EP0410985A1 - Magnetic sealing device and process for producing the same - Google Patents

Magnetic sealing device and process for producing the same

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Publication number
EP0410985A1
EP0410985A1 EP89904056A EP89904056A EP0410985A1 EP 0410985 A1 EP0410985 A1 EP 0410985A1 EP 89904056 A EP89904056 A EP 89904056A EP 89904056 A EP89904056 A EP 89904056A EP 0410985 A1 EP0410985 A1 EP 0410985A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sealing
sealing ring
ring
sealing device
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP89904056A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Manfred Diesing
Walter Schuhmacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elring Dichtungswerke GmbH
Original Assignee
Elring Dichtungswerke GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elring Dichtungswerke GmbH filed Critical Elring Dichtungswerke GmbH
Publication of EP0410985A1 publication Critical patent/EP0410985A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
    • F16J15/43—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid kept in sealing position by magnetic force
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F13/00—Apparatus or processes for magnetising or demagnetising
    • H01F13/003—Methods and devices for magnetising permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
    • H01F7/0231—Magnetic circuits with PM for power or force generation
    • H01F7/0236—Magnetic suspension or levitation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/76—Sealings of ball or roller bearings
    • F16C33/762—Sealings of ball or roller bearings by means of a fluid
    • F16C33/763—Sealings of ball or roller bearings by means of a fluid retained in the sealing gap
    • F16C33/765—Sealings of ball or roller bearings by means of a fluid retained in the sealing gap by a magnetic field

Definitions

  • the invention relates to a magnetic sealing device with a sealing ring made of a permanently magnetized plastic body, which encloses a rotatably mounted shaft and is provided with an annular recess on its side facing the shaft, with the areas of the sealing ring located on the side of this recess acting as pole rings and with form a gap on the surface of the shaft that is filled with ferrofluid.
  • the invention also relates to a method for producing such a sealing device.
  • Magnetic sealing devices are known for example from DE-PS 36 44 697 and DE-PS 37 13 567.
  • the ring-shaped sealing device is pressed into a housing with its outer peripheral surface.
  • the ferrofluid is held in the air gap under the two pole rings by the closed magnetic flux that forms. This ensures a gas-tight seal between the left and right sides of the sealing device.
  • the pole rings machined from a permanent-magnetic plastic block are separated from one another by an annular recess in the form of a rectangular incision. separates.
  • the known devices have the following disadvantages:
  • the rectangular incision makes the two pole rings susceptible to break-out, mainly when the sealing device is pressed into the housing.
  • the ring-shaped plastic body is magnetized in the axial direction, ie the magnetic north pole is on the left side of the seal and the magnetic south pole is on the right side. Because of this axial magnetization, only a limited sealing effect can be achieved in the area of the ferrofluid, since the density of the magnetic flux is relatively small there. Because of the axially directed magnetization, the known sealing device must be pressed into a housing made of non-magnetic material so that no magnetic short circuit occurs in the area of the press fit, which would weaken the usable magnetic flux of force at the two pole rings.
  • the known sealing device Due to the rectangular incision between the two pole rings, the lines of magnetic force are very strongly deflected at the two corners of the incision, which results in losses in the magnetic flux and a reduced sealing effect.
  • static sealing on the radially outer peripheral surface of the seal, ie where it is pressed into the housing, the known sealing device has a larger outer diameter than the inner diameter of the housing.
  • the elastic bias of the plastic body forming the seal When pressed into the housing is thus statically sealed by the elastic bias of the plastic body forming the seal.
  • scores can easily form in the housing or in the outer peripheral surface or even deformation of the entire magnetic seal, which can also lead to an unsatisfactory sealing effect.
  • the object is achieved according to the invention in that the recess between the two pole rings tapers radially outwards in cross section, and that the plastic body is magnetized in an arc shape in the region of the pole rings.
  • the two pole rings themselves become more stable and less sensitive to the risk of breaking out.
  • the curved lines of force result in a strong magnetic flux, which increases the sealing effect in the area of the ferrofluid.
  • FIG. 1 schematically shows a magnetic shaft seal in axial section
  • FIG. 2 shows a schematic of an arrangement for generating an arcuate magnetic flux in the shaft seal according to FIG. 1;
  • FIG. 3 Schematically the shape of the outer to 6 peripheral surface of the shaft seal according to FIG. 1;
  • Fig. 7 shows schematically measures to improve the static sealing on the outer peripheral surface of the seal according to Fig. 1 and
  • FIG. 11 shows a shaft sealing ring with a spacer collar.
  • the sealing device comprises a sealing ring 1 made of a magnetizable plastic body on which two pole rings are formed on both sides of an annular recess 2 .
  • the lines of magnetic force 4 run in an arc in the pole rings 3 and in a rotatably mounted shaft 5 surrounded by the pole rings 3 , with the lines of force in the sealing ring 1 essentially following the contour of the recess 2 .
  • the plastic body of the sealing ring 1 is pressed into an outer housing 6 in a sealed manner.
  • the radially inner, cylindrical surfaces of the pole shoes 3 together with the surface of the shaft 5 form an (air) gap in which known manner, a ferrofluid 7, ie a liquid containing magnetizable particles, is introduced.
  • the ferrofluid 7 is held in the gap by the curved lines of magnetic force 4 and seals between the pole rings 3 and the shaft 5 in a gas-tight manner.
  • the recess 2 between the two pole rings 3 is arcuate in the area of its base.
  • the magnetic lines of force 4 there - in contrast to a rectangular recess - more magnetizable material is available, so that they can run there more evenly and densely and overall lead to a stronger flow of force in the area of the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5 lead.
  • the two legs of the pole rings could also taper towards one another radially outwards, in which case the tip could also be rounded. Because of the curved lines of magnetic force 4, the only thing that matters in the cross-sectional design of the recess 2 is that it tapers radially outwards in order to provide enough space for the lines of force 4.
  • sealing ring 1 On the radially outer peripheral surface of the sealing ring 1 is to reduce the force required to press the Rin ⁇ es 1 in the housing 6 and to increase the static tightness a sealing profile 10 formed in the form of a circumferential groove.
  • Two chamfers 8 provided on the respective outer edges of the sealing ring 1 facilitate the precise centering of the ring 1 before and during pressing in.
  • the area 9 of the sealing ring 1 there is no magnetization of the plastic body forming the ring.
  • FIG. 2 schematically shows a method and a device for generating an arc-shaped course of magnetic lines of force in the sealing ring 1 by mutual induction magnetization.
  • a ring 22 or else a disk made of an electrically conductive material (metal) is placed or glued onto a lower part 23 made of non-magnetizable plastic.
  • the ring 22 or disc could also be permanent magnets.
  • the (not yet magnetized) sealing ring 1 is centered in the lower part 23 and held, e.g. clamped, by an upper part 24.
  • the entire holding device, consisting of the lower and upper parts 23, 24, is located inside a magnetizing coil 25, the axis of which runs parallel to the direction of the arrow F.
  • a strong magnetic field running axially in the direction of the arrow F is generated in the coil 25 by a capacitor discharge. Due to the eddy currents occurring in the material of the ring 22 or the disk or due to the opposite polarity of the ring 22 or the disk designed as permanent man a magnetic field opposite to the axially directed field of the magnetizing coil 25 is generated, which deflects the axially running field in an arc and thereby magnetizes the sealing ring 1 accordingly.
  • the field lines 26, as indicated in the left half of Fig. 2 are arcuate in the manner shown in the region of the sealing ring, so that later in the arrangement according to Fig. 1 they are essentially perpendicular to the opposing surfaces of the pole rings 3 and the shaft 5 run.
  • sealing rings 1 can also be magnetized in an arc shape at the same time.
  • the outer peripheral surface of the sealing ring 1 is coated with a coating 41 made of an elastomer with a wavy surface configuration in order to improve the static sealing effect of the ring 1 in the housing 6.
  • the elastomer 41 is arranged in a corresponding groove on the outer peripheral surface of the sealing ring 1 .
  • an O-ring 42 made of elastomeric material is inserted into an outer groove of the sealing ring 1 for the purpose of improved sealing.
  • the coating with the elastomer 41 (FIGS. 7 and 8) can be firmly connected to the sealing ring 1 by vulcanization or by gluing.
  • FIG. 7 the outer peripheral surface of the sealing ring 1
  • the outer peripheral surface of the sealing ring 1 which can still be quite rough, for example, is coated with a non-outgassing grease or a sealing lacquer 51, for example based on polyurethane. This also ensures better static sealing, since the sealing lacquer 51 can penetrate into surface roughnesses of the housing when the sealing ring 1 is pressed into the housing 6 .
  • a conventional ball bearing ring 71 is first inserted into a corresponding recess in the housing 6 . Then a sealing ring 1 of the type described is pressed. In a departure from the previously described embodiments, the sealing ring according to FIG. This fixes the position of the sealing ring 1 in the housing 6 and the distance between the ball bearing ring 71 and the sealing ring 1 .
  • an essential feature of the invention consists in the arcuate course of the magnetic flux, which leads to an improved retention of the ferrofluid 7 in the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5.
  • the elementary magnets in the plastic body of the sealing ring 1 are aligned accordingly by this arcuate magnetic flux.
  • the arcuate magnetization of the sealing ring 1 leads to the further effect that the ring can also be pressed into a housing 6 made of magnetically conductive material, because the arcuate magnetization shape creates a non-magnetic area in the radially outer area 9 of the sealing ring 1, with the help of which magnetic Short circuits on the outer circumference of the ring 1 can be avoided.
  • the press-in forces can be reduced and/or the static sealing properties of the sealing rings 1 can be improved. Deformation of the sealing ring when it is pressed in or damage to the receiving bore in the housing 6 is thus ruled out.
  • the invention relates to a magnetic sealing device with a sealing ring made of a permanently magnetized plastic body, which encloses a rotatably mounted shaft and is provided with an annular recess on its side facing the shaft, with the areas of the sealing ring on the side of this recess acting as pole rings and form a gap with the surface of the shaft that is filled with ferrofluid.
  • the invention also relates to a method for producing such a sealing device.
  • Magnetic sealing devices are known for example from DE-PS 36 44 697 and DE-PS 37 13 567.
  • the ring-shaped sealing device is pressed into a housing with its outer peripheral surface.
  • the ferrofluid is held in the air gap under the two pole rings by the closed magnetic flux that forms. This ensures a gas-tight seal between the left and right sides of the sealing device.
  • the pole rings machined from a permanent-magnetic plastic block are separated from one another by an annular recess in the form of a rectangular incision separates.
  • the known devices have the following disadvantages:
  • the rectangular incision makes the two pole rings susceptible to break-out, mainly when the sealing device is pressed into the housing.
  • the ring-shaped plastic body is magnetized in the axial direction, ie the magnetic north pole is on the left side of the seal and the magnetic south pole is on the right side. Because of this axial magnetization, only a limited sealing effect can be achieved in the area of the ferrofluid, since the density of the magnetic flux is relatively small there. Because of the axially directed magnetization, the known sealing device must be pressed into a housing made of non-magnetic material so that no magnetic short circuit occurs in the area of the press fit, which would weaken the usable magnetic flux of force at the two pole rings.
  • the known sealing device Due to the rectangular incision between the two pole rings, the lines of magnetic force are very strongly deflected at the two corners of the incision, which results in losses in the magnetic flux and a reduced sealing effect.
  • static sealing on the radially outer peripheral surface of the seal, ie where it is pressed into the housing, the known sealing device has a larger outer diameter than the inner diameter of the housing.
  • the elastic bias of the plastic body forming the seal When pressed into the housing is thus statically sealed by the elastic bias of the plastic body forming the seal.
  • scores can easily form in the housing or in the outer peripheral surface or even deformation of the entire magnetic seal, which can also lead to an inadequate sealing effect.
  • the object of the invention is to remedy the deficiencies described and to improve a generic seal in such a way that the sealing effect is significantly increased while ensuring simple production and magnetization of the seal and easy installation and removal of the same.
  • the object is achieved according to the invention in that the recess between the two pole rings tapers radially outwards in cross section, and that the plastic body is magnetized in an arc shape in the region of the pole rings.
  • the two pole rings themselves become more stable and less sensitive to the risk of breaking out.
  • the curved lines of force result in a strong magnetic flux, which increases the sealing effect in the area of the ferrofluid.
  • FIG. 1 schematically shows a magnetic shaft seal in axial section
  • FIG. 2 shows a schematic of an arrangement for generating a magnetic flux running in an arc in the shaft seal according to FIG. 1 ;
  • FIG. 3 Schematically the shape of the outer to 6 peripheral surface of the shaft seal according to FIG. 1;
  • Fig. 7 shows schematically measures to improve the static sealing on the outer peripheral surface of the seal according to Fig. 1 and
  • FIG. 11 shows a shaft sealing ring with a spacer collar.
  • the sealing device comprises a sealing ring 1 made of a magnetizable plastic body on which two pole rings are formed on both sides of an annular recess 2 .
  • the lines of magnetic force 4 run in an arc in the pole rings 3 and in a rotatably mounted shaft 5 surrounded by the pole rings 3 , with the lines of force in the sealing ring 1 essentially following the contour of the recess 2 .
  • the plastic body of the sealing ring 1 is pressed into an outer housing 6 in a sealed manner.
  • the radially inner, cylindrical surfaces of the pole shoes 3 together with the surface of the shaft 5 form an (air) gap in which known manner, a ferrofluid 7, ie a liquid containing magnetizable particles, is introduced.
  • the ferrofluid 7 is held in the gap by the curved lines of magnetic force 4 and seals between the pole rings 3 and the shaft 5 in a gas-tight manner.
  • the recess 2 between the two pole rings 3 is arcuate in the area of its base.
  • the lines of magnetic force 4 there - in contrast to a rectangular recess - more magnetizable material is available, so that they can run there more evenly and densely and overall lead to a stronger flow of force in the 3 area of the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5 lead. Since the ferrofluid is held more stably in the air gap by a stronger magnetic flux, its sealing effect is significantly increased overall by the design of the sealing ring described.
  • the two legs of the Pcl rings could also taper towards one another radially outwards, in which case the tip could also be rounded. Because of the curved lines of magnetic force 4, the only thing that matters in the cross-sectional design of the recess 2 is that it tapers radially outwards in order to provide enough space for the lines of force 4.
  • sealing ring 1 On the radially outer peripheral surface of the sealing ring 1 is to reduce the force required to press the ring 1 into the housing 6 and to increase it the static tightness a sealing profile 10 formed in the form of a circumferential groove.
  • Two chamfers 8 provided on the respective outer edges of the sealing ring 1 facilitate the precise centering of the ring 1 before and during pressing in.
  • the area 9 of the sealing ring 1 there is no magnetization of the plastic body forming the ring.
  • FIG. 2 schematically shows a method and a device for generating an arc-shaped course of magnetic lines of force in the sealing ring 1 by mutual induction magnetization.
  • a ring 22 or else a disk made of an electrically conductive material (metal) is placed or glued onto a lower part 23 made of non-magnetizable plastic.
  • the ring 22 or disc could also be permanent magnets.
  • the (not yet magnetized) sealing ring 1 is centered in the lower part 23 and held, e.g. clamped, by an upper part 24.
  • the entire holding device consisting of the lower and upper parts 23, 24 is located inside a magnetizing coil 25, the axis of which runs parallel to the direction of the arrow F.
  • a strong magnetic field running axially in the direction of the arrow F is generated in the coil 25 by a capacitor discharge. Due to the eddy currents occurring in the material of the ring 22 or the disk or due to the opposite contact of the ring 22 or the disk, which is designed as a permanent magnet a magnetic field opposite to the axially directed field of the magnetizing coil 25 is generated, which deflects the axially extending field in an arc and thereby magnetizes the sealing ring 1 accordingly.
  • the field lines 26, as indicated in the left half of Fig. 2 are arcuate in the manner shown in the region of the sealing ring, so that later in the arrangement according to Fig. 1 they are essentially perpendicular to the opposing surfaces of the pole rings 3 and the shaft 5 run.
  • sealing rings 1 can also be magnetized in an arc shape at the same time.
  • the outer peripheral surface of the sealing ring 1 is coated with a coating 41 made of an elastomer with a wavy surface configuration in order to improve the static sealing effect of the ring 1 in the housing 6.
  • the elastomer 41 is arranged in a corresponding groove on the outer peripheral surface of the sealing ring 1 .
  • an O-ring 42 made of elastomeric material is inserted into an outer groove of the sealing ring 1 for the purpose of improved sealing.
  • the coating with the elastomer 41 (FIGS. 7 and 8) can be firmly connected to the sealing ring 1 by vulcanizing or by gluing.
  • FIG. 7 the outer peripheral surface of the sealing ring 1
  • the outer peripheral surface of the sealing ring 1 which can still be quite rough, for example, is coated with a non-outgassing grease or a sealing lacquer 51, for example based on polyurethane. This also ensures better static sealing, since the sealing lacquer 51 can penetrate into surface roughnesses of the housing when the sealing ring 1 is pressed into the housing 6 .
