst eine der beiden Polscheiben 7, 7a in die Spritzgußform 20 eingelegt und anschließend ein O-Ring 22 oder ein federnder Schlitzring 22a, wie er in Fig. 11 gezeigt ist, über den Stempel 21 der Spritzgußform 20 gezogen, woraufhin die zweite Polscheibe 7 bzw. 7a auf die Distanzstifte 26 aufgelegt und die Spritzgußform 20 durch das Oberteil 25 verschlossen wird.

Beim Spritzvorgang legt sich der Werkstoff für den Dauer­ magnetring 6 an den Umfang des Ringes 22, 22a an und dringt in die an den Polscheiben 7, 7a vorhandenen lochförmigen Ausnehmungen oder Durchbrüche 12 ein, um so eine vollkommen formschlüssige, unlösbare Verzahnung mit den beiden Polschei­ ben 7, 7a herzustellen. Bereits während des Einspritzvor­ ganges werden die Distanzstifte 26 in das Unterteil 23 der Spritzgußform 20 zurückgefahren, und nach dem Ausstoßen der fertigen Magnetdichtung 1 aus der Spritzgußform 20 kann auch der elastische O-Ring 22 oder Schlitzring 22a aus der Ringnut 4 am Innenumfang der Magnetdichtung 1 wieder entfernt werden.

Claims (8)

1. Magnetdichtung für sich bewegende Maschinenteile, insbe­ sondere Wellen, mit einer von einer mindestens zweiteili­ gen ringscheibenförmigen Magnetanordnung gegenüber dem Maschinenteil gebildeten Ringnut für ein viskoses ferro­ magnetisches Abdichtmittel in Form einer Suspension mit Partikeln aus ferromagnetischem Material, die durch das Magnetfeld der Magnetanordnung entlang der Ringnut ge­ genüber dem Maschinenteil gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (4) einen ausgerundeten Querschnitt hat.

2. Magnetdichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ringnut (4) einen etwa halbkreisförmigen Ausrundungsquerschnitt hat.

3. Magnetdichtung nach Anspruch 1 oder 2, die aus einem Dauermagnetring und mindestens einer ringförmigen Polscheibe besteht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Polscheibe (7, 7a) Ausnehmun­ gen oder Durchbrüche (12) für eine formschlüssige Ver­ zahnung mit dem Werkstoff des Dauermagnetringes (6) auf­ weist. (Fig. 6 bis 13).

4. Magnetdichtung nach Anspruch 1 oder 2, die aus einem Dauermagnetring und mindestens einer ringförmigen Polscheibe besteht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Polscheibe (7, 7a) von einem randseitigen Umfangswulst (13) des Dauermagnetringes (6) zargenförmig eingefaßt ist. (Fig. 3).

5. Magnetdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Dauer­ magnetring (6) aus einem durch Spritzgießen verarbeitba­ ren kunststoffgebundenden Dauermagnetmaterial besteht.

6. Verfahren zum Herstellen von Magnetdichtungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 durch Spritzgießen in einer Spritzgußform mit einem zentralen Stempel für die Ausbildung einer kreisförmigen Wellendurchführung an der Dichtung, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Bildung einer ausgerundeten Ringnut (4) am Innenumfang der Dauermagnetanordnung ein elastisch verformbarer Ring (22, 22a) mit einem etwas geringeren Innendurchmesser als der zentrale Stempel (21) in die Spritzgußform (20) eingelegt wird, der nach Beendigung des Spritzvorganges aus der Rungnut (4) der Magnet­ anordnung wieder entfernt bzw. herausgelöst wird.

7. Verfahren zum Herstellen von Magnetdichtungen nach An­ spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring (22) aus einem gummielastisch verformbaren Material, wie ein O-Ring oder dergleichen, in die Spritzgußform (20) eingelegt wird.

8. Verfahren zum Herstellen von Magnetdichtungen nach An­ spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spritzgußform (20) ein mit einem Schrägschlitz (22b) versehener Ring (22a) aus einem federelastischen Material eingelegt wird. (Fig. 11).