WO2014095276A1 - Method for producing a sealing element - Google Patents

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WO2014095276A1
WO2014095276A1 PCT/EP2013/074832 EP2013074832W WO2014095276A1 WO 2014095276 A1 WO2014095276 A1 WO 2014095276A1 EP 2013074832 W EP2013074832 W EP 2013074832W WO 2014095276 A1 WO2014095276 A1 WO 2014095276A1
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WO
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sealing
spring
sealing element
fully fluorinated
fluorinated thermoplastic
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PCT/EP2013/074832
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German (de)
French (fr)
Inventor
Günter Grau
Martin Maier
Mehmet CANKAR
Original Assignee
Elringklinger Ag
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    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3204—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip
    • F16J15/3208—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip provided with tension elements, e.g. elastic rings
    • F16J15/3212—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip provided with tension elements, e.g. elastic rings with metal springs
    • 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
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    • F16J15/3204—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip
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    • F16J15/3236—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip having two or more lips with at least one lip for each surface, e.g. U-cup packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/328—Manufacturing methods specially adapted for elastic sealings

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a sealing element which comprises a metallic spring or support element and a sealing material made of a fully fluorinated thermoplastic.
  • the invention further relates to a sealing element produced according to this method.
  • Sealing elements with a sealing material made of fully fluorinated plastics such as PTFE or TFE copolymers are used in a wide variety of applications, in particular for the dynamic sealing of moving components. Owing to their low coefficient of friction and their high thermal and chemical resistance, the plastics mentioned are outstandingly suitable as sealing materials, even in demanding applications in which the sealing element is exposed to heavy loads due to large temperature fluctuations, aggressive media, etc.
  • sealing elements made of fully fluorinated thermoplastics in principle by the residual stress of the plastic (memory effect) can be achieved a sealing effect
  • sealing elements are additionally combined with metallic spring elements in some applications to increase the contact pressure of the sealing material to the mating surfaces and relatively to be able to set exactly.
  • so-called spring-supported U-rings should be mentioned here.
  • simple metal support members can be used to give the sealing member a higher overall stability.
  • the production of such sealing element takes place according to a two-stage process, in which initially the actual Sealing element is made of the fully fluorinated plastic by a machining machining process such as milling or turning. Subsequently, the metallic spring or support element is inserted into a recess, a recess or an inner region of the sealing element.
  • the invention is therefore based on the object to propose a simplified manufacturing method for a sealing element of the type mentioned.
  • the single-stage production of the sealing element by means of injection molding of the sealing material can be carried out fully automatically and much faster than the known production method.
  • the method according to the invention provides further advantages: in comparison to machining, manufacturing tolerances can be maintained much better and the reject rate can be reduced, since the exact geometry of the sealing element is predetermined by the injection mold.
  • the production by injection molding also allows higher degrees of freedom in the design of the geometry of the sealing element, as is possible in a machining operation.
  • Another advantage results from the better bond between the sealing material and the spring or support element: when encapsulating the metallic element with the plastic, there is an exact positive fit, while the subsequent insertion of the spring or support element in a recess almost always a free space (eg by unequal Edges or curves of the profile cross sections) remains.
  • the close bond between the two components of the sealing element produced according to the invention also causes better corrosion protection for the metallic element, among other things.
  • the sealing element according to the invention is annular in a preferred embodiment, and is used for installation in an annular gap between two components which move axially or radially against each other.
  • the sealing element is oval or polygonal or has an irregular shape.
  • the sealing element does not have to be self-contained as in a ring, but may also have a linear extension. In particular, with irregular geometries that deviate from a ring shape, resulting from the production by injection molding a particularly significant efficiency advantage over the machining production.
  • the inventive method can be used for the production of sealing elements in very different sizes, depending on the nature of the intended application.
  • the sealing element in a self-contained form
  • the height of the sealing element (measured perpendicular to the diameter) is typically in the range of about 1 to about 20 mm.
  • the thickness of the sealing material can also be very different, both between different sealing elements and between different areas of a sealing element. Conveniently, the thickness of the sealing material is about 0.15 mm or more.
  • the geometry of the metallic spring or support member can be chosen in the context of the present invention virtually arbitrary.
  • the spring or support element along the Um- Catching direction of the sealing element constant cross-sectional profile, which is in particular round, rod-shaped, L-shaped or U-shaped.
  • in particular supporting elements are present and in the latter case a spring element.
  • the spring or support element is preferably formed from steel, wherein the steels known from the prior art can be used.