  • a conventional ball bearing ring 71 is first inserted into a corresponding recess in the housing 6 . Then a sealing ring 1 of the type described is pressed. In a departure from the previously described embodiments, the sealing ring according to FIG. This fixes the position of the sealing ring 1 in the housing 6 and the distance between the ball bearing ring 71 and the sealing ring 1 .
  • an essential feature of the invention consists in the arcuate course of the magnetic flux, which leads to an improved retention of the ferrofluid 7 in the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5.
  • the elementary magnets in the plastic body of the sealing ring 1 are aligned accordingly by this arcuate magnetic flux.
  • the arcuate magnetization of the sealing ring 1 leads to the further effect that the ring can also be pressed into a housing 6 made of magnetically conductive material, because the arcuate magnetization shape creates a non-magnetic area in the radially outer area 9 of the sealing ring 1, with the help of which magnetic Short circuits on the outer circumference of the ring 1 can be avoided.
  • the press-in forces can be reduced and/or the static sealing properties of the sealing rings 1 can be improved. Deformation of the sealing ring when it is pressed in or damage to the receiving bore in the housing 6 is thus ruled out.
  • the invention relates to a magnetic sealing device with a sealing ring made of a permanently magnetized plastic body, which encloses a rotatably mounted shaft and is provided with an annular recess on its side facing the shaft, with the areas of the sealing ring on the side of this recess acting as pole rings and with form a gap on the surface of the shaft that is filled with ferrofluid.
  • the invention also relates to a method for producing such a sealing device.
  • Magnetic sealing devices are known for example from DE-PS 36 44 697 and DE-PS 37 13 567.
  • the ring-shaped sealing device is pressed into a housing with its outer peripheral surface.
  • the ferrofluid is held in the air gap under the two pole rings by the closed magnetic flux that forms. This ensures a gas-tight seal between the left and right sides of the sealing device.
  • the pole rings machined from a permanent-magnetic plastic block are separated from one another by an annular recess in the form of a rectangular incision separates.
  • the known devices have the following disadvantages:
  • the rectangular incision makes the two pole rings susceptible to break-out, mainly when the sealing device is pressed into the housing.
  • the ring-shaped plastic body is magnetized in the axial direction, ie the magnetic north pole is on the left side of the seal and the magnetic south pole is on the right side. Because of this axial magnetization, only a limited sealing effect can be achieved in the area of the ferrofluid, since the density of the magnetic flux is relatively small there. Because of the axially directed magnetization, the known sealing device must be pressed into a housing made of non-magnetic material so that no magnetic short circuit occurs in the area of the press fit, which would weaken the usable magnetic flux of force at the two pole rings.
  • the known sealing device Due to the rectangular incision between the two pole rings, the lines of magnetic force are very strongly deflected at the two corners of the incision, which results in losses in the magnetic flux and a reduced sealing effect.
  • static sealing on the radially outer peripheral surface of the seal, ie where it is pressed into the housing, the known sealing device has a larger outer diameter than the inner diameter of the housing.
  • the elastic bias of the plastic body forming the seal When pressed into the housing is thus statically sealed by the elastic bias of the plastic body forming the seal.
  • scores can easily form in the housing or in the outer peripheral surface or even deformation of the entire magnetic seal, which can also lead to an inadequate sealing effect.
  • the object of the invention is to remedy the deficiencies described and to improve a generic seal in such a way that the sealing effect is significantly increased while ensuring simple production and magnetization of the seal and easy installation and removal of the same.
  • the object is achieved according to the invention in that the recess between the two pole rings tapers radially outwards in cross section, and that the plastic body is magnetized in an arc shape in the region of the pole rings.
  • the two pole rings themselves become more stable and less sensitive to the risk of breaking out.
  • the curved lines of force result in a strong magnetic flux, which increases the sealing effect in the area of the ferrofluid.
  • FIG. 1 schematically shows a magnetic shaft seal in axial section
  • FIG. 2 shows a schematic of an arrangement for generating an arcuate magnetic flux in the shaft seal according to FIG. 1;
  • Fig. 7 shows schematically measures to improve the static sealing on the outer peripheral surface of the seal according to Fig. 1 and
  • FIG. 11 shows a shaft sealing ring with a spacer collar.
  • the sealing device comprises a sealing ring 1 made of a magnetizable plastic body on which two pole rings are formed on both sides of an annular recess 2 .
  • the lines of magnetic force 4 run in an arc in the pole rings 3 and in a rotatably mounted shaft 5 surrounded by the pole rings 3 , with the lines of force in the sealing ring 1 essentially following the contour of the recess 2 .
  • the plastic body of the sealing ring 1 is pressed into an outer housing 6 in a sealed manner.
  • the radially inner, cylindrical surfaces of the pole shoes 3 together with the surface of the shaft 5 form an (air) gap in which known manner, a ferrofluid 7, ie a liquid containing magnetizable particles, is introduced.
  • the ferrofluid 7 is held in the gap by the curved lines of magnetic force 4 and seals between the pole rings 3 and the shaft 5 in a gas-tight manner.
  • the recess 2 between the two pole rings 3 is arcuate in the area of its base.
  • the lines of magnetic force 4 there - in contrast to a rectangular recess - more magnetizable material is available, so that they can run there more evenly and densely and overall lead to a stronger flow of force in the area of the air gap between the Pci rings 3 and the shaft 5 lead. Since the ferrofluid is held more stably in the air gap by a stronger magnetic flux, its sealing effect is significantly increased overall by the design of the sealing ring described.
  • the two legs of the pole rings could also taper towards one another radially outwards, in which case the tip could also be rounded. Because of the curved lines of magnetic force 4, the only thing that matters in the cross-sectional design of the recess 2 is that it tapers radially outwards in order to provide enough space for the lines of force 4.
  • sealing ring 1 On the radially outer circumferential surface of the sealing ring 1 is to reduce the force required when pressing the ring 1 into the housing 6 and to increase the static tightness a sealing profile 10 formed in the form of a circumferential groove.
  • Two chamfers 8 provided on the respective outer edges of the sealing ring 1 facilitate the precise centering of the ring 1 before and during pressing in.
  • the area 9 of the sealing ring 1 there is no magnetization of the plastic body forming the ring.
  • FIG. 2 schematically shows a method and a device for generating an arcuate course of magnetic lines of force in the sealing ring 1 by mutual induction magnetization.
  • a ring 22 or else a disk made of an electrically conductive material (metal) is placed or glued onto a lower part 23 made of non-magnetizable plastic.
  • the ring 22 or disc could also be permanent magnets.
  • the (not yet magnetized) sealing ring 1 is centered in the lower part 23 and held, e.g. clamped, by an upper part 24.
  • the entire holding device, consisting of the lower and upper parts 23, 24, is located inside a magnetizing coil 25, the axis of which runs parallel to the direction of the arrow F.
  • a strong magnetic field running axially in the direction of the arrow F is generated in the coil 25 by a capacitor discharge. Due to the eddy currents occurring in the material of the ring 22 or the disk or due to the opposite polarity of the ring 22 or the disk designed as a permanent magnet a magnetic field opposite to the axially directed field of the magnetizing coil 25 is generated, which deflects the axially extending field in an arc and thereby magnetizes the sealing ring 1 accordingly.
  • the field lines 26, as indicated in the left half of Fig. 2 are curved in the manner shown in the region of the sealing ring, so that later in the arrangement according to Fig. 1 they are essentially perpendicular to the opposing surfaces of the pole rings 3 and the shaft 5 run.
  • sealing rings 1 can also be magnetized in an arc shape at the same time.
  • the outer peripheral surface of the sealing ring 1 is coated with a coating 41 made of an elastomer with a wavy surface configuration in order to improve the static sealing effect of the ring 1 in the housing 6.
  • the elastomer 41 is arranged in a corresponding groove on the outer peripheral surface of the sealing ring 1 .
  • an O-ring 42 made of elastomeric material is inserted into an outer groove of the sealing ring 1 for the purpose of improved sealing.
  • the coating with the elastomer 41 (FIGS. 7 and 8) can be firmly connected to the sealing ring 1 by vulcanizing or by gluing.
  • FIG. 7 the outer peripheral surface of the sealing ring 1
  • the outer peripheral surface of the sealing ring 1 which can still be quite rough, for example, is coated with a non-outgassing grease or a sealing lacquer 51, for example based on polyurethane. This also ensures better static sealing, since the sealing lacquer 51 can penetrate into surface roughnesses of the housing when the sealing ring 1 is pressed into the housing 6 .
  • a conventional ball bearing ring 71 is first inserted into a corresponding recess in the housing 6 . Then a sealing ring 1 of the type described is pressed. In a departure from the previously described embodiments, the sealing ring according to FIG. This fixes the position of the sealing ring 1 in the housing 6 and the distance between the ball bearing ring 71 and the sealing ring 1 .
  • an essential feature of the invention consists in the curved course of the magnetic flux, which leads to improved retention of the ferrofluid 7 in the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5.
  • the elementary magnets in the plastic body of the sealing ring 1 are aligned accordingly by this arcuate magnetic flux.
  • the arcuate magnetization of the sealing ring 1 leads to the further effect that the ring can also be pressed into a housing 6 made of magnetically conductive material, because the arcuate magnetization shape in the radially outer area 9 of the sealing ring 1 creates a non-magnetic area with which help magnetic Short circuits on the outer circumference of the ring 1 can be avoided.
  • the press-in forces can be reduced and/or the static sealing properties of the sealing rings 1 can be improved. Deformation of the sealing ring when it is pressed in or damage to the receiving bore in the housing 6 is thus ruled out.
  • the invention relates to a magnetic sealing device with a sealing ring made of a permanently magnetized plastic body, which encloses a rotatably mounted shaft and is provided with an annular recess on its side facing the shaft, with the areas of the sealing ring on the side of this recess acting as pole rings and with the Surface of the shaft ever form a gap that is filled with ferrofluid.
  • the invention also relates to a method for producing such a sealing device.
  • Magnetic sealing devices are known for example from DE-PS 36 44 697 and DE-PS 37 13 567.
  • the ring-shaped sealing device is pressed into a housing with its outer peripheral surface.
  • the ferrofluid is held in the air gap under the two pole rings by the closed magnetic flux that forms. This ensures a gas-tight seal between the left and right sides of the sealing device.
  • the pole rings machined from a permanent-magnetic plastic block are separated from one another by an annular recess in the form of a rectangular incision separates.
  • the known devices have the following disadvantages:
  • the rectangular incision makes the two pole rings susceptible to break-out, mainly when the sealing device is pressed into the housing.
  • the ring-shaped plastic body is magnetized in the axial direction, ie the magnetic north pole is on the left side of the seal and the magnetic south pole is on the right side. Because of this axial magnetization, only a limited sealing effect can be achieved in the area of the ferrofluid, since the density of the magnetic flux is relatively small there. Because of the axially directed magnetization, the known sealing device must be pressed into a housing made of non-magnetic material so that no magnetic short circuit occurs in the area of the press fit, which would weaken the usable magnetic flux of force at the two pole rings.
  • the known sealing device Due to the rectangular incision between the two pole rings, the lines of magnetic force are very strongly deflected at the two corners of the incision, which results in losses in the magnetic flux and a reduced sealing effect.
  • static sealing on the radially outer peripheral surface of the seal, ie where it is pressed into the housing, the known sealing device has a larger outer diameter than the inner diameter of the housing.
  • the elastic bias of the plastic body forming the seal When pressed into the housing is thus statically sealed by the elastic bias of the plastic body forming the seal.
  • scores can easily form in the housing or in the outer peripheral surface or even deformation of the entire magnetic seal, which can also lead to an inadequate sealing effect.
  • the object is achieved according to the invention in that the recess between the two pole rings tapers radially outwards in cross section, and that the plastic body is magnetized in an arc shape in the region of the pole rings.
  • the two pole rings themselves become more stable and less sensitive to the risk of breaking out.
  • the curved lines of force result in a strong magnetic flux, which increases the sealing effect in the area of the ferrofluid.
  • FIG. 1 schematically shows a magnetic shaft seal in axial section
  • FIG. 2 shows a schematic of an arrangement for generating an arcuate magnetic flux in the shaft seal according to FIG. 1;
  • FIG. 3 schematically shows the shape of the outer to 6 peripheral surface of the shaft seal according to FIG. 1;
  • Fig. 7 shows schematically measures to improve the static sealing on the outer peripheral surface of the seal according to Fig. 1 and
  • FIG. 11 shows a shaft sealing ring with a spacer collar.
  • the sealing device comprises a sealing ring 1 made of a magnetizable plastic body on which two pole rings are formed on both sides of an annular recess 2 .
  • the lines of magnetic force 4 run in an arc in the pole rings 3 and in a rotatably mounted shaft 5 surrounded by the pole rings 3 , with the lines of force in the sealing ring 1 essentially following the contour of the recess 2 .
  • the plastic body of the sealing ring 1 is pressed into an outer housing 6 in a sealed manner.
  • the radially inner, cylindrical surfaces of the pole shoes 3 together with the surface of the shaft 5 form an (air) gap in which known manner, a ferrofluid 7, ie a liquid containing magnetizable particles, is introduced.
  • the ferrofluid 7 is held in the gap by the curved lines of magnetic force 4 and seals between the pole rings 3 and the shaft 5 in a gas-tight manner.
  • the recess 2 between the two pole rings 3 is arcuate in the area of its base.
  • there is more magnetizable material available for the magnetic lines of force 4 - in contrast to a recess formed at right angles - so that they can run more evenly and densely there and overall result in a stronger flow of force in the area of the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5 lead. Since the ferrofluid is held more stably in the air gap by a stronger magnetic flux, its sealing effect is significantly increased overall by the design of the sealing ring described.
  • the two legs of the pole rings could also taper towards one another radially outwards, in which case the tip could also be rounded. Because of the curved lines of magnetic force 4, the only thing that matters in the cross-sectional design of the recess 2 is that it tapers radially outwards in order to provide enough space for the lines of force 4.
  • sealing ring 1 On the radially outer circumferential surface of the sealing ring 1 is to reduce the force required when pressing the ring 1 into the housing 6 and to increase the static tightness a sealing profile 10 formed in the form of a circumferential groove.
  • Two chamfers 8 provided on the respective outer edges of the sealing ring 1 facilitate the precise centering of the ring 1 before and during pressing in.
  • the area 9 of the sealing ring 1 there is no magnetization of the plastic body forming the ring.
  • FIG. 2 schematically shows a method and a device for generating an arc-shaped course of magnetic lines of force in the sealing ring 1 by mutual induction magnetization.
  • a ring 22 or else a disk made of an electrically conductive material (metal) is placed or glued onto a lower part 23 made of non-magnetizable plastic.
  • the ring 22 or disc could also be permanent magnets.
  • the (not yet magnetized) sealing ring 1 is centered in the lower part 23 and held, e.g. clamped, by an upper part 24.
  • the entire holding device, consisting of the lower and upper parts 23, 24, is located inside a magnetizing coil 25, the axis of which runs parallel to the direction of the arrow F.
  • a strong magnetic field running axially in the direction of the arrow F is generated in the coil 25 by a capacitor discharge. Due to the eddy currents occurring in the material of the ring 22 or the disk or due to the opposite polarity of the ring 22 designed as a permanent magnet or the disk a magnetic field opposite to the axially directed field of the magnetizing coil 25 is generated, which deflects the axially extending field in an arc and thereby magnetizes the sealing ring 1 accordingly.
  • the field lines 26, as indicated in the left half of Fig. 2 are arcuate in the manner shown in the region of the sealing ring, so that later in the arrangement according to Fig. 1 they are essentially perpendicular to the opposing surfaces of the pole rings 3 and the shaft 5 run.
  • sealing rings 1 can also be magnetized in an arc shape at the same time.
  • the outer peripheral surface of the sealing ring 1 is coated with a coating 41 made of an elastomer with a wavy surface configuration in order to improve the static sealing effect of the ring 1 in the housing 6.
  • the elastomer 41 is arranged in a corresponding groove on the outer peripheral surface of the sealing ring 1 .
  • an O-ring 42 made of elastomeric material is inserted into an outer groove of the sealing ring 1 for the purpose of improved sealing.
  • the coating with the elastomer 41 (FIGS. 7 and 8) can be firmly connected to the sealing ring 1 by vulcanizing or by gluing.
  • FIG. 7 the outer peripheral surface of the sealing ring 1
  • the outer peripheral surface of the sealing ring 1 which can still be quite rough, for example, is coated with a non-outgassing grease or a sealing lacquer 51, for example based on polyurethane. This also ensures better static sealing, since the sealing lacquer 51 can penetrate into surface roughnesses of the housing when the sealing ring 1 is pressed into the housing 6 .
