DE4442080A1 - Dichtung für bewegte Bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung für bewegte Bauteile, wie Kolbenstangen oder Wellen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist eine Dichtung dieser Bauart mit einem Tragkörper aus Kunststoff und einem PTFE-Dichtelement bekannt (DE 35 42 211 C2), bei der das Dichtelement vor dem Einlegen in die Spritzgießform zum Umspritzen des Tragkörpers mit Ein­ schnitten versehen wird, die in unverformtem Zustand des Dichtelements geschlossen sind und die durch Verformen des Dichtelementes beim Einlegen in die Spritzgießform geöffnet werden. In diese geöffneten Einschnitte soll dann zur Her­ stellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen Tragkör­ per und PTFE-Dichtelement der eingespritzte Kunststoff ein­ dringen. Damit dies möglich ist, müßte das Dichtelement in der Spritzgießform in verformtem Zustand sicher fixiert werden, was nicht offenbart ist und sehr aufwendig wäre. Ferner ist bei einer Großserienherstellung problematisch, stets eine reproduzierbare Zentrierung des Dichtelementes gegenüber dem abzudichtenden Bauteil bei der bekannten Dichtung zu gewährleisten.

Bei einer anderen bekannten Dichtung (DE-OS 24 60 185) ist das Dichtelement zwischen zwei Metallteilen unter Zwischen­ fügung einer Dichtscheibe aus Gummi kraftschlüssig einge­ klemmt.

Aus der EP 0 615 085 ist ein integrierter Wellendichtring mit einem als Druckgußteil aus Leichtmetall bestehenden Tragkörper bekannt, an dem ein Dichtelement aus einem PTFE- Kunststoff über einen elastomeren Werkstoff anvulkanisiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung min einem Tragkörper und einem PTFE-Dichtelement zu schaffen, bei welcher eine direkte, dauerhafte Verbindung zwischen Tragkörper und Dichtelement in einfacher, für die Großse­ rienfertigung geeigneter Weise reproduzierbar hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen eine Dichtung gemäß Pa­ tentanspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10.

Besonders vorteilhaft ist dabei eine Weiterbildung, bei welcher das Dichtelement vor dem Einlegen in die Spritz­ gießform zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche, welcher mit dem Tragkörper zu verbinden ist, durch Inkorpo­ rieren einer Kunststoffkomponente modifiziert wird, welche mit dem Kunststoff des Tragkörpers identisch oder damit verträglich ist. So läßt sich beim Spritzgießen zusätzlich zu dem erzielten Formschluß eine stoffschlüssige Verbindung zwischen PTFE-Dichtelement und Tragkörper herstellen, wel­ che sich durch besonders gute statische Dichtheit auszeich­ net.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem axialen Halbschnitt eine Dichtung für eine Kolbenstange eines Kolbens;

Fig. 2 bis 5 unterschiedliche Ausführungen von Dichtungen für Wellen in axialen Halbschnitten;

Fig. 6 in einem Axialschnitt eine integrierte Dich­ tung für zwei parallele Wellen gemäß der Erfindung;

Fig. 7 eine Dichtung gemäß der Erfindung wie Fig. 2, doch mit formschlüssiger Verbindung zwischen Dichtelement und Tragkörper;

Fig. 8 einen Ausschnitt VIII in Fig. 7 in größerem Maßstab;

Fig. 9 und 10 zwei Herstellstufen einer Dichtung gemäß den Fig. 7 und 8, wobei Fig. 9 ein Formwerkzeug mit eingelegtem PTFE-Dichtelement in geöff­ netem Zustand der Form und Fig. 10 das Form­ werkzeug in geschlossenem Zustand zeigen.