  • a conventional ball bearing ring 71 is first inserted into a corresponding recess in the housing 6 . Then a sealing ring 1 of the type described is pressed. In a departure from the previously described embodiments, the sealing ring according to FIG. This fixes the position of the sealing ring 1 in the housing 6 and the distance between the ball bearing ring 71 and the sealing ring 1 .
  • an essential feature of the invention is the arc-shaped course of the magnetic flux, which leads to improved aging of the ferrofluid 7 in the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5.
  • the elementary magnets in the plastic body of the sealing ring 1 are aligned accordingly by this arcuate magnetic flux.
  • the arcuate magnetization of the sealing ring 1 leads to the further effect that the ring can also be pressed into a housing 6 made of magnetically conductive material, because the arcuate magnetization shape creates a non-magnetic area in the radially outer area 9 of the sealing ring 1, with the help of which magnetic Short circuits on the outer circumference of the ring 1 can be avoided.
  • the press-in forces can be reduced and/or the static sealing properties of the sealing rings 1 can be improved. Deformation of the sealing ring when it is pressed in or damage to the receiving bore in the housing 6 is thus ruled out.

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Abstract

Une garniture magnétique d'étanchéité pour arbres comprend une bague d'étanchéité (1) en un plastique magnétisé de manière permanente qui entoure un arbre (5) rotatif et qui est pourvue du côté qui fait face à l'arbre (15) d'un évidement annulaire (2). Les régions de la bague d'étanchéité situées de part et d'autre de cet évidement annulaire (2) agissent comme des pôles annulaires (3) et forment avec la surface de l'arbre (5) chacune une fente remplie de ferrofluide (7). L'évidement annulaire (2) entre les deux pôles annulaires (3) se rétrécit radialement vers l'extérieur, de préférence en formant un arc ou une pointe, et la bague d'étanchéité (1) est pourvue d'un champ magnétique courbe au niveau de ses pôles annulaires (3).A magnetic seal for trees comprises a permanently magnetized plastic seal ring (1) which surrounds a rotary shaft (5) and which is provided on the side which faces the shaft (15). an annular recess (2). The regions of the sealing ring located on either side of this annular recess (2) act as annular poles (3) and form with the surface of the shaft (5) each a slot filled with ferrofluid (7 ). The annular recess (2) between the two annular poles (3) narrows radially outwards, preferably by forming an arc or a point, and the sealing ring (1) is provided with a curved magnetic field at its annular poles (3).

Description

Magnetische DichtungsvorrÄchtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Magnetic sealing device and method for its manufacture
Die Erfindung betrifft eine magnetische Dichtungsvorrichtung mit einem Dichtring aus einem permanent magnetisierten Kunststoffkörper, der eine drehbar .gelagerte Welle umschließt und auf seiner der Welle zugewandten Seite mit einer ringförmigen Aussparung versehen ist, wobei die seitlich dieser Aussparung gelegenen Bereiche des Dichtrings als Polringe wirken und mit der Oberfläche der Welle je einen Spalt bilden, der mit Ferrofluid gefüllt ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Dichtungsvorrichtung.The invention relates to a magnetic sealing device with a sealing ring made of a permanently magnetized plastic body, which encloses a rotatably mounted shaft and is provided with an annular recess on its side facing the shaft, with the areas of the sealing ring located on the side of this recess acting as pole rings and with form a gap on the surface of the shaft that is filled with ferrofluid. The invention also relates to a method for producing such a sealing device.
Magnetische Dichtungsvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE-PS 36 44 697 und der DE-PS 37 13 567 bekannt. Die ringförmige Dichtungsvorrichtung ist mit ihrer äußeren Umfangsflache in ein Gehäuse eingepreßt. Durch den sich ausbildenden geschlossenen magnetischen Kraftfluß wird das Ferrofluid im Luftspalt unter den beiden Polringen gehalten. Hierdurch ist eine gasdichte Abdichtung zwischen der linken und rechten Seite der Dichtungsvorrichtung gewährleistet. Bei den bekannten magnetischen Dichtungsvorrichtungen sind die aus einem dauermagnetischen Kunststoffblock herausgearbeiteten Polringe durch eine ringförmige Aussparung in Form eines rechteckigen Einschnitts voneinander ge- trennt. Die bekannten Vorrichtungen haben folgende Nachteile:Magnetic sealing devices are known for example from DE-PS 36 44 697 and DE-PS 37 13 567. The ring-shaped sealing device is pressed into a housing with its outer peripheral surface. The ferrofluid is held in the air gap under the two pole rings by the closed magnetic flux that forms. This ensures a gas-tight seal between the left and right sides of the sealing device. In the known magnetic sealing devices, the pole rings machined from a permanent-magnetic plastic block are separated from one another by an annular recess in the form of a rectangular incision. separates. The known devices have the following disadvantages:
Durch den rechteckigen Einschnitt sind die beiden Polringe anfällig gegen ein Ausbrechen, und zwar hauptsächlich dann, wenn die Dichtungsvorrichtung in das Gehäuse eingepreßt wird. Der ringförmige Kunststoffkörper ist in axialer Richtung durchmagnetisiert, d.h. auf der linken Planseite der Dichtung befindet sich z.B. der magnetische Nordpol und auf der rechten Planseite der magnetische Südpol. Aufgrund dieser axialen Magnetisierung läßt sich nur eine begrenzte Dichtwirkung im Bereich des Ferrofluids erzielen, da dort die Dichte des magnetischen Kraftflusses verhältnismäßig klein ist. Wegen der axial gerichteten Magnetisierung muß die bekannte DichtungsVorrichtung in ein Gehäuse aus nichtmagnetischem Werkstoff eingepreßt werden, damit im Bereich des Preßsitzes kein magnetischer Kurzschluß entsteht, der den nutzbaren magnetischen Kraftfluß an den beiden Polringen schwächen würde. Durch den rechteckigen Einschnitt zwischen den beiden Polringen werden die magnetischen Kraftlinien an den beiden Ecken des Einschnitts sehr stark umgelenkt, was Verluste im Magnetfluß und eine geringere Abdichtwirkung zur Folge hat. Um auch an ihrer radial außen gelegenen Umfangsflache der Dichtung, also dort, wo sie in das Gehäuse eingepreßt ist, eine zuverlässige Abdichtung ("statische Abdichtung") zu erzielen, erhält die bekannte Dichtungsvorrichtung einen größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Gehäuses . Beim Einpressen in das Gehäuse wird somit durch die elastische Vorspannung des die Dichtung bildenden Kunststoffkörpers statisch abgedichtet. Dies wiederum hat zur Folge, daß, bedingt durch die benötigte Vorspannung, beim Einschieben der Dichtungsvorrichtung in das Gehäuse sehr hohe Einpreßkräfte aufgebracht werden müssen. Dabei können sich außerdem leicht Riefen im Gehäuse oder in der äußeren Umfangsfläche oder sogar Deformationen der ganzen Magnetdichtung ausbilden, was eben- falls zu einer mangelhaften Dichtwirkung führen kann.The rectangular incision makes the two pole rings susceptible to break-out, mainly when the sealing device is pressed into the housing. The ring-shaped plastic body is magnetized in the axial direction, ie the magnetic north pole is on the left side of the seal and the magnetic south pole is on the right side. Because of this axial magnetization, only a limited sealing effect can be achieved in the area of the ferrofluid, since the density of the magnetic flux is relatively small there. Because of the axially directed magnetization, the known sealing device must be pressed into a housing made of non-magnetic material so that no magnetic short circuit occurs in the area of the press fit, which would weaken the usable magnetic flux of force at the two pole rings. Due to the rectangular incision between the two pole rings, the lines of magnetic force are very strongly deflected at the two corners of the incision, which results in losses in the magnetic flux and a reduced sealing effect. In order to achieve reliable sealing ("static sealing") on the radially outer peripheral surface of the seal, ie where it is pressed into the housing, the known sealing device has a larger outer diameter than the inner diameter of the housing. When pressed into the housing is thus statically sealed by the elastic bias of the plastic body forming the seal. This in turn has the consequence that, due to the required preload, when the sealing device is pushed into the housing very high press-in forces have to be applied. In addition, scores can easily form in the housing or in the outer peripheral surface or even deformation of the entire magnetic seal, which can also lead to an unsatisfactory sealing effect.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den geschilderten Mängeln abzuhelfen und eine gattungsgemäße Dichtung so zu verbessern, daß bei Gewährleistung einer einfachen Herstellung und Magnetisierung der Dichtung sowie eines leichten Ein- und Ausbaus derselben die Dichtwirkung erheblich gesteigert ist.It is the object of the invention to remedy the deficiencies described and to improve a generic seal in such a way that the sealing effect is significantly increased while ensuring simple production and magnetization of the seal and easy installation and removal of the same.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Aussparung zwischen den beiden Polringen im Querschnitt radial nach auswärts verjüngt, und daß der Kunststoffkörper im Bereich der Polringe bogenförmig magnetisiert ist.The object is achieved according to the invention in that the recess between the two pole rings tapers radially outwards in cross section, and that the plastic body is magnetized in an arc shape in the region of the pole rings.
Durch die sich radial nach auswärts verjüngende, insbesondere bogenförmige Querschnittsform der Aussparung werden die beiden Polringe selbst stabiler und unempfindlicher gegenüber der Gefahr eines Ausbrechens. Die bogenförmig verlaufenden Kraftlinien ergeben einen starken magnetischen Fluß , durch den die Abdichtwirkung im Bereich des Ferrofluids erhöht ist.Due to the radially outwardly tapering, in particular arcuate, cross-sectional shape of the recess, the two pole rings themselves become more stable and less sensitive to the risk of breaking out. The curved lines of force result in a strong magnetic flux, which increases the sealing effect in the area of the ferrofluid.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the accompanying drawings for further explanation. Show it:
Fig. 1 schematisch eine magnetische Wellendichtung im Axialsciinitt; Fig. 2 schematisch eine Anordnung zur Erzeugung eines bogenförmig verlaufenden Magnetflusses in der Wellendichtung nach Fig. 1;1 schematically shows a magnetic shaft seal in axial section; FIG. 2 shows a schematic of an arrangement for generating an arcuate magnetic flux in the shaft seal according to FIG. 1;
Fig. 3 Schematisch die Formgebung der äußeren bis 6 ümfangsfläche der Wellendichtung nach Fig. 1;FIG. 3 Schematically the shape of the outer to 6 peripheral surface of the shaft seal according to FIG. 1;
Fig. 7 schematisch Maßnahmen zur Verbesserung bis 10 der statischen Abdichtung an der äußeren ümfangsfläche der Dichtung nach Fig. 1 undFig. 7 shows schematically measures to improve the static sealing on the outer peripheral surface of the seal according to Fig. 1 and
Fig.11 einen Wellendichtring mit Abstandsbund.11 shows a shaft sealing ring with a spacer collar.
Die Fig. 1 zeigt die Grundausführung einer bevorzugten Ausführungsform einer magnetischen Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Die Dichtungsvorrichtung umfaßt einen Dichtring 1 aus einem magnetisierbaren Kunststoffkörper, an dem beidseits einer ringförmigen Aussparung 2 zwei Polringe ausgebildet sind. Die magnetischen Kraftlinien 4 verlaufen in den Polringen 3 und in einer von den Polringen 3 umschlossenen, drehend gelagerten Welle 5 bogenförmig, wobei die Kraftlinien im Dichtring 1 insbesondere im wesentlichen der Kontur der Aussparung 2 folgen. Der Kunststoffkörper des Dichtringes 1 ist in ein äußeres Gehäuse 6 abgedichtet eingepreßt. Die radial innengelegenen, zylindrischen Flächen der Polschuhe 3 bilden zusammen mit der Oberfläche der Welle 5 einen (Luft-) Spalt, in dem in bekannter Weise ein Ferrofluid 7, also eine Flüssigkeit mit einem Gehalt an magnetisierbaren Teilchen, eingebracht ist. Das Ferrofluid 7 wird im Spalt von den bogenförmig verlaufenden magnetischen Kraftlinien 4 gehalten und dichtet zwischen den Polringen 3 und der Welle 5 gasdicht ab.1 shows the basic construction of a preferred embodiment of a magnetic sealing device according to the invention. The sealing device comprises a sealing ring 1 made of a magnetizable plastic body on which two pole rings are formed on both sides of an annular recess 2 . The lines of magnetic force 4 run in an arc in the pole rings 3 and in a rotatably mounted shaft 5 surrounded by the pole rings 3 , with the lines of force in the sealing ring 1 essentially following the contour of the recess 2 . The plastic body of the sealing ring 1 is pressed into an outer housing 6 in a sealed manner. The radially inner, cylindrical surfaces of the pole shoes 3 together with the surface of the shaft 5 form an (air) gap in which known manner, a ferrofluid 7, ie a liquid containing magnetizable particles, is introduced. The ferrofluid 7 is held in the gap by the curved lines of magnetic force 4 and seals between the pole rings 3 and the shaft 5 in a gas-tight manner.
Wie dargestellt, ist die Aussparung 2 zwischen den beiden Polringen 3 im Bereich ihres Grundes bogenförmig gestaltet. Hierdurch steht den magnetischen Kraftlinien 4 dort - im Gegensatz zu einer rechtwinklig ausgebildeten Aussparung - mehr magnetisierbares Material zur Verfügung, so daß sie dort gleichmäßiger und dichter verlaufen können und insgesamt zu einem stärkeren Kraftfluß im Bereich des Luft- spaltes zwischen den Polringen 3 und der Welle 5 führen.As shown, the recess 2 between the two pole rings 3 is arcuate in the area of its base. As a result, the magnetic lines of force 4 there - in contrast to a rectangular recess - more magnetizable material is available, so that they can run there more evenly and densely and overall lead to a stronger flow of force in the area of the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5 lead.
Da das Ferrofluid durch einen stärkeren magnetischen Kraftfluß eine stabilere Halterung im Luftspalt erfährt, ist insgesamt durch die beschriebene Ausbildung des Dichtrings seine Abdichtwirkung erheblich gesteigert.Since the ferrofluid is held more stably in the air gap by a stronger magnetic flux, its sealing effect is significantly increased overall by the design of the sealing ring described.
Auch andere geometrische Querschnittsformen der Aussparung 2 sind möglich. Statt einen Halbkreisbogen zu bilden, könnten die beiden Schenkel der Polringe auch radial nach außen spitz aufeinander zulaufen, wobei die Spitze auch abgerundet sein könnte. Wegen der bogenförmig verlaufenden magnetischen Kraftlinien 4 kommt es bei der Querschnittsgestaltung der Aussparung 2 lediglich darauf an, daß diese sich radial nach auswärts verjüngt, um so genügend Raum für die Kraftlinien 4 bereitzustellen.Other geometric cross-sectional shapes of the recess 2 are also possible. Instead of forming a semicircular arc, the two legs of the pole rings could also taper towards one another radially outwards, in which case the tip could also be rounded. Because of the curved lines of magnetic force 4, the only thing that matters in the cross-sectional design of the recess 2 is that it tapers radially outwards in order to provide enough space for the lines of force 4.
An der radial außen gelegenen ümfangsfläche des Dichtrings 1 ist zur Herabsetzung des erforderlichen Kraftaufwandes beim Einnressen des Rinσes 1 in das Gehäuse 6 sowie zur Erhöhung der statischen Dichtheit eine Dichtprofilierung 10 in Gestalt einer ringsum laufenden Nut ausgebildet. Zwei an den jeweiligen Außenrändern des Dichtrings 1 vorgesehene Fasen 8 erleichtern vor und während des Ein- pressens die genaue Zentrierung des Ringes 1. Im Bereich 9 des Dichtrings 1 liegt keine Magnetisierung des den Ring bildenden Kunststoffkörpers vor. Somit ist auch ein Einbau des Ringes 1 in magnetisch leitende Gehäuse 6 möglich.On the radially outer peripheral surface of the sealing ring 1 is to reduce the force required to press the Rinσes 1 in the housing 6 and to increase the static tightness a sealing profile 10 formed in the form of a circumferential groove. Two chamfers 8 provided on the respective outer edges of the sealing ring 1 facilitate the precise centering of the ring 1 before and during pressing in. In the area 9 of the sealing ring 1 there is no magnetization of the plastic body forming the ring. Thus, an installation of the ring 1 in magnetically conductive housing 6 is possible.
Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines bogenförmigen magnetischen Kraftlinienverlaufs im Dichtring 1 durch Gegeninduktions-magnetisierung.FIG. 2 schematically shows a method and a device for generating an arc-shaped course of magnetic lines of force in the sealing ring 1 by mutual induction magnetization.
Auf ein Unterteil 23 aus nichtmagnetisierbarem Kunststoff wird ein Ring 22 oder auch eine Scheibe aus einem elektrisch leitenden Werkstoff (Metall) aufgesteckt bzw. aufgeklebt. Der Ring 22 oder die Scheibe könnten auch als Dauermagnete vorliegen. Der (noch nicht magnetisierte) Dichtungsring 1 wird im Unterteil 23 zentriert und durch ein Oberteil 24 gehalten, z.B. eingespannt. Die gesamte, aus Unter- und Oberteil 23, 24 bestehende Haltevorrichtung befindet sich im Innern einer Magnetisierungsspule 25, deren Achse parallel zur Pfeilrichtung F verläuft.A ring 22 or else a disk made of an electrically conductive material (metal) is placed or glued onto a lower part 23 made of non-magnetizable plastic. The ring 22 or disc could also be permanent magnets. The (not yet magnetized) sealing ring 1 is centered in the lower part 23 and held, e.g. clamped, by an upper part 24. The entire holding device, consisting of the lower and upper parts 23, 24, is located inside a magnetizing coil 25, the axis of which runs parallel to the direction of the arrow F.
Durch eine Kondensatorentladung wird in der Spule 25 ein kräftiges, axial in Richtung des Pfeiles F verlaufendes magnetisches Feld erzeugt. Durch die dabei im Werkstoff des Ringes 22 oder der Scheibe entstehenden Wirbelströme bzw. durch die entgegengesetzte Polung des als Dauermaσner ausgebildeten Ringes 22 oder der Scheibe wird ein zum axial gerichteten Feld der Magnetisierungsspule 25 entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt, welches das axial verlaufende Feld bogenförmig ablenkt und hier- durch den Dichtring 1 entsprechend magnetisiert. Dabei werden die Feldlinien 26, wie in der linken Hälfte von Fig. 2 angedeutet, im Bereich des Dichtrings in der dargestellten Weise bogenförmig ausgebildet, so daß sie später in der Anordnung nach Fig. 1 im wesentlichen senkrecht zu den einander gegenüberliegenden Flächen der Polringe 3 und der Welle 5 verlaufen.A strong magnetic field running axially in the direction of the arrow F is generated in the coil 25 by a capacitor discharge. Due to the eddy currents occurring in the material of the ring 22 or the disk or due to the opposite polarity of the ring 22 or the disk designed as permanent man a magnetic field opposite to the axially directed field of the magnetizing coil 25 is generated, which deflects the axially running field in an arc and thereby magnetizes the sealing ring 1 accordingly. The field lines 26, as indicated in the left half of Fig. 2, are arcuate in the manner shown in the region of the sealing ring, so that later in the arrangement according to Fig. 1 they are essentially perpendicular to the opposing surfaces of the pole rings 3 and the shaft 5 run.
Mit Hilfe des gleichen Verfahrens und einer entsprechend angepaßten Vorrichtung können auch mehrere Dichtringe 1 gleichzeitig bogenförmig magnetisiert werden.With the help of the same method and a correspondingly adapted device, several sealing rings 1 can also be magnetized in an arc shape at the same time.
Die Fig. 3 zeigt noch einmal die Profilierung 10 der äußeren ümfangsfläche des Dichtrings 1 in Gestalt der ringsum verlaufenden Nut 10. Die Fig. 4 bis 6 zeigen andere Ausgestaltungen dieser Dichtprofilierung in Gestalt mehrerer, nebeneinander verlaufender Nuten, mehrerer wellenförmiger Einbuchtungen bzw. in Gestalt eines kammartigen Profils.3 again shows the profiling 10 of the outer peripheral surface of the sealing ring 1 in the form of the groove 10 running all around a comb-like profile.
In Fig. 7 ist die äußere ümfangsfläche des Dichtrings 1 mit einer Beschichtung 41 aus einem Elastomer mit wellenförmiger Oberflächengestaltung beschichtet, um die statische Abdichtwirkung des Ringes 1 im Gehäuse 6 zu verbessern. In Fig. 8 ist das Elastomer 41 in einer entsprechenden Nut an der äußeren ümfangsfläche des Dichtrings 1 angeordnet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist in eine äußere Nut des Dichtrings 1 ein O-Ring 42 aus elastomerem Material zum Zwecke einer verbesserten Abdichtung eingelegt. Die Beschichtung mit dem Elastomer 41 (Fig. 7 und 8) kann durch Aufvulkanisieren oder durch Aufkleben mit dem Dichtungsring 1 fest verbunden sein. In Fig. 10 ist die äußere ümfangsfläche des Dichtrings 1, die beispielsweise noch ziemlich rauh sein kann, mit einem nicht ausgasenden Fett oder einem Dichtlack 51, z.B. auf Polyurethanbasis beschichtet. Auch hierdurch ist eine bessere statische Abdichtung gewährleistet, da der Dichtlack 51 beim Einpressen des Dichtrings 1 in das Gehäuse 6 in Oberflächenrauhigkeiten des Gehäuses eindringen kann.In FIG. 7, the outer peripheral surface of the sealing ring 1 is coated with a coating 41 made of an elastomer with a wavy surface configuration in order to improve the static sealing effect of the ring 1 in the housing 6. In FIG. 8 the elastomer 41 is arranged in a corresponding groove on the outer peripheral surface of the sealing ring 1 . In the embodiment according to FIG. 9, an O-ring 42 made of elastomeric material is inserted into an outer groove of the sealing ring 1 for the purpose of improved sealing. The coating with the elastomer 41 (FIGS. 7 and 8) can be firmly connected to the sealing ring 1 by vulcanization or by gluing. In FIG. 10, the outer peripheral surface of the sealing ring 1, which can still be quite rough, for example, is coated with a non-outgassing grease or a sealing lacquer 51, for example based on polyurethane. This also ensures better static sealing, since the sealing lacquer 51 can penetrate into surface roughnesses of the housing when the sealing ring 1 is pressed into the housing 6 .
Bei der Ausführungsform einer Wellendichtung nach Fig. 11 ist in eine entsprechende Aussparung des Gehäuses 6 zunächst ein üblicher Kugellagerring 71 eingefügt. Anschließend wird ein Dichtring 1 der beschriebenen Art eingepreßt. In Abweichung von den bisher beschriebenen Ausführungsformen hat der Dichtring nach Fig. 13 auf seiner dem Kugellagerring 71 zugewandten Seite einen vorstehenden, ringförmigen Abstandsbund 72, mit dem er am Kugellagerring 71 anliegt. Hierdurch ist die Position des Dichtringes 1 im Gehäuse 6 und der Abstand zwischen Kugellagerring 71 und Dichtungsring 1 festgelegt.In the embodiment of a shaft seal according to FIG. 11, a conventional ball bearing ring 71 is first inserted into a corresponding recess in the housing 6 . Then a sealing ring 1 of the type described is pressed. In a departure from the previously described embodiments, the sealing ring according to FIG. This fixes the position of the sealing ring 1 in the housing 6 and the distance between the ball bearing ring 71 and the sealing ring 1 .
Aus dem Voranstehenden ergibt sich, daß ein wesentliches Merkmal der Erfindung im bogenförmigen Verlauf des Magnetflusses besteht, der zu einer verbesserten Halterung des Ferrofluids 7 im Luftspalt zwischen den Polringen 3 und der Welle 5 führt. Durch diesen bogenförmigen Magnetfluß werden die Elementarmagnete im Kunststoffkörper des Dichtungsringes 1 entsprechend ausgerichtet. Die bogenförmige Magnetisierung des Dichtringes 1 führt zu dem weiteren Effekt, daß der Ring auch in ein Gehäuse 6 aus magnetisch leitendem Material eingepreßt werden kann, weil durch die bogenförmige Magnetisierungsform im radial außen gelegenen Bereich 9 des Dichtringes 1 ein unmagnetischer Bereich entsteht, mit dessen Hilfe magnetische Kurzschlüsse am Außenumfang des Ringes 1 vermieden werden können. Durch das Einarbeiten der beschriebenen Dichtprofilierungen bzw. durch das Beschichten des Außenumfanges des Dichtringes (Fig. 3 bis 10) können die Einpreßkräfte erniedrigt und/oder die statischen Abdichteigenschaften der Dichtringe 1 verbessert werden. Eine Deformation des Dichtrings beim Einpressen oder eine Beschädigung der Aufnahmebohrung im Gehäuse 6 ist damit ausgeschlossen. It follows from the above that an essential feature of the invention consists in the arcuate course of the magnetic flux, which leads to an improved retention of the ferrofluid 7 in the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5. The elementary magnets in the plastic body of the sealing ring 1 are aligned accordingly by this arcuate magnetic flux. The arcuate magnetization of the sealing ring 1 leads to the further effect that the ring can also be pressed into a housing 6 made of magnetically conductive material, because the arcuate magnetization shape creates a non-magnetic area in the radially outer area 9 of the sealing ring 1, with the help of which magnetic Short circuits on the outer circumference of the ring 1 can be avoided. By incorporating the described sealing profiles or by coating the outer circumference of the sealing ring (FIGS. 3 to 10), the press-in forces can be reduced and/or the static sealing properties of the sealing rings 1 can be improved. Deformation of the sealing ring when it is pressed in or damage to the receiving bore in the housing 6 is thus ruled out.
Magnetische Dichtungsvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Magnetic sealing device and method for its manufacture
Die Erfindung betrifft eine magnetische Dichtungsvorrichtung mit einem Dichtring aus einem permanent magnetisierten Kunststoffkörper, der eine drehbar gelagerte Welle umschließt und auf seiner der Welle zugewandten Seite mit einer ringförmigen Aussparung versehen ist, wobei die seitlich dieser Aussparung gelegenen Bereiche des Dicnt- rings als Polringe wirken und mit der Oberfläche der Welle je einen Spalt bilden, der mit Ferrofluid gefüllt ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Dichtungsvorrichtung.The invention relates to a magnetic sealing device with a sealing ring made of a permanently magnetized plastic body, which encloses a rotatably mounted shaft and is provided with an annular recess on its side facing the shaft, with the areas of the sealing ring on the side of this recess acting as pole rings and form a gap with the surface of the shaft that is filled with ferrofluid. The invention also relates to a method for producing such a sealing device.
Magnetische Dichtungsvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE-PS 36 44 697 und der DE-PS 37 13 567 bekannt. Die ringförmige Dichtungsvorrichtung ist mit ihrer äußeren Ümfangsfläche in ein Gehäuse eingepreßt. Durch den sich ausbildenden geschlossenen magnetischen Kraftfluß wird das Ferrofluid im Luftspalt unter den beiden Polringen gehalten. Hierdurch ist eine gasdichte Abdichtung zwischen der linken und rechten Seite der Dichtungsvorrichtung gewährleistet. Bei den bekannten magnetischen Dichtungsvorrichtungen sind die aus einem dauermagnetischen Kunststoffblock herausgearbeiteten Polringe durch eine ringförmige Aussparung in Form eines rechteckigen Einschnitts voneinander ge trennt. Die bekannten Vorrichtungen haben folgende Nachteile:Magnetic sealing devices are known for example from DE-PS 36 44 697 and DE-PS 37 13 567. The ring-shaped sealing device is pressed into a housing with its outer peripheral surface. The ferrofluid is held in the air gap under the two pole rings by the closed magnetic flux that forms. This ensures a gas-tight seal between the left and right sides of the sealing device. In the known magnetic sealing devices, the pole rings machined from a permanent-magnetic plastic block are separated from one another by an annular recess in the form of a rectangular incision separates. The known devices have the following disadvantages:
Durch den rechteckigen Einschnitt sind die beiden Polringe anfällig gegen ein Ausbrechen, und zwar hauptsächlich dann, wenn die Dichtungsvorrichtung in das Gehäuse eingepreßt wird. Der ringförmige Kunststoffkörper ist in axialer Richtung durchmagnetisiert, d.h. auf der linken Planseite der Dichtung befindet sich z.B. der magnetische Nordpol und auf der rechten Planseite der magnetische Südpol. Aufgrund dieser axialen Magnetisierung läßt sich nur eine begrenzte Dichtwirkung im Bereich des Ferrofluids erzielen, da dort die Dichte des magnetischen Kraftflusses verhältnismäßig klein ist. Wegen der axial gerichteten Magnetisierung muß die bekannte Dichtungsvorrichtung in ein Gehäuse aus nichtmagnetischem Werkstoff eingepreßt werden, damit im Bereich des Preßsitzes kein magnetischer Kurzschluß entsteht, der den nutzbaren magnetischen Kraftfluß an den beiden Polringen schwächen würde . Durch den rechteckigen Einschnitt zwischen den beiden Polringen werden die magnetischen Kraftlinien an den beiden Ecken des Einschnitts sehr stark umgelenkt, was Verluste im Magnetfluß und eine geringere Abdichtwirkung zur Folge hat. Um auch an ihrer radial außen gelegenen ümfangsfläche der Dichtung, also dort, wo sie in das Gehäuse eingepreßt ist, eine zuverlässige Abdichtung ("statische Abdichtung") zu erzielen, erhält die bekannte Dichtungsvorrichtung einen größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Gehäuses. Beim Einpressen in das Gehäuse wird somit durch die elastische Vorspannung des die Dichtung bildenden Kunststoffkörpers statisch abgedichtet. Dies wiederum hat zur Folge, daß, bedingt durch die benötigte Vorspannung, beim Einschieben der Dichtungsvorrichtung in das Gehäuse sehr hohe Einpreßkräfte aufgebracht werden müssen. Dabei können sich außerdem leicht Riefen im Gehäuse oder in der äußeren ümfangsfläche oder sogar Deformationen der ganzen Magnetdichtung ausbilden, was ebenfalls zu einer mangelhaften Dichtwirkung führen kann.The rectangular incision makes the two pole rings susceptible to break-out, mainly when the sealing device is pressed into the housing. The ring-shaped plastic body is magnetized in the axial direction, ie the magnetic north pole is on the left side of the seal and the magnetic south pole is on the right side. Because of this axial magnetization, only a limited sealing effect can be achieved in the area of the ferrofluid, since the density of the magnetic flux is relatively small there. Because of the axially directed magnetization, the known sealing device must be pressed into a housing made of non-magnetic material so that no magnetic short circuit occurs in the area of the press fit, which would weaken the usable magnetic flux of force at the two pole rings. Due to the rectangular incision between the two pole rings, the lines of magnetic force are very strongly deflected at the two corners of the incision, which results in losses in the magnetic flux and a reduced sealing effect. In order to achieve reliable sealing ("static sealing") on the radially outer peripheral surface of the seal, ie where it is pressed into the housing, the known sealing device has a larger outer diameter than the inner diameter of the housing. When pressed into the housing is thus statically sealed by the elastic bias of the plastic body forming the seal. This in turn has the consequence that, due to the required preload, when the sealing device is pushed into the housing very high press-in forces have to be applied. In addition, scores can easily form in the housing or in the outer peripheral surface or even deformation of the entire magnetic seal, which can also lead to an inadequate sealing effect.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den geschilderten Mängeln abzuhelfen und eine ga_ttungsgemäße Dichtung so zu verbessern, daß bei Gewährleistung einer einfachen Herstellung und Magnetisierung der Dichtung sowie eines leichten Ein- und Ausbaus derselben die Dichtwirkung erheblich gesteigert ist.The object of the invention is to remedy the deficiencies described and to improve a generic seal in such a way that the sealing effect is significantly increased while ensuring simple production and magnetization of the seal and easy installation and removal of the same.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Aussparung zwischen den beiden Polringen im Querschnitt radial nach auswärts verjüngt, und daß der Kunststoffkörper im Bereich der Polringe bogenförmig magnetisiert ist.The object is achieved according to the invention in that the recess between the two pole rings tapers radially outwards in cross section, and that the plastic body is magnetized in an arc shape in the region of the pole rings.
Durch die sich radial nach auswärts verjüngende, insbesondere bogenförmige Querschnittsform der Aussparung werden die beiden Polringe selbst stabiler und unempfindlicher gegenüber der Gefahr eines Ausbrechens. Die bogenförmig verlaufenden Kraftlinien ergeben einen starken magnetischen Fluß, durch den die Abdichtwirkung im Bereich des Ferrofluids erhöht ist.Due to the radially outwardly tapering, in particular arcuate, cross-sectional shape of the recess, the two pole rings themselves become more stable and less sensitive to the risk of breaking out. The curved lines of force result in a strong magnetic flux, which increases the sealing effect in the area of the ferrofluid.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the accompanying drawings for further explanation. Show it:
Fig. 1 schematisch eine magnetische Wellendichtung im Axialschnitt; Fig. 2 schematisch eine Anordnung zur Erzeugung eines bogenförmig verlaufenden Magnetflusses in der Wellendichtung nach Fig. 1 ;1 schematically shows a magnetic shaft seal in axial section; FIG. 2 shows a schematic of an arrangement for generating a magnetic flux running in an arc in the shaft seal according to FIG. 1 ;
Fig. 3 Schematisch die Formgebung der äußeren bis 6 ümfangsfläche der Wellendichtung nach Fig. 1;FIG. 3 Schematically the shape of the outer to 6 peripheral surface of the shaft seal according to FIG. 1;
Fig. 7 schematisch Maßnahmen zur Verbesserung bis 10 der statischen Abdichtung an der äußeren ümfangsfläche der Dichtung nach Fig. 1 undFig. 7 shows schematically measures to improve the static sealing on the outer peripheral surface of the seal according to Fig. 1 and
Fig.11 einen Wellendichtring mit Abstandsbund.11 shows a shaft sealing ring with a spacer collar.