In den Figuren sind der Einfachheit halber gleiche oder funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeich­ net, und zwar mit 2 und 2′ ein Tragkörper aus Kunststoff; mit 4 und 4′ Dichtelemente aus einem Polytetrafluorethylen (PTFE)-Compound (ein durch verschiedene, für Dichtungen üb­ liche Füllstoffe modifizierter PTFE-Kunststoff); mit 5 leicht konische Bohrungen, die durch Stifte zur axialen Fixierung des Dichtelementes 2 in einer Spritzgießform er­ zeugt sind; mit 6 ein bewegtes, abzudichtendes Bauteil, in Fig. 1 eine translatorisch bewegte Kolbenstange und in den Fig. 2 bis 5 und 7 drehende Wellen 6, wobei eine zweite abzudichtende Welle in Fig. 6 mit 6′ bezeichnet ist; mit 8 eine Zylinderwand in Fig. 1; mit 10 eine mit dem Dichtele­ ment einteilige Schutzlippe in Fig. 3; mit 10′ eine separat vom Dichtelement 4 vorgesehene berührende Schutzlippe in Fig. 4; mit 10′′ eine berührungsfreie Schutzlippe als Teil des Tragkörpers 2 in Fig. 5; mit 12 eine schwach V-förmige Einschnürung bzw. Hinterschneidung im Dichtelement 4 gemäß den Fig. 7 und 8; mit 13 eine Prägekante als tiefste Stelle der Hinterschneidung 12 am radial inneren Rand des Tragkör­ pers gemäß Fig. 7 und 8; mit 14 und 16 zwei relativ zuein­ ander bewegbare Formteile eines Formwerkzeuges zum Einprä­ gen der Hinterschneidung 12 beim Schließen der Formwerkzeu­ ge 14, 16 gemäß Fig. 10 in Pfeilrichtung f gemäß Fig. 9; mit 18 ein auf der zweiten Welle 6′ sitzender Laufring in Fig. 6, gegenüber dem ein im gleichen Tragkörper 2′ sitzendes zweites Dichtelement 4′ abdichtet; mit 20 ein in den Trag­ körper 2′ gemäß Fig. 6 eingesetzter Sensor oder Aktor; und mit 22 am Tragkörper 2′ angeformte Schnappverbindungen zur Befestigung eines nicht gezeigten weiteren Bauelementes.

Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff des Dichtelementes 4, 4′ und dem Kunststoff des Tragkörpers 2, 2′ ist dadurch erzielt, daß dem PTFE-Compound des Dichtelemen­ tes eine geringe Menge des Kunststoffes für den Tragkörper oder einer mit diesem Kunststoff verträglichen weiteren Komponente insbesondere aus Kunststoff beigemischt wird.

Versuche haben ergeben, daß mindestens 0,3 Gew.-% und höch­ stens 40 Gew.-% des Tragkörper-Kunststoffes dem PTFE-Kunst­ stoff des Dichtelementes beigemischt werden sollten. Die besten Ergebnisse sowohl hinsichtlich guter Dichteigen­ schaften des Dichtelementes als auch hinsichtlich einer guten stoffschlüssigen Verbindung wurden mit einer Beimi­ schung im Bereich von 5 bis 10 Gew.-% erzielt. Als zum Bei­ mischen zum PTFE-Compound des Dichtelementes besonders ge­ eignete Kunststoffe haben sich Polyphenylensulfid (PPS), Polyamid (PA) und Polyethylen (PE) erwiesen, wobei die zu­ gehörigen Tragkörper jeweils aus den entsprechenden Kunst­ stoffen PPS, PA bzw. PE bestanden. Die Kunststoffe von Tragkörper und Beimischung zum Kunststoff des Dichtelemen­ tes brauchen nicht identisch sondern lediglich miteinander verträglich im Sinne eines Stoffschlusses zu sein. Zum Bei­ spiel kann dem PTFE-Compound des Dichtelementes PE zuge­ mischt sein, während der Tragkörper aus PA gespritzt wird.

Anstelle des Beimischens der genannten Kunststoffe kann auch die Oberfläche des PTFE-Dichtelements 4 durch Inkorpo­ rieren des Tragkörper-Kunststoffes oder eines mit diesem verträglichen Kunststoff modifiziert werden. Hierzu wird dieser Kunststoff durch Aufdampfen oder Plasmapolymerisa­ tion auf die Oberfläche des Dichtelementes 4 aufgebracht. Es ist dabei bevorzugt, die Oberfläche nur in demjenigen Teilbereich zu modifizieren, welcher stoffschlüssig mit dem Tragkörper 2 direkt verbunden werden soll. Dazu wird das Dichtelement während des Aufdampfens oder der Plasmapolyme­ risation bis auf den genannten Teilbereich beispielsweise einfach abgedeckt.

Auf ein aufwendiges und umweltschädliches Abätzen des PTFE- Dichtelementes kann dabei verzichtet werden, einfaches Ent­ fetten genügt.

In allen Fällen wird das durch die Beimischung bzw. die Oberflächenbehandlung modifizierte Dichtelement in die Spritzgießform zum Herstellen der Dichtung eingelegt, wor­ auf nach Schließen der Form der Kunststoff des Tragkörpers in die Form eingespritzt wird. Dabei schmilzt das Dichtele­ ment an dem erkaltenden Kunststoff des Tragkörpers an, so daß eine dauerhafte stoffschlüssige Verbindung erzielt wird.