Die Fig. 1 zeigt die Grundausführung einer bevorzugten Ausführungsform einer magnetischen Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Die Dichtungsvorrichtung umfaßt einen Dichtring 1 aus einem magπetisierbaren Kunststoffkörper, an dem beidseits einer ringförmigen Aussparung 2 zwei Polringe ausgebildet sind. Die magnetischen Kraftlinien 4 verlaufen in den Polringen 3 und in einer von den Polringen 3 umschlossenen, drehend gelagerten Welle 5 bogenförmig, wobei die Kraftlinien im Dichtring 1 insbesondere im wesentlichen der Kontur der Aussparung 2 folgen. Der Kunststoffkörper des Dichtringes 1 ist in ein äußeres Gehäuse 6 abgedichtet eingepreßt. Die radial innengelegenen, zylindrischen Flächen der Polschuhe 3 bilden zusammen mit der Oberfläche der Welle 5 einen (Luft-) Spalt, in dem in bekannter Weise ein Ferrofluid 7, also eine Flüssigkeit mit einem Gehalt an magnetisierbaren Teilchen, eingebracht ist. Das Ferrofluid 7 wird im Spalt von den bogenförmig verlaufenden magnetischen Kraftlinien 4 gehalten und dichtet zwischen den Polringen 3 und der Welle 5 gasdicht ab.1 shows the basic construction of a preferred embodiment of a magnetic sealing device according to the invention. The sealing device comprises a sealing ring 1 made of a magnetizable plastic body on which two pole rings are formed on both sides of an annular recess 2 . The lines of magnetic force 4 run in an arc in the pole rings 3 and in a rotatably mounted shaft 5 surrounded by the pole rings 3 , with the lines of force in the sealing ring 1 essentially following the contour of the recess 2 . The plastic body of the sealing ring 1 is pressed into an outer housing 6 in a sealed manner. The radially inner, cylindrical surfaces of the pole shoes 3 together with the surface of the shaft 5 form an (air) gap in which known manner, a ferrofluid 7, ie a liquid containing magnetizable particles, is introduced. The ferrofluid 7 is held in the gap by the curved lines of magnetic force 4 and seals between the pole rings 3 and the shaft 5 in a gas-tight manner.
Wie dargestellt, ist die Aussparung 2 zwischen den beiden Polringen 3 im Bereich ihres Grundes bogenförmig gestaltet. Hierdurch steht den magnetischen Kraftlinien 4 dort - im Gegensatz zu einer rechtwinklig ausgebildeten Aussparung - mehr magnetisierbares Material zur Verfügung, so daß sie dort gleichmäßiger und dichter verlaufen können und insgesamt zu einem stärkeren Kraftfluß im 3ereich des Luft- spaltes zwischen den Polringen 3 und der Welle 5 führen. Da das Ferrofluid durch einen stärkeren magnetischen Kraftfluß eine stabilere Halterung im Luftspalt erfährt, ist insgesamt durch die beschriebene Ausbildung des Dichtrings seine Abdichtwirkung erheblich gesteigert.As shown, the recess 2 between the two pole rings 3 is arcuate in the area of its base. As a result, the lines of magnetic force 4 there - in contrast to a rectangular recess - more magnetizable material is available, so that they can run there more evenly and densely and overall lead to a stronger flow of force in the 3 area of the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5 lead. Since the ferrofluid is held more stably in the air gap by a stronger magnetic flux, its sealing effect is significantly increased overall by the design of the sealing ring described.
Auch andere geometrische Querschnittsformen der Aussparung 2 sind möglich. Statt einen Halbkreisbogen zu bilden, könnten die beiden Schenkel der Pclringe auch radial nach außen spitz aufeinander zulaufen, wobei die Spitze auch abgerundet sein könnte. Wegen der bogenförmig verlaufenden magnetischen Kraftlinien 4 kommt es bei der Querschnittsgestaltung der Aussparung 2 lediglich darauf an, daß diese sich radial nach auswärts verjüngt, um so genügend Raum für die Kraftlinien 4 bereitzustellen.Other geometric cross-sectional shapes of the recess 2 are also possible. Instead of forming a semicircular arc, the two legs of the Pcl rings could also taper towards one another radially outwards, in which case the tip could also be rounded. Because of the curved lines of magnetic force 4, the only thing that matters in the cross-sectional design of the recess 2 is that it tapers radially outwards in order to provide enough space for the lines of force 4.
An der radial außen gelegenen ümfangsfläche des Dichtrings 1 ist zur Herabsetzung des erforderlichen Kraftaufwandes beim Einnressen des Rinαes 1 in das Gehäuse 6 sowie zur Erhöhung der statischen Dichtheit eine Dichtprofilierung 10 in Gestalt einer ringsum laufenden Nut ausgebildet. Zwei an den jeweiligen Außenrändern des Dichtrings 1 vorgesehene Fasen 8 erleichtern vor und während des Ein- pressens die genaue Zentrierung des Ringes 1. Im Bereich 9 des Dichtrings 1 liegt keine Magnetisierung des den Ring bildenden Kunststoffkörpers vor. Somit ist auch ein Einbau des Ringes 1 in magnetisch leitende Gehäuse 6 möglich.On the radially outer peripheral surface of the sealing ring 1 is to reduce the force required to press the ring 1 into the housing 6 and to increase it the static tightness a sealing profile 10 formed in the form of a circumferential groove. Two chamfers 8 provided on the respective outer edges of the sealing ring 1 facilitate the precise centering of the ring 1 before and during pressing in. In the area 9 of the sealing ring 1 there is no magnetization of the plastic body forming the ring. Thus, an installation of the ring 1 in magnetically conductive housing 6 is possible.
Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines bogenförmigen magnetischen Kraftlinienverlaufs im Dichtring 1 durch Gegeninduktions-magnetisierung.FIG. 2 schematically shows a method and a device for generating an arc-shaped course of magnetic lines of force in the sealing ring 1 by mutual induction magnetization.
Auf ein Unterteil 23 aus nichtmagnetisierbarem Kunststoff wird ein Ring 22 oder auch eine Scheibe aus einem elektrisch leitenden Werkstoff (Metall) aufgesteckt bzw. aufgeklebt. Der Ring 22 oder die Scheibe könnten auch als Dauermagnete vorliegen. Der (noch nicht magnetisierte) Dichtungsring 1 wird im Unterteil 23 zentriert und durch ein Oberteil 24 gehalten, z.B. eingespannt. Die gesamte, aus Unter-- und Oberteil 23, 24 bestehende Haltevorrichtung befindet sich im Innern einer Magnetisierungsspule 25, deren Achse parallel zur Pfeilrichtung F verläuft.A ring 22 or else a disk made of an electrically conductive material (metal) is placed or glued onto a lower part 23 made of non-magnetizable plastic. The ring 22 or disc could also be permanent magnets. The (not yet magnetized) sealing ring 1 is centered in the lower part 23 and held, e.g. clamped, by an upper part 24. The entire holding device consisting of the lower and upper parts 23, 24 is located inside a magnetizing coil 25, the axis of which runs parallel to the direction of the arrow F.
Durch eine Kondensatorentladung wird in der Spule 25 ein kräftiges, axial in Richtung des Pfeiles F verlaufendes magnetisches Feld erzeugt. Durch die dabei im Werkstoff des Ringes 22 oder der Scheibe entstehenden Wirbelströme bzw. durch die entgegengesetzte Pclung des als Dauermaσnet ausσebildeten Rinσes 22 oder der Scheibe wird ein zum axial gerichteten Feld der Magnetisierungsspule 25 entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt, welches das axial verlaufende Feld bogenförmig ablenkt und hierdurch den Dichtring 1 entsprechend magnetisiert. Dabei werden die Feldlinien 26, wie in der linken Hälfte von Fig. 2 angedeutet, im Bereich des Dichtrings in der dargestellten Weise bogenförmig ausgebildet, so daß sie später in der Anordnung nach Fig. 1 im wesentlichen senkrecht zu den einander gegenüberliegenden Flächen der Polringe 3 und der Welle 5 verlaufen.A strong magnetic field running axially in the direction of the arrow F is generated in the coil 25 by a capacitor discharge. Due to the eddy currents occurring in the material of the ring 22 or the disk or due to the opposite contact of the ring 22 or the disk, which is designed as a permanent magnet a magnetic field opposite to the axially directed field of the magnetizing coil 25 is generated, which deflects the axially extending field in an arc and thereby magnetizes the sealing ring 1 accordingly. The field lines 26, as indicated in the left half of Fig. 2, are arcuate in the manner shown in the region of the sealing ring, so that later in the arrangement according to Fig. 1 they are essentially perpendicular to the opposing surfaces of the pole rings 3 and the shaft 5 run.
Mit Hilfe des gleichen Verfahrens und einer entsprechend angepaßten Vorrichtung können auch mehrere Dichtringe 1 gleichzeitig bogenförmig magnetisiert werden.With the help of the same method and a correspondingly adapted device, several sealing rings 1 can also be magnetized in an arc shape at the same time.
Die Fig. 3 zeigt noch einmal die Profilierung 10 der äußeren ümfangsfläche des Dichtrings 1 in Gestalt der ringsum verlaufenden Nut 10. Die Fig. 4 bis 6 zeigen andere Ausgestaltungen dieser Dichtprofilierung in Gestalt mehrerer, nebeneinander verlaufender Nuten, mehrerer wellenförmiger Einbuchtungen bzw. in Gestalt eines kammartigen Profils.3 again shows the profiling 10 of the outer peripheral surface of the sealing ring 1 in the form of the groove 10 running all around a comb-like profile.
In Fig. 7 ist die äußere ümfangsfläche des Dichtrings 1 mit einer Beschichtung 41 aus einem Elastomer mit wellenförmiger Oberflächengestaltung beschichtet, um die statische Abdichtwirkung des Ringes 1 im Gehäuse 6 zu verbessern. In Fig. 8 ist das Elastomer 41 in einer entsprechenden Nut an der äußeren ümfangsfläche des Dichtrings 1 angeordnet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist in eine äußere Nut des Dichtrings 1 ein O-Ring 42 aus elastomerem Material zum Zwecke einer verbesserten Abdichtung eingelegt. Die 3eschichtung mit dem Elastomer 41 (Fig. 7 und 8) kann durch Aufvulkanisieren oder durch Aufkleben mit dem Dichtungsring 1 fest verbunden sein. In Fig. 10 ist die äußere ümfangsfläche des Dichtrings 1, die beispielsweise noch ziemlich rauh sein kann, mit einem nicht ausgasenden Fett oder einem Dichtlack 51, z.B. auf Polyurethanbasis beschichtet. Auch hierdurch ist eine bessere statische Abdichtung gewährleistet, da der Dichtlack 51 beim Einpressen des Dichtrings 1 in das Gehäuse 6 in Oberflächenrauhigkeiten des Gehäuses eindringen kann.In FIG. 7, the outer peripheral surface of the sealing ring 1 is coated with a coating 41 made of an elastomer with a wavy surface configuration in order to improve the static sealing effect of the ring 1 in the housing 6. In FIG. 8 the elastomer 41 is arranged in a corresponding groove on the outer peripheral surface of the sealing ring 1 . In the embodiment according to FIG. 9, an O-ring 42 made of elastomeric material is inserted into an outer groove of the sealing ring 1 for the purpose of improved sealing. The coating with the elastomer 41 (FIGS. 7 and 8) can be firmly connected to the sealing ring 1 by vulcanizing or by gluing. In FIG. 10, the outer peripheral surface of the sealing ring 1, which can still be quite rough, for example, is coated with a non-outgassing grease or a sealing lacquer 51, for example based on polyurethane. This also ensures better static sealing, since the sealing lacquer 51 can penetrate into surface roughnesses of the housing when the sealing ring 1 is pressed into the housing 6 .
Bei der Ausführungsform einer Wellendichtung nach Fig. 11 ist in eine entsprechende Aussparung des Gehäuses 6 zunächst ein üblicher Kugellagerring 71 eingefügt. Anschließend wird ein Dichtring 1 der beschriebenen Art eingepreßt. In Abweichung von den bisher beschriebenen Ausführungsformen hat der Dichtring nach Fig. 13 auf seiner dem Kugellagerring 71 zugewandten Seite einen vorstehenden, ringförmigen Abstandsbund 72, mit dem er am Kugellagerring 71 anliegt. Hierdurch ist die Position des Dichtringes 1 im Gehäuse 6 und der Abstand zwischen Kugellagerring 71 und Dichtungsring 1 festgelegt.In the embodiment of a shaft seal according to FIG. 11, a conventional ball bearing ring 71 is first inserted into a corresponding recess in the housing 6 . Then a sealing ring 1 of the type described is pressed. In a departure from the previously described embodiments, the sealing ring according to FIG. This fixes the position of the sealing ring 1 in the housing 6 and the distance between the ball bearing ring 71 and the sealing ring 1 .
Aus dem Voranstehenden ergibt sich, daß ein wesentliches Merkmal der Erfindung im bogenförmigen Verlauf des Magnetflusses besteht, der zu einer verbesserten Halterung des Ferrofluids 7 im Luftspalt zwischen den Polringen 3 und der Welle 5 führt. Durch diesen bogenförmigen Magnetfluß werden die Elementarmagnete im Kunststoffkörper des Dichtungsringes 1 entsprechend ausgerichtet. Die bogenförmige Magnetisierung des Dichtringes 1 führt zu dem weiteren Effekt, daß der Ring auch in ein Gehäuse 6 aus magnetisch leitendem Material eingepreßt werden kann, weil durch die bogenförmige Magnetisierungsform im radial außen gelegenen Bereich 9 des Dichtringes 1 ein unmagnetischer Bereich entsteht, mit dessen Hilfe magnetische Kurzschlüsse am Außenumfang des Ringes 1 vermieden werden können. Durch das Einarbeiten der beschriebenen Dichtprofilierungen bzw. durch das Beschichten des Außenumfanges des Dichtringes (Fig. 3 bis 10) können die Einpreßkräfte erniedrigt und/oder die statischen Abdichteigenschaften der Dichtringe 1 verbessert werden. Eine Deformation des Dichtrings beim Einpressen oder eine Beschädigung der Aufnahmebohrung im Gehäuse 6 ist damit ausgeschlossen. It follows from the above that an essential feature of the invention consists in the arcuate course of the magnetic flux, which leads to an improved retention of the ferrofluid 7 in the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5. The elementary magnets in the plastic body of the sealing ring 1 are aligned accordingly by this arcuate magnetic flux. The arcuate magnetization of the sealing ring 1 leads to the further effect that the ring can also be pressed into a housing 6 made of magnetically conductive material, because the arcuate magnetization shape creates a non-magnetic area in the radially outer area 9 of the sealing ring 1, with the help of which magnetic Short circuits on the outer circumference of the ring 1 can be avoided. By incorporating the described sealing profiles or by coating the outer circumference of the sealing ring (FIGS. 3 to 10), the press-in forces can be reduced and/or the static sealing properties of the sealing rings 1 can be improved. Deformation of the sealing ring when it is pressed in or damage to the receiving bore in the housing 6 is thus ruled out.
Magnetische Dichtungsvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Magnetic sealing device and method for its manufacture
Die Erfindung betrifft eine magnetische Dichtungsvorrichtung mit einem Dichtring aus einem permanent magnetisierten Kunststoffkörper, der eine drehbar .gelagerte Welle umschließt und auf seiner der Welle zugewandten Seite mit einer ringförmigen Aussparung versehen ist, wobei die seitlich dieser Aussparung gelegenen Bereiche des Dicntrings als Polringe wirken und mit der Oberfläche der Welle je einen Spalt bilden, der mit Ferrofluid gefüllt ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Dichtungsvorrichtung.The invention relates to a magnetic sealing device with a sealing ring made of a permanently magnetized plastic body, which encloses a rotatably mounted shaft and is provided with an annular recess on its side facing the shaft, with the areas of the sealing ring on the side of this recess acting as pole rings and with form a gap on the surface of the shaft that is filled with ferrofluid. The invention also relates to a method for producing such a sealing device.
Magnetische Dichtungsvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE-PS 36 44 697 und der DE-PS 37 13 567 bekannt. Die ringförmige Dichtungsvorrichtung ist mit ihrer äußeren Ümfangsfläche in ein Gehäuse eingepreßt. Durch den sich ausbildenden geschlossenen magnetischen Kraftfluß wird das Ferrofluid im Luftspalt unter den beiden Polringen gehalten. Hierdurch ist eine gasdichte Abdichtung zwischen der linken und rechten Seite der Dichtungsvorrichtung gewährleistet. Bei den bekannten magnetischen Dichtungsvorrichtungen sind die aus einem dauermagnetischen Kunststoffblock herausgearbeiteten Polringe durch eine ringförmige Aussparung in Form eines rechteckigen Einschnitts voneinander ge trennt. Die bekannten Vorrichtungen haben folgende Nachteile:Magnetic sealing devices are known for example from DE-PS 36 44 697 and DE-PS 37 13 567. The ring-shaped sealing device is pressed into a housing with its outer peripheral surface. The ferrofluid is held in the air gap under the two pole rings by the closed magnetic flux that forms. This ensures a gas-tight seal between the left and right sides of the sealing device. In the known magnetic sealing devices, the pole rings machined from a permanent-magnetic plastic block are separated from one another by an annular recess in the form of a rectangular incision separates. The known devices have the following disadvantages:
Durch den rechteckigen Einschnitt sind die beiden Polringe anfällig gegen ein Ausbrechen, und zwar hauptsächlich dann, wenn die Dichtungsvorrichtung in das Gehäuse eingepreßt wird. Der ringförmige Kunststoffkörper ist in axialer Richtung durchmagnetisiert, d.h. auf der linken Planseite der Dichtung befindet sich z.B. der magnetische Nordpol und auf der rechten Planseite der magnetische Südpol. Aufgrund dieser axialen Magnetisierung läßt sich nur eine begrenzte Dichtwirkung im Bereich des Ferrofluids erzielen, da dort die Dichte des magnetischen Kraftflusses verhältnismäßig klein ist. Wegen der axial gerichteten Magnetisierung muß die bekannte Dichtungsvorrichtung in ein Gehäuse aus nichtmagnetischem Werkstoff eingepreßt werden, damit im Bereich des Preßsitzes kein magnetischer Kurzschluß entsteht, der den nutzbaren magnetischen Kraftfluß an den beiden Polringen schwächen würde. Durch den rechteckigen Einschnitt zwischen den beiden Polringen werden die magnetischen Kraftlinien an den beiden Ecken des Einschnitts sehr stark umgelenkt, was Verluste im Magnetfluß und eine geringere Abdichtwirkung zur Folge hat. Um auch an ihrer radial außen gelegenen ümfangsfläche der Dichtung, also dort, wo sie in das Gehäuse eingepreßt ist, eine zuverlässige Abdichtung ("statische Abdichtung") zu erzielen, erhält die bekannte Dichtungsvorrichtung einen größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Gehäuses. Beim Einpressen in das Gehäuse wird somit durch die elastische Vorspannung des die Dichtung bildenden Kunststoffkörpers statisch abgedichtet. Dies wiederum hat zur Folge, daß, bedingt durch die benötigte Vorspannung, beim Einschieben der Dichtungsvorrichtung in das Gehäuse sehr hohe Einpreßkräfte aufgebracht werden müssen. Dabei können sich außerdem leicht Riefen im Gehäuse oder in der äußeren Ümfangsfläche oder sogar Deformationen der ganzen Magnetdichtung ausbilden,, was ebenfalls zu einer mangelhaften Dichtwirkung führen kann.The rectangular incision makes the two pole rings susceptible to break-out, mainly when the sealing device is pressed into the housing. The ring-shaped plastic body is magnetized in the axial direction, ie the magnetic north pole is on the left side of the seal and the magnetic south pole is on the right side. Because of this axial magnetization, only a limited sealing effect can be achieved in the area of the ferrofluid, since the density of the magnetic flux is relatively small there. Because of the axially directed magnetization, the known sealing device must be pressed into a housing made of non-magnetic material so that no magnetic short circuit occurs in the area of the press fit, which would weaken the usable magnetic flux of force at the two pole rings. Due to the rectangular incision between the two pole rings, the lines of magnetic force are very strongly deflected at the two corners of the incision, which results in losses in the magnetic flux and a reduced sealing effect. In order to achieve reliable sealing ("static sealing") on the radially outer peripheral surface of the seal, ie where it is pressed into the housing, the known sealing device has a larger outer diameter than the inner diameter of the housing. When pressed into the housing is thus statically sealed by the elastic bias of the plastic body forming the seal. This in turn has the consequence that, due to the required preload, when the sealing device is pushed into the housing very high press-in forces have to be applied. In addition, scores can easily form in the housing or in the outer peripheral surface or even deformation of the entire magnetic seal, which can also lead to an inadequate sealing effect.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den geschilderten Mängeln abzuhelfen und eine gattungsgemäße Dichtung so zu verbessern, daß bei Gewährleistung einer einfachen Herstellung und Magnetisierung der Dichtung sowie eines leichten Ein- und Ausbaus derselben die Dichtwirkunσ erheblich gesteigert ist.The object of the invention is to remedy the deficiencies described and to improve a generic seal in such a way that the sealing effect is significantly increased while ensuring simple production and magnetization of the seal and easy installation and removal of the same.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Aussparung zwischen den beiden Polringen im Querschnitt radial nach auswärts verjüngt, und daß der Kunststoffkörper im Bereich der Polringe bogenförmig magnetisiert ist.The object is achieved according to the invention in that the recess between the two pole rings tapers radially outwards in cross section, and that the plastic body is magnetized in an arc shape in the region of the pole rings.
Durch die sich radial nach auswärts verjüngende, insbesondere bogenförmige Querschnittsform der Aussparung werden die beiden Polringe selbst stabiler und unempfindlicher gegenüber der Gefahr eines Ausbrechens. Die bogenförmig verlaufenden Kraftlinien ergeben einen starken magnetischen Fluß, durch den die Abdichtwirkung im Bereich des Ferrofluids erhöht ist.Due to the radially outwardly tapering, in particular arcuate, cross-sectional shape of the recess, the two pole rings themselves become more stable and less sensitive to the risk of breaking out. The curved lines of force result in a strong magnetic flux, which increases the sealing effect in the area of the ferrofluid.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the accompanying drawings for further explanation. Show it:
Fig. 1 schematisch eine magnetische Wellendichtung im Axialschnitt; Fig. 2 schematisch eine Anordnung zur Erzeugung eines bogenförmig verlaufenden Magnetflusses in der Wellendichtung nach Fig. 1;1 schematically shows a magnetic shaft seal in axial section; FIG. 2 shows a schematic of an arrangement for generating an arcuate magnetic flux in the shaft seal according to FIG. 1;
Fig. 3 schematisch die Formgebung der äußeren bis 6 ümfangsfläche der Wellendichtung nach3 schematically shows the shape of the outer peripheral surface of the shaft seal
Fig. 1 ;Figure 1;
Fig. 7 schematisch Maßnahmen zur Verbesserung bis 10 der statischen Abdichtung an der äußeren ümfangsfläche der Dichtung nach Fig. 1 undFig. 7 shows schematically measures to improve the static sealing on the outer peripheral surface of the seal according to Fig. 1 and
Fig.11 einen Wellendichtring mit Abstandsbund.11 shows a shaft sealing ring with a spacer collar.
Die Fig. 1 zeigt die Grundausführung einer bevorzugten Ausführungsform einer magnetischen Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Die Dichtungsvorrichtung umfaßt einen Dichtring 1 aus einem magnetisierbaren Kunststoffkörper, an dem beidseits einer ringförmigen Aussparung 2 zwei Polringe ausgebildet sind. Die magnetischen Kraftlinien 4 verlaufen in den Polringen 3 und in einer von den Polringen 3 umschlossenen, drehend gelagerten Welle 5 bogenförmig, wobei die Kraftlinien im Dichtring 1 insbesondere im wesentlichen der Kontur der Aussparung 2 folgen. Der Kunststoffkörper des Dichtringes 1 ist in ein äußeres Gehäuse 6 abgedichtet eingepreßt. Die radial innengelegenen, zylindrischen Flächen der Polschuhe 3 bilden zusammen mit der Oberfläche der Welle 5 einen (Luft-) Spalt, in dem in bekannter Weise ein Ferrofluid 7, also eine Flüssigkeit mit einem Gehalt an magnetisierbaren Teilchen, eingebracht ist. Das Ferrofluid 7 wird im Spalt von den bogenförmig verlaufenden magnetischen Kraftlinien 4 gehalten und dichtet zwischen den Polringen 3 und der Welle 5 gasdicht ab.1 shows the basic construction of a preferred embodiment of a magnetic sealing device according to the invention. The sealing device comprises a sealing ring 1 made of a magnetizable plastic body on which two pole rings are formed on both sides of an annular recess 2 . The lines of magnetic force 4 run in an arc in the pole rings 3 and in a rotatably mounted shaft 5 surrounded by the pole rings 3 , with the lines of force in the sealing ring 1 essentially following the contour of the recess 2 . The plastic body of the sealing ring 1 is pressed into an outer housing 6 in a sealed manner. The radially inner, cylindrical surfaces of the pole shoes 3 together with the surface of the shaft 5 form an (air) gap in which known manner, a ferrofluid 7, ie a liquid containing magnetizable particles, is introduced. The ferrofluid 7 is held in the gap by the curved lines of magnetic force 4 and seals between the pole rings 3 and the shaft 5 in a gas-tight manner.
Wie dargestellt, ist die Aussparung 2 zwischen den beiden Polringen 3 im Bereich ihres Grundes bogenförmig gestaltet. Hierdurch steht den magnetischen Kraftlinien 4 dort - im Gegensatz zu einer rechtwinklig ausgebildeten Aussparung - mehr magnetisierbares Material zur Verfügung, so daß sie dort gleichmäßiger und dichter verlaufen können und insgesamt zu einem stärkeren Kraftfluß im Bereich des Luft- spaltcs zwischen den Pciringen 3 und der Welle 5 führen. Da das Ferrofluid durch einen stärkeren magnetischen Kraftfluß eine stabilere Halterung im Luftspalt erfährt, ist insgesamt durch die beschriebene Ausbildung des Dichtrings seine Abdichtwirkung erheblich gesteigert.As shown, the recess 2 between the two pole rings 3 is arcuate in the area of its base. As a result, the lines of magnetic force 4 there - in contrast to a rectangular recess - more magnetizable material is available, so that they can run there more evenly and densely and overall lead to a stronger flow of force in the area of the air gap between the Pci rings 3 and the shaft 5 lead. Since the ferrofluid is held more stably in the air gap by a stronger magnetic flux, its sealing effect is significantly increased overall by the design of the sealing ring described.
Auch andere geometrische Querschnittsformen der Aussparung 2 sind möglich. Statt einen Halbkreisbogen zu bilden, könnten die beiden Schenkel der Polringe auch radial nach außen spitz aufeinander zulaufen, wobei die Spitze auch abgerundet sein könnte. Wegen der bogenförmig verlaufenden magnetischen Kraftlinien 4 kommt es bei der Querschnittsgestaltung der Aussparung 2 lediglich darauf an, daß diese sich radial nach auswärts verjüngt, um so genügend Raum für die Kraftlinien 4 bereitzustellen.Other geometric cross-sectional shapes of the recess 2 are also possible. Instead of forming a semicircular arc, the two legs of the pole rings could also taper towards one another radially outwards, in which case the tip could also be rounded. Because of the curved lines of magnetic force 4, the only thing that matters in the cross-sectional design of the recess 2 is that it tapers radially outwards in order to provide enough space for the lines of force 4.
An der radial außen gelegenen ümfangsfläche des Dichtrings 1 ist zur Herabsetzung des erforderlichen Kraftaufwandes beim Einpressen des Ringes 1 in das Gehäuse 6 sowie zur Erhöhung der statischen Dichtheit eine Dichtprofilierung 10 in Gestalt einer ringsum laufenden Nut ausgebildet. Zwei an den jeweiligen Außenrändern des Dichtrings 1 vorgesehene Fasen 8 erleichtern vor und während des Ein- pressens die genaue Zentrierung des Ringes 1. Im Bereich 9 des Dichtrings 1 liegt keine Magnetisierung des den Ring bildenden Kunststoffkörpers vor. Somit ist auch ein Einbau des Ringes 1 in magnetisch leitende Gehäuse 6 möglich.On the radially outer circumferential surface of the sealing ring 1 is to reduce the force required when pressing the ring 1 into the housing 6 and to increase the static tightness a sealing profile 10 formed in the form of a circumferential groove. Two chamfers 8 provided on the respective outer edges of the sealing ring 1 facilitate the precise centering of the ring 1 before and during pressing in. In the area 9 of the sealing ring 1 there is no magnetization of the plastic body forming the ring. Thus, an installation of the ring 1 in magnetically conductive housing 6 is possible.
Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines bogenförmigen magnetischen Kraftlinienverlaufs im Dichtring 1 durch Gegeninduktionsmagnetisierung.FIG. 2 schematically shows a method and a device for generating an arcuate course of magnetic lines of force in the sealing ring 1 by mutual induction magnetization.
Auf ein Unterteil 23 aus nichtmagnetisierbarem Kunststoff wird ein Ring 22 oder auch eine Scheibe aus einem elektrisch leitenden Werkstoff (Metall) aufgesteckt bzw. aufgeklebt. Der Ring 22 oder die Scheibe könnten auch als Dauermagnete vorliegen. Der (noch nicht magnetisierte) Dichtungsring 1 wird im Unterteil 23 zentriert und durch ein Oberteil 24 gehalten, z.B. eingespannt. Die gesamte, aus Unter- und Oberteil 23, 24 bestehende Haltevorrichtung befindet sich im Innern einer Magnetisierungsspule 25, deren Achse parallel zur Pfeilrichtung F verläuft.A ring 22 or else a disk made of an electrically conductive material (metal) is placed or glued onto a lower part 23 made of non-magnetizable plastic. The ring 22 or disc could also be permanent magnets. The (not yet magnetized) sealing ring 1 is centered in the lower part 23 and held, e.g. clamped, by an upper part 24. The entire holding device, consisting of the lower and upper parts 23, 24, is located inside a magnetizing coil 25, the axis of which runs parallel to the direction of the arrow F.
Durch eine Kondensatorentladung wird in der Spule 25 ein kräftiges, axial in Richtung des Pfeiles F verlaufendes magnetisches Feld erzeugt. Durch die dabei im Werkstoff des Ringes 22 oder der Scheibe entstehenden Wirbelströme bzw. durch die entgegengesetzte Polunc des als Dauermaσnet ausσebildeten Rinσes 22 oder der Scheibe wird ein zum axial gerichteten Feld der Magnetisierungsspule 25 entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt, welches das axial verlaufende Feld bogenförmig ablenkt und hierdurch den Dichtring 1 entsprechend magnetisiert. Dabei werden die Feldlinien 26 , wie in der linken Hälfte von Fig. 2 angedeutet, im Bereich des Dichtrings in der dargestellten Weise bogenförmig ausgebildet, so daß sie später in der Anordnung nach Fig. 1 im wesentlichen senkrecht zu den einander gegenüberliegenden Flächen der Polringe 3 und der Welle 5 verlaufen.A strong magnetic field running axially in the direction of the arrow F is generated in the coil 25 by a capacitor discharge. Due to the eddy currents occurring in the material of the ring 22 or the disk or due to the opposite polarity of the ring 22 or the disk designed as a permanent magnet a magnetic field opposite to the axially directed field of the magnetizing coil 25 is generated, which deflects the axially extending field in an arc and thereby magnetizes the sealing ring 1 accordingly. The field lines 26, as indicated in the left half of Fig. 2, are curved in the manner shown in the region of the sealing ring, so that later in the arrangement according to Fig. 1 they are essentially perpendicular to the opposing surfaces of the pole rings 3 and the shaft 5 run.
Mit Hilfe des gleichen Verfahrens und einer entsprechend angepaßten Vorrichtung können auch mehrere Dichtringe 1 gleichzeitig bogenförmig magnetisiert werden.With the help of the same method and a correspondingly adapted device, several sealing rings 1 can also be magnetized in an arc shape at the same time.
Die Fig. 3 zeigt noch einmal die Profilierung 10 der äußeren ümfangsfläche des Dichtrings 1 in Gestalt der ringsum verlaufenden Nut 10. Die Fig. 4 bis 6 zeigen andere Ausgestaltungen dieser Dichtprofilierung in Gestalt mehrerer, nebeneinander verlaufender Nuten, mehrerer wellenförmiger Einbuchtungen bzw. in Gestalt eines kammartigen Profils.3 again shows the profiling 10 of the outer peripheral surface of the sealing ring 1 in the form of the groove 10 running all around a comb-like profile.