Gleichzeitig kann beim Schließen der Spritzgießformorm die Hinterschneidung 12 gemäß Fig. 8 in der in Fig. 9 und 10 gezeigten Weise durch Zusammendrücken der mit Anschrägungen 15, 17 versehenen Formteile 14, 16 erzeugt werden, wobei die tiefste Stelle der Hinterschneidung 12 am der Welle 6 zugewandten Rand des Tragkörpers 2 in Form eines Absatzes oder einer Prägekante 13 ausgebildet wird (Fig. 8). Die so gebildete Hinterschneidung wird beim nachfolgenden Spritz­ gießen mittels Kunststoff des Tragkörpers ausgefüllt, so daß zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Tragkörper 2 und dem PTFE-Dichtelement hergestellt wird. Eine wie in Fig. 8 aus­ gebildete Hinterschneidung hat in Versuchen hinsichtlich der schwierig zu erzielenden statischen Dichtheit die be­ sten Ergebnisse gebracht.

Im Falle der Erzeugung einer formschlüssigen Verbindung kann auf die stoffschlüssige Verbindung auch verzichtet werden und umgekehrt.

Claims (12)

1. Dichtung für bewegte Bauteile (6, 6′), wie Kolben­ stangen oder Wellen, mit einem Tragkörper (2, 2′) aus einem thermoplastischen Kunststoff und einem damit formschlüssig verbundenen Dichtelement (4, 4′) aus einem Polytetrafluorethylen-Kunststoff-Compound, das berührend gegenüber dem bewegten Bauteil (6, 6′) ab­ dichtet, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung durch das Zusammenwir­ ken zwischen einer im Dichtelement (4, 4′) dauerhaft eingeformten Hinterschneidung (12) und diese ausfül­ lenden Kunststoff des Tragkörpers (2, 2′) erzielt ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtelement (4, 4′) und dem Tragkörper (2, 2′) durch Anschmelzen erzielt ist.

3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der PTFE-Kunststoff des Dicht­ elementes (4, 4′) durch Beimischung einer geringen Menge des Kunststoffes des Tragkörpers (2, 2′) oder eines damit verträglichen Kunststoffes modifiziert ist.

4. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beigemischte Menge zwischen 0,3 und 40 Gew.-% liegt.

5. Dichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beigemischte Menge zwischen 5 und 10 Gew.-% liegt.

6. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberfläche des Dichtele­ ments durch Inkorporieren einer Komponente des Kunststoffs des Tragkörpers oder einer damit ver­ träglichen Komponente mindestens in demjenigen Be­ reich modifiziert ist, in welchem die stoffschlüssi­ ge Verbindung herzustellen ist.

7. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberfläche durch Aufdampfen der Komponente modifiziert ist.

8. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberfläche durch Plasmapo­ lymerisation der Komponente modifiziert ist.

9. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschnei­ dung (12) von einer im Querschnitt schwach V-förmi­ gen Einschnürung des Querschnitts des Dichtelementes (4, 4′) mit einer am Rand des Tragkörpers (2) gelege­ nen tiefsten Stelle (13) gebildet ist.

10. Verfahren zum Herstellen einer Dichtung für bewegte Bauteile (6, 6′), wie Kolbenstangen oder Wellen, mit einem Tragkörper (2, 2′) aus einem thermoplasti­ schen Kunststoff und einem damit formschlüssig ver­ bundenen Dichtelement (4, 4′) aus einem Polytetra­ fluorethylen-Kunststoff, das berührend gegenüber dem bewegten Bauteil (6, 6′) abdichtet, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Dichtelement (4, 4′) in eine Spritzgießform eingelegt wird und beim Schließen des Formwerkzeugs dauerhaft eine Hinter­ schneidung (12) in das Dichtelement (4, 4′) durch lokale Druckausübung eingeformt wird und daß beim nachfolgenden Einspritzen von thermoplastischem Kunststoff zum Formen des Tragkörpers (2, 2′) eine Teilmenge dieses Kunststoffs in die Hinterschneidung (12) fließt und diese ausfüllt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die tiefste Stelle der Hinter­ schneidung (12) am Rand des Tragkörpers (2) ausge­ bildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dichtelement (4, 4′) vor dem Einlegen in die Spritzgießform zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche, welcher mit dem Trag­ körper zu verbinden ist, durch Inkorporieren einer Kunststoffkomponente modifiziert wird, welche mit dem Kunststoff des Tragkörpers (2, 2′) identisch oder damit verträglich ist.