In Fig. 7 ist die äußere ümfangsfläche des Dichtrings 1 mit einer Beschichtung 41 aus einem Elastomer mit wellenförmiger Oberflächengestaltung beschichtet, um die statische Abdichtwirkung des Ringes 1 im Gehäuse 6 zu verbessern. In Fig. 8 ist das Elastomer 41 in einer entsprechenden Nut an der äußeren ümfangsfläche des Dichtrings 1 angeordnet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist in eine äußere Nut des Dichtrings 1 ein O-Ring 42 aus elastomerem Material zum Zwecke einer verbesserten Abdichtung eingelegt. Die 3eschichtung mit dem Elastomer 41 (Fig. 7 und 8) kann durch Aufvulkanisieren oder durch Aufkleben mit dem Dichtungsring 1 fest verbunden sein. In Fig. 10 ist die äußere ümfangsfläche des Dichtrings 1, die beispielsweise noch ziemlich rauh sein kann, mit einem nicht ausgasenden Fett oder einem Dichtlack 51, z.B. auf Polyurethanbasis beschichtet. Auch hierdurch ist eine bessere statische Abdichtung gewährleistet, da der Dichtlack 51 beim Einpressen des Dichtrings 1 in das Gehäuse 6 in Oberflächenrauhigkeiten des Gehäuses eindringen kann.In FIG. 7, the outer peripheral surface of the sealing ring 1 is coated with a coating 41 made of an elastomer with a wavy surface configuration in order to improve the static sealing effect of the ring 1 in the housing 6. In FIG. 8 the elastomer 41 is arranged in a corresponding groove on the outer peripheral surface of the sealing ring 1 . In the embodiment according to FIG. 9, an O-ring 42 made of elastomeric material is inserted into an outer groove of the sealing ring 1 for the purpose of improved sealing. The coating with the elastomer 41 (FIGS. 7 and 8) can be firmly connected to the sealing ring 1 by vulcanizing or by gluing. In FIG. 10, the outer peripheral surface of the sealing ring 1, which can still be quite rough, for example, is coated with a non-outgassing grease or a sealing lacquer 51, for example based on polyurethane. This also ensures better static sealing, since the sealing lacquer 51 can penetrate into surface roughnesses of the housing when the sealing ring 1 is pressed into the housing 6 .
Bei der Ausführungsform einer Wellendichtung nach Fig. 11 ist in eine entsprechende Aussparung des Gehäuses 6 zunächst ein üblicher Kugellagerring 71 eingefügt. Anschließend wird ein Dichtring 1 der beschriebenen Art eingepreßt. In Abweichung von den bisher beschriebenen Ausführungsformen hat der Dichtring nach Fig. 13 auf seiner dem Kugellagerring 71 zugewandten Seite einen vorstehenden, ringförmigen Abstandsbund 72, mit dem er am Kugellagerring 71 anliegt. Hierdurch ist die Position des Dichtringes 1 im Gehäuse 6 und der Abstand zwischen Kugellagerring 71 und Dichtungsring 1 festgelegt.In the embodiment of a shaft seal according to FIG. 11, a conventional ball bearing ring 71 is first inserted into a corresponding recess in the housing 6 . Then a sealing ring 1 of the type described is pressed. In a departure from the previously described embodiments, the sealing ring according to FIG. This fixes the position of the sealing ring 1 in the housing 6 and the distance between the ball bearing ring 71 and the sealing ring 1 .
Aus dem Voranstellenden ergibt sich, daß ein wesentliches Merkmal der Erfindung im bogenförmigen Verlauf des Magnetflusses besteht, der zu einer verbesserten Halterung des Ferrofluids 7 im Luftspalt zwischen den Polringen 3 und der Welle 5 führt. Durch diesen bogenförmigen Magnetfluß werden die Ξlementarmagnete im Kunststoffkörper des Dichtungsringes 1 entsprechend ausgerichtet. Die bogenförmige Magnetisierung des Dichtringes 1 führt zu dem weiteren Effekt, daß der Ring auch in ein Gehäuse 6 aus magnetisch leitendem -Material eingepreßt werden kann, weil durch die bogenförmige Magnetisierungsform im radial außen gelegenen Bereich 9 des Dichtringes 1 ein unmagnetischer Bereich entsteht, mit dessen Hilfe magnetische Kurzschlüsse am Außenumfang des Ringes 1 vermieden werden können. Durch das Einarbeiten der beschriebenen Dichtprofilierungen bzw. durch das Beschichten des Außenumfanges des Dichtringes (Fig. 3 bis 10) können die Einpreßkräfte erniedrigt und/oder die statischen Abdichteigenschaften der Dichtringe 1 verbessert werden. Eine Deformation des Dichtrings beim Einpressen oder eine Beschädigung der Aufnahmebohrung im Gehäuse 6 ist damit ausgeschlossen. It follows from the foregoing that an essential feature of the invention consists in the curved course of the magnetic flux, which leads to improved retention of the ferrofluid 7 in the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5. The elementary magnets in the plastic body of the sealing ring 1 are aligned accordingly by this arcuate magnetic flux. The arcuate magnetization of the sealing ring 1 leads to the further effect that the ring can also be pressed into a housing 6 made of magnetically conductive material, because the arcuate magnetization shape in the radially outer area 9 of the sealing ring 1 creates a non-magnetic area with which help magnetic Short circuits on the outer circumference of the ring 1 can be avoided. By incorporating the described sealing profiles or by coating the outer circumference of the sealing ring (FIGS. 3 to 10), the press-in forces can be reduced and/or the static sealing properties of the sealing rings 1 can be improved. Deformation of the sealing ring when it is pressed in or damage to the receiving bore in the housing 6 is thus ruled out.
Magnetische Dichtungsvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Magnetic sealing device and method for its manufacture
Die Erfindung betrifft eine magnetische Dichtungsvorrichtung mit einem Dichtring aus einem permanent magnetisierten Kunststoffkörper, der eine drehbar gelagerte Welle umschließt und auf seiner der Welle zugewandten Seite mit einer ringförmigen Aussparung versehen ist, wobei die seitlich dieser Aussparung gelegenen Bereicne des Dicntrings als Polringe wirken und mit der Oberfläche der Welle je einen Spalt bilden, der mit Ferrofluid gefüllt ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Dichtungsvorrichtung.The invention relates to a magnetic sealing device with a sealing ring made of a permanently magnetized plastic body, which encloses a rotatably mounted shaft and is provided with an annular recess on its side facing the shaft, with the areas of the sealing ring on the side of this recess acting as pole rings and with the Surface of the shaft ever form a gap that is filled with ferrofluid. The invention also relates to a method for producing such a sealing device.
Magnetische Dichtungsvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE-PS 36 44 697 und der DE-PS 37 13 567 bekannt. Die ringförmige Dichtungsvorrichtung ist mit ihrer äußeren Ümfangsfläche in ein Gehäuse eingepreßt. Durch den sich ausbildenden geschlossenen magnetischen Kraftfluß wird das Ferrofluid im Luftspalt unter den beiden Polringen gehalten. Hierdurch ist eine gasdichte Abdichtung zwischen der linken und rechten Seite der Dichtungsvorrichtung gewährleistet. Bei den bekannten magnetischen Dichtungsvorrichtungen sind die aus einem dauermagnetischen Kunststoffblock herausgearbeiteten Polringe durch eine ringförmige Aussparung in Form eines rechteckigen Einschnitts voneinander ge trennt. Die bekannten Vorrichtungen haben folgende Nachteile:Magnetic sealing devices are known for example from DE-PS 36 44 697 and DE-PS 37 13 567. The ring-shaped sealing device is pressed into a housing with its outer peripheral surface. The ferrofluid is held in the air gap under the two pole rings by the closed magnetic flux that forms. This ensures a gas-tight seal between the left and right sides of the sealing device. In the known magnetic sealing devices, the pole rings machined from a permanent-magnetic plastic block are separated from one another by an annular recess in the form of a rectangular incision separates. The known devices have the following disadvantages:
Durch den rechteckigen Einschnitt sind die beiden Polringe anfällig gegen ein Ausbrechen, und zwar hauptsächlich dann, wenn die Dichtungsvorrichtung in das Gehäuse eingepreßt wird. Der ringförmige Kunststoffkörper ist in axialer Richtung durchmagnetisiert, d.h. auf der linken Planseite der Dichtung befindet sich z.B. der magnetische Nordpol und auf der rechten Planseite der magnetische Südpol. Aufgrund dieser axialen Magnetisierung läßt sich nur eine begrenzte Dichtwirkung im Bereich des Ferrofluids erzielen, da dort die Dichte des magnetischen Kraftflusses verhältnismäßig klein ist. Wegen der axial gerichteten Magnetisierung muß die bekannte Dichtungsvorrichtung in ein Gehäuse aus nichtmagnetischem Werkstoff eingepreßt werden, damit im Bereich des PreßSitzes kein magnetischer Kurzschluß entsteht, der den nutzbaren magnetischen Kraftfluß an den beiden Polringen schwächen würde. Durch den rechteckigen Einschnitt zwischen den beiden Polringen werden die magnetischen Kraftlinien an den beiden Ecken des Einschnitts sehr stark umgelenkt, was Verluste im Magnetfluß und eine geringere Abdichtwirkung zur Folge hat. Um auch an ihrer radial außen gelegenen ümfangsfläche der Dichtung, also dort, wo sie in das Gehäuse eingepreßt ist, eine zuverlässige Abdichtung ("statische Abdichtung") zu erzielen, erhält die bekannte Dichtungsvorrichtung einen größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Gehäuses. Beim Einpressen in das Gehäuse wird somit durch die elastische Vorspannung des die Dichtung bildenden Kunststoffkörpers statisch abgedichtet. Dies wiederum hat zur Folge, daß, bedingt durch die benötigte Vorspannung, beim Einschieben der Dichtungsvorrichtung in das Gehäuse sehr hohe Einpreßkräfte aufgebracht werden müssen. Dabei können sich außerdem leicht Riefen im Gehäuse oder in der äußeren ümfangsfläche oder sogar Deformationen der ganzen Magnetdichtung ausbilden, was ebenfalls zu einer mangelhaften Dichtwirkung führen kann.The rectangular incision makes the two pole rings susceptible to break-out, mainly when the sealing device is pressed into the housing. The ring-shaped plastic body is magnetized in the axial direction, ie the magnetic north pole is on the left side of the seal and the magnetic south pole is on the right side. Because of this axial magnetization, only a limited sealing effect can be achieved in the area of the ferrofluid, since the density of the magnetic flux is relatively small there. Because of the axially directed magnetization, the known sealing device must be pressed into a housing made of non-magnetic material so that no magnetic short circuit occurs in the area of the press fit, which would weaken the usable magnetic flux of force at the two pole rings. Due to the rectangular incision between the two pole rings, the lines of magnetic force are very strongly deflected at the two corners of the incision, which results in losses in the magnetic flux and a reduced sealing effect. In order to achieve reliable sealing ("static sealing") on the radially outer peripheral surface of the seal, ie where it is pressed into the housing, the known sealing device has a larger outer diameter than the inner diameter of the housing. When pressed into the housing is thus statically sealed by the elastic bias of the plastic body forming the seal. This in turn has the consequence that, due to the required preload, when the sealing device is pushed into the housing very high press-in forces have to be applied. In addition, scores can easily form in the housing or in the outer peripheral surface or even deformation of the entire magnetic seal, which can also lead to an inadequate sealing effect.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den geschilderten Mängeln abzuhelfen und eine gattungsgemäße Dichtung so zu verbessern, daß bei Gewährleistung einer einfachen Herstellung und Magnetisierung der Dichtung sowie eines leichten Ein- und Ausbaus derselben die Dichtwirkung erheblich gesteigert ist.It is the object of the invention to remedy the deficiencies described and to improve a generic seal in such a way that the sealing effect is significantly increased while ensuring simple production and magnetization of the seal and easy installation and removal of the same.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Aussparung zwischen den beiden Polringen im Querschnitt radial nach auswärts verjüngt, und daß der Kunststoffkörper im Bereich der Polringe bogenförmig magnetisiert ist.The object is achieved according to the invention in that the recess between the two pole rings tapers radially outwards in cross section, and that the plastic body is magnetized in an arc shape in the region of the pole rings.
Durch die sich radial nach auswärts verjüngende, insbesondere bogenförmige Querschnittsform der Aussparung werden die beiden Polringe selbst stabiler und unempfindlicher gegenüber der Gefahr eines Ausbrechens. Die bogenförmig verlaufenden Kraftlinien ergeben einen starken magnetischen Fluß, durch den die Abdichtwirkung im Bereich des Ferrofluids erhöht ist.Due to the radially outwardly tapering, in particular arcuate, cross-sectional shape of the recess, the two pole rings themselves become more stable and less sensitive to the risk of breaking out. The curved lines of force result in a strong magnetic flux, which increases the sealing effect in the area of the ferrofluid.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the accompanying drawings for further explanation. Show it:
Fig. 1 schematisch eine magnetische Wellendichtung im Axialschnitt; Fig. 2 schematisch eine Anordnung zur Erzeugung eines bogenförmig verlaufenden Magnetflusses in der Wellendichtung nach Fig. 1;1 schematically shows a magnetic shaft seal in axial section; FIG. 2 shows a schematic of an arrangement for generating an arcuate magnetic flux in the shaft seal according to FIG. 1;
Fig. 3 schematisch die Formgebung der äußeren bis 6 ümfangsfläche der Wellendichtung nach Fig. 1;FIG. 3 schematically shows the shape of the outer to 6 peripheral surface of the shaft seal according to FIG. 1;
Fig. 7 schematisch Maßnahmen zur Verbesserung bis 10 der statischen Abdichtung an der äußeren ümfangsfläche der Dichtung nach Fig. 1 undFig. 7 shows schematically measures to improve the static sealing on the outer peripheral surface of the seal according to Fig. 1 and
Fig.11 einen Wellendichtring mit Abstandsbund.11 shows a shaft sealing ring with a spacer collar.
Die Fig. 1 zeigt die Grundausführung einer bevorzugten Ausführungsform einer magnetischen Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Die DichtungsVorrichtung umfaßt einen Dichtring 1 aus einem magnetisierbaren Kunststoffkörper, an dem beidseits einer ringförmigen Aussparung 2 zwei Polringe ausgebildet sind. Die magnetischen Kraftlinien 4 verlaufen in den Polringen 3 und in einer von den Polringen 3 umschlossenen, drehend gelagerten Welle 5 bogenförmig, wobei die Kraftlinien im Dichtring 1 insbesondere im wesentlichen der Kontur der Aussparung 2 folgen. Der Kunststoffkörper des Dichtringes 1 ist in ein äußeres Gehäuse 6 abgedichtet eingepreßt. Die radial innengelegenen, zylindrischen Flächen der Polschuhe 3 bilden zusammen mit der Oberfläche der Welle 5 einen (Luft-) Spalt, in dem in bekannter Weise ein Ferrofluid 7, also eine Flüssigkeit mit einem Gehalt an magnetisierbaren Teilchen, eingebracht ist. Das Ferrofluid 7 wird im Spalt von den bogenförmig verlaufenden magnetischen Kraftlinien 4 gehalten und dichtet zwischen den Polringen 3 und der Welle 5 gasdicht ab.1 shows the basic construction of a preferred embodiment of a magnetic sealing device according to the invention. The sealing device comprises a sealing ring 1 made of a magnetizable plastic body on which two pole rings are formed on both sides of an annular recess 2 . The lines of magnetic force 4 run in an arc in the pole rings 3 and in a rotatably mounted shaft 5 surrounded by the pole rings 3 , with the lines of force in the sealing ring 1 essentially following the contour of the recess 2 . The plastic body of the sealing ring 1 is pressed into an outer housing 6 in a sealed manner. The radially inner, cylindrical surfaces of the pole shoes 3 together with the surface of the shaft 5 form an (air) gap in which known manner, a ferrofluid 7, ie a liquid containing magnetizable particles, is introduced. The ferrofluid 7 is held in the gap by the curved lines of magnetic force 4 and seals between the pole rings 3 and the shaft 5 in a gas-tight manner.
Wie dargestellt, ist die Aussparung 2 zwischen den beiden Polringen 3 im Bereich ihres Grundes bogenförmig gestaltet. Hierdurch steht den magnetischen Kraftlinien 4 dort - im Gegensatz zu einer rechtwinklig ausgebildeten Aussparung - mehr magnetisierbares Material zur Verfügung, so daß sie dort gleichmäßiger und dichter verlaufen können und insgesamt zu einem stärkeren Kraftfluß im Bereich des Luft-spaltcs zwischen den Polringen 3 und der Weile 5 führen. Da das Ferrofluid durch einen stärkeren magnetischen Kraftfluß eine stabilere Halterung im Luftspalt erfährt, ist insgesamt durch die beschriebene Ausbildung des Dichtrings seine Abdichtwirkung erheblich gesteigert.As shown, the recess 2 between the two pole rings 3 is arcuate in the area of its base. As a result, there is more magnetizable material available for the magnetic lines of force 4 - in contrast to a recess formed at right angles - so that they can run more evenly and densely there and overall result in a stronger flow of force in the area of the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5 lead. Since the ferrofluid is held more stably in the air gap by a stronger magnetic flux, its sealing effect is significantly increased overall by the design of the sealing ring described.
Auch andere geometrische Querschnittsformen der Aussparung 2 sind möglich. Statt einen Halbkreisbogen zu bilden, könnten die beiden Schenkel der Polringe auch radial nach außen spitz aufeinander zulaufen, wobei die Spitze auch abgerundet sein könnte. Wegen der bogenförmig verlaufenden magnetischen Kraftlinien 4 kommt es bei der Querschnittsgestaltung der Aussparung 2 lediglich darauf an, daß diese sich radial nach auswärts verjüngt, um so genügend Raum für die Kraftlinien 4 bereitzustellen.Other geometric cross-sectional shapes of the recess 2 are also possible. Instead of forming a semicircular arc, the two legs of the pole rings could also taper towards one another radially outwards, in which case the tip could also be rounded. Because of the curved lines of magnetic force 4, the only thing that matters in the cross-sectional design of the recess 2 is that it tapers radially outwards in order to provide enough space for the lines of force 4.
An der radial außen gelegenen ümfangsfläche des Dichtrings 1 ist zur Herabsetzung des erforderlichen Kraftaufwandes beim Einpressen des Ringes 1 in das Gehäuse 6 sowie zur Erhöhung der statischen Dichtheit eine Dichtprofilierung 10 in Gestalt einer ringsum laufenden Nut ausgebildet. Zwei an den jeweiligen Außenrändern des Dichtrings 1 vorgesehene Fasen 8 erleichtern vor und während des Ein- pressens die genaue Zentrierung des Ringes 1. Im Bereich 9 des Dichtrings 1 liegt keine Magnetisierung des den Ring bildenden Kunststoffkörpers vor. Somit ist auch ein Einbau des Ringes 1 in magnetisch leitende Gehäuse 6 möglich.On the radially outer circumferential surface of the sealing ring 1 is to reduce the force required when pressing the ring 1 into the housing 6 and to increase the static tightness a sealing profile 10 formed in the form of a circumferential groove. Two chamfers 8 provided on the respective outer edges of the sealing ring 1 facilitate the precise centering of the ring 1 before and during pressing in. In the area 9 of the sealing ring 1 there is no magnetization of the plastic body forming the ring. Thus, an installation of the ring 1 in magnetically conductive housing 6 is possible.
Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines bogenförmigen magnetischen Kraftlinienverlaufs im Dichtring 1 durch Gegeninduktions-magnetisierung.FIG. 2 schematically shows a method and a device for generating an arc-shaped course of magnetic lines of force in the sealing ring 1 by mutual induction magnetization.
Auf ein Unterteil 23 aus nichtmagnetisierbarem Kunststoff wird ein Ring 22 oder auch eine Scheibe aus einem elektrisch leitenden Werkstoff (Metall) aufgesteckt bzw. aufgeklebt. Der Ring 22 oder die Scheibe könnten auch als Dauermagnete vorliegen. Der (noch nicht magnetisierte) Dichtungsring 1 wird im Unterteil 23 zentriert und durch ein Oberteil 24 gehalten, z.B. eingespannt. Die gesamte, aus Unter- und Oberteil 23, 24 bestehende Haltevorrichtung befindet sich im Innern einer Magnetisierungsspule 25, deren Achse parallel zur Pfeilrichtung F verläuft.A ring 22 or else a disk made of an electrically conductive material (metal) is placed or glued onto a lower part 23 made of non-magnetizable plastic. The ring 22 or disc could also be permanent magnets. The (not yet magnetized) sealing ring 1 is centered in the lower part 23 and held, e.g. clamped, by an upper part 24. The entire holding device, consisting of the lower and upper parts 23, 24, is located inside a magnetizing coil 25, the axis of which runs parallel to the direction of the arrow F.
Durch eine Kondensatorentladung wird in der Spule 25 ein kräftiges, axial in Richtung des Pfeiles F verlaufendes magnetisches Feld erzeugt. Durch die dabei im Werkstoff des Ringes 22 oder der Scheibe entstehenden Wirbelströme bzw. durch die entgegengesetzte Polung des als Dauermagnet ausgebildeten Ringes 22 oder der Scheibe wird ein zum axial gerichteten Feld der Magnetisierungsspule 25 entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt, welches das axial verlaufende Feld bogenförmig ablenkt und hierdurch den Dichtring 1 entsprechend magnetisiert. Dabei werden die Feldlinien 26, wie in der linken Hälfte von Fig. 2 angedeutet, im Bereich des Dichtrings in der dargestellten Weise bogenförmig ausgebildet, so daß sie später in der Anordnung nach Fig. 1 im wesentlichen senkrecht zu den einander gegenüberliegenden Flächen der Polringe 3 und der Welle 5 verlaufen.A strong magnetic field running axially in the direction of the arrow F is generated in the coil 25 by a capacitor discharge. Due to the eddy currents occurring in the material of the ring 22 or the disk or due to the opposite polarity of the ring 22 designed as a permanent magnet or the disk a magnetic field opposite to the axially directed field of the magnetizing coil 25 is generated, which deflects the axially extending field in an arc and thereby magnetizes the sealing ring 1 accordingly. The field lines 26, as indicated in the left half of Fig. 2, are arcuate in the manner shown in the region of the sealing ring, so that later in the arrangement according to Fig. 1 they are essentially perpendicular to the opposing surfaces of the pole rings 3 and the shaft 5 run.
Mit Hilfe des gleichen Verfahrens und einer entsprechend angepaßten Vorrichtung können auch mehrere Dichtringe 1 gleichzeitig bogenförmig magnetisiert werden.With the help of the same method and a correspondingly adapted device, several sealing rings 1 can also be magnetized in an arc shape at the same time.
Die Fig. 3 zeigt noch einmal die Profilierung 10 der äußeren ümfangsfläche des Dichtrings 1 in Gestalt der ringsum verlaufenden Nut 10. Die Fig. 4 bis 6 zeigen andere Ausgestaltungen dieser Dichtprofilierung in Gestalt mehrerer, nebeneinander verlaufender Nuten, mehrerer wellenförmiger Einbuchtungen bzw. in Gestalt eines kammartigen Profils.3 again shows the profiling 10 of the outer peripheral surface of the sealing ring 1 in the form of the groove 10 running all around a comb-like profile.
In Fig. 7 ist die äußere ümfangsfläche des Dichtrings 1 mit einer Beschichtung 41 aus einem Elastomer mit wellenförmiger Oberflächengestaltung beschichtet, um die statische Abdichtwirkung des Ringes 1 im Gehäuse 6 zu verbessern. In Fig. 8 ist das Elastomer 41 in einer entsprechenden Nut an der äußeren ümfangsfläche des Dichtrings 1 angeordnet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist in eine äußere Nut des Dichtrings 1 ein O-Ring 42 aus elastomerem Material zum Zwecke einer verbesserten Abdichtung eingelegt. Die 3eschichtung mit dem Elastomer 41 (Fig. 7 und 8) kann durch Aufvulkanisieren oder durch Aufkleben mit dem Dichtungs¬ring 1 fest verbunden sein. In Fig. 10 ist die äußere ümfangsfläche des Dichtrings 1, die beispielsweise noch ziemlich rauh sein kann, mit einem nicht ausgasenden- Fett oder einem Dichtlack 51, z.B. auf Polyurethanbasis beschichtet. Auch hierdurch ist eine bessere statische Abdichtung gewährleistet, da der Dichtlack 51 beim Einpressen des Dichtrings 1 in das Gehäuse 6 in Oberflächenrauhigkeiten des Gehäuses eindringen kann.In FIG. 7, the outer peripheral surface of the sealing ring 1 is coated with a coating 41 made of an elastomer with a wavy surface configuration in order to improve the static sealing effect of the ring 1 in the housing 6. In FIG. 8 the elastomer 41 is arranged in a corresponding groove on the outer peripheral surface of the sealing ring 1 . In the embodiment according to FIG. 9, an O-ring 42 made of elastomeric material is inserted into an outer groove of the sealing ring 1 for the purpose of improved sealing. The coating with the elastomer 41 (FIGS. 7 and 8) can be firmly connected to the sealing ring 1 by vulcanizing or by gluing. In FIG. 10, the outer peripheral surface of the sealing ring 1, which can still be quite rough, for example, is coated with a non-outgassing grease or a sealing lacquer 51, for example based on polyurethane. This also ensures better static sealing, since the sealing lacquer 51 can penetrate into surface roughnesses of the housing when the sealing ring 1 is pressed into the housing 6 .
Bei der Ausführungsform einer Wellendichtung nach Fig. 11 ist in eine entsprechende Aussparung des Gehäuses 6 zunächst ein üblicher Kugellagerring 71 eingefügt. Anschließend wird ein Dichtring 1 der beschriebenen Art eingepreßt. In Abweichung von den bisher beschriebenen Ausführungsformen hat der Dichtring nach Fig. 13 auf seiner dem Kugellagerring 71 zugewandten Seite einen vorstehenden, ringförmigen Abstandsbund 72, mit dem er am Kugellagerring 71 anliegt. Hierdurch ist die Position des Dichtringes 1 im Gehäuse 6 und der Abstand zwischen Kugellagerring 71 und Dichtungsring 1 festgelegt.In the embodiment of a shaft seal according to FIG. 11, a conventional ball bearing ring 71 is first inserted into a corresponding recess in the housing 6 . Then a sealing ring 1 of the type described is pressed. In a departure from the previously described embodiments, the sealing ring according to FIG. This fixes the position of the sealing ring 1 in the housing 6 and the distance between the ball bearing ring 71 and the sealing ring 1 .
Aus dem Voranstehenden ergibt sich, daß ein wesentliches Merkmal der Erfindung im bogenförmigen Verlauf des Magnetflusses besteht, der zu einer verbesserten Ξalterung des Ferrofluids 7 im Luftspalt zwischen den Polringen 3 und der Welle 5 führt. Durch diesen bogenförmigen Magnetfluß werden die Elementarmagnete im Kunststoffkörper des Dichtungsringes 1 entsprechend ausgerichtet. Die bogenförmige Magnetisierung des Dichtringes 1 führt zu dem weiteren Effekt, daß der Ring auch in ein Gehäuse 6 aus magnetisch leitendem Material eingepreßt werden kann, weil durch die bogenförmige Magnetisierungsform im radial außen gelegenen Bereich 9 des Dichtringes 1 ein unmagnetischer Bereich entsteht, mit dessen Hilfe magnetische Kurzschlüsse am Außenumfang des Ringes 1 vermieden werden können. Durch das Einarbeiten der beschriebenen Dichtprofilierungen bzw. durch das Beschichten des Außenumfanges des Dichtringes (Fig. 3 bis 10) können die Einpreßkräfte erniedrigt und/oder die statischen Abdichteigenschaften der Dichtringe 1 verbessert werden. Eine Deformation des Dichtrings beim Einpressen oder eine Beschädigung der Aufnahmebohrung im Gehäuse 6 ist damit ausgeschlossen. It follows from the above that an essential feature of the invention is the arc-shaped course of the magnetic flux, which leads to improved aging of the ferrofluid 7 in the air gap between the pole rings 3 and the shaft 5. The elementary magnets in the plastic body of the sealing ring 1 are aligned accordingly by this arcuate magnetic flux. The arcuate magnetization of the sealing ring 1 leads to the further effect that the ring can also be pressed into a housing 6 made of magnetically conductive material, because the arcuate magnetization shape creates a non-magnetic area in the radially outer area 9 of the sealing ring 1, with the help of which magnetic Short circuits on the outer circumference of the ring 1 can be avoided. By incorporating the described sealing profiles or by coating the outer circumference of the sealing ring (FIGS. 3 to 10), the press-in forces can be reduced and/or the static sealing properties of the sealing rings 1 can be improved. Deformation of the sealing ring when it is pressed in or damage to the receiving bore in the housing 6 is thus ruled out.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e ; patent claims;
1. Magnetische Dichtungsvorrichtung mit einem Dichtring aus einem permanent magnetisierten Kunststoffkörper, der eine drehbar gelagerte Welle umschließt und auf seiner der Welle zugewandten Seite mit einer ringförmigen Aussparung versehen ist, wobei die seitlich dieser Aussparung gelegenen Bereiche des Dichtrings als Polringe wirken und mit der Oberfläche der Welle je einen Spalt bilden, der mit Ferrofluid gefüllt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die Aussparung (2) zwischen den beiden Polringen (3) im Querschnitt radial nach auswärts verjüngt, und daß der Kunststoffkörper im Bereich der Polringe bogenförmig (4) magnetisiert ist.1. Magnetic sealing device with a sealing ring made of a permanently magnetized plastic body, which encloses a rotatably mounted shaft and is provided with an annular recess on its side facing the shaft, with the areas of the sealing ring on the side of this recess acting as pole rings and with the surface of the each shaft form a gap that is filled with ferrofluid, because the cross-section of the recess (2) between the two pole rings (3) tapers radially outwards and that the plastic body is magnetized in an arc (4) in the area of the pole rings.
2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (2) im Querschnitt bogenförmig ist.2. Sealing device according to claim 1, characterized in that the recess (2) is arcuate in cross section.
3.. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (2) im Querschnitt in den Kunststoffkörper spitz zulaufend ausgebildet ist.3 .. Sealing device according to claim 1, characterized in that the recess (2) is formed tapering in cross section in the plastic body.
4. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die bogenförmige Magnetisierung (4) im radial außen gelegenen Bereich (9) des Dichtrings (1) ein nichtmagnetisierter Bereich vorhanden ist.4. Sealing device according to claim 1, characterized in that by the arcuate magnetization (4) in the radially outer region (9) of the sealing ring (1) a non-magnetized area is present.
5. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der statischen Dichtheit an der äußeren ümfangsfläche des Dichtrings (1) eine Dichtprofilierung (10) eingearbeitet ist.5. Sealing device according to claim 1, characterized in that to increase the static tightness a sealing profile (10) is worked into the outer peripheral surface of the sealing ring (1).
6. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die äußere ümfangsfläche des Dichtrings (1) ganz oder teilweise mit einem Elastomer (41) beschichtet ist.6. Sealing device according to claim 1, characterized in that the outer peripheral surface of the sealing ring (1) is coated entirely or partially with an elastomer (41).
7. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer (41) aufgeklebt oder auf- vulkanisiert ist.7. Sealing device according to claim 6, characterized in that the elastomer (41) is glued or vulcanized on.
8. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung an der äußeren ümfangsfläche des Dichtrings (1) ein O-Ring (42) vorgesehen ist.8. Sealing device according to claim 1, characterized in that an O-ring (42) is provided for sealing on the outer peripheral surface of the sealing ring (1).
9. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere ümfangsfläche des Dichtrings (1) mit einem Dichtlack (51) beschichtet ist.9. Sealing device according to claim 1, characterized in that the outer peripheral surface of the sealing ring (1) is coated with a sealing lacquer (51).
10. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere ümfangsfläche des Dichtrings (1) mit einem nicht ausgasenden Fett beschichtet ist.10. Sealing device according to claim 1, characterized in that the outer peripheral surface of the sealing ring (1) is coated with a non-outgassing grease.
11. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Rändern der äußeren ümfangsfläche des Dichtrings (1) eine Fase (8) ausgebildet ist. 11. Sealing device according to claim 1, characterized in that a chamfer (8) is formed on both edges of the outer peripheral surface of the sealing ring (1).
12. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stirnseite des Dichtrings (1) einstückig ein Abstandsbund (72) angeordnet ist.12. Sealing device according to claim 1, characterized in that a spacer collar (72) is arranged in one piece on one end face of the sealing ring (1).
13. Verfahren zur Herstellung eines Dichtrings nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der bogenförmigen Magnetisierung des Kunststoffkörpers in einem axial ausgerichteten Magnetfeld ein Ring oder eine Scheibe aus elektrisch leitendem Werkstoff oder aus dauermagnetischem Material koaxial zum Kunststoff- körper so angeordnet wird, daß der Ring oder die Scheibe das axial ausgerichtete Magnetfeld bogenförmig ablenkt.13. A method for producing a sealing ring according to claim 1, characterized in that to produce the arcuate magnetization of the plastic body in an axially aligned magnetic field, a ring or a disc of electrically conductive material or of permanent magnetic material is arranged coaxially to the plastic body so that the ring or disc deflects the axially aligned magnetic field in an arc.
14 . Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kunststoffkörper gleichzeitig bogenförmig magnetisiert werden. 14 . Method according to Claim 13, characterized in that a plurality of plastic bodies are magnetised in an arc shape at the same time.
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