  • a spring element may in particular be formed of special spring steel.
  • the spring element has a substantially U-shaped cross-sectional profile, which is encapsulated on the outside with the fully fluorinated thermoplastic.
  • the spring element is thereby inserted in a relaxed state in the injection mold and encapsulated, so that the bias of the spring element takes place only when the intended installation of the sealing element, as is the case with sealing elements, which were prepared according to the prior art. If such sealing elements, which have a total of a U-shaped cross-sectional profile, are used for sealing between two areas with different pressure, the open side of the profile is preferably facing the high pressure side, so that the sealing effect is further increased with increasing pressure difference.
  • the spring element is additionally encapsulated inside with the fully fluorinated thermoplastic.
  • the spring element can be completely encased with the sealing material, which is not possible with sealing elements which are produced according to the prior art.
  • This variant can be realized accordingly with spring or support elements with a different geometry.
  • the fully fluorinated thermoplastic material must, in order to be used in the invention, be melt processable.
  • the usage of homopolymeric PTFE is thus not possible, since this has too low a melt viscosity for the injection molding process due to the high molecular weight.
  • the plastic used according to the invention is therefore preferably a TFE copolymer having a comonomer content of more than 0.5% by weight. By having a comonomer content in this order of magnitude, the molecular weight of the polymer chains can be reduced without impairing the mechanical strength of the material, thus lowering the melt viscosity and enabling injection molding.
  • the comonomer is preferably selected from a perfluoroalkyl vinyl ether, in particular perfluoromethyl vinyl ether, hexafluoropropylene and perfluoro (2,2-dimethyl-l, 3-dioxole).
  • the fully fluorinated thermoplastic is then a so-called melt-processable PTFE (comonomer content of up to about 3% by weight) to form a PFA (more than about 3% by weight perfluoroalkyl vinyl ether as comonomer), an MFA (more as about 3% by weight of perfluoromethyl vinyl ether as a comonomer) or an FEP (greater than about 3% by weight hexafluoropropylene as a comonomer).
  • a melt-processable PTFE component content of up to about 3% by weight
  • PFA more than about 3% by weight perfluoroalkyl vinyl ether as comonomer
  • MFA more as about 3% by weight of perfluoromethyl vinyl ether as a comonomer
  • FEP greater than about 3% by weight hexafluoropropylene as a comonomer
  • the TFE copolymer may also include various comonomers. It is also possible that the fully fluorinated thermoplastic comprises a mixture of different TFE copolymers.
  • the sealing material can be formed essentially completely from the fully fluorinated thermoplastic.
  • the sealing material may comprise one or more fillers, in particular pigments, friction-reducing additives and / or thermal resistance-increasing additives in order to further optimize the properties of the sealing element produced and to adapt them to the respective requirements.
  • the present invention further relates to a sealing element, which is manufactured according to the method described above.
  • the invention Permitted sealing element is advantageously distinguished from sealing elements, which are made according to the prior art, in particular by the exact positive connection between the sealing material and the metallic spring or support member, which allows a much more stable bond between the two components than in a sealing element which was manufactured by zerspande cultivation.
  • the sealing element according to the invention can be used in many different technical fields, both for static and for dynamic sealing, and in the latter case both for the sealing of axial and rotational movements.
  • the present invention relates to the use of the sealing element as a rod, piston or shaft seal.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a sealing element produced by the method according to the invention.
  • Figure 2 schematic cross-sectional view of a sealing element produced according to the prior art.
  • the sealing element 10 is overall annular, oval or polygonal, wherein the cross-sectional profile along the entire circumference is the same.
  • the sealing element 10 comprises a metallic spring element 12 with a U-shaped cross-sectional profile and a sealing element 14 arranged around the spring element 12, which also has a substantially U-shaped cross-sectional profile with an apex region 18 and two sealing lips 20 and 22.
  • the sealing lips 20 and 22 each have an outwardly oriented sealing surface 24 and 26, which come in the installation situation of the sealing element 10 to a static or dynamic mating surface to the plant.
  • the sealing element 10 is produced by the method according to the invention in such a way that the spring element 12 is inserted into an injection mold and with the sealing material, from which the sealing body 14 is formed, is overmolded.
  • the sealing material comprises a fully fluorinated thermoplastic, in particular a melt-processable PTFE, a PFA, MFA or FEP.
  • the manufacture of the sealing element 10 can be performed not only simple and inexpensive, but it also leads to an exact positive connection and a close bond between the spring element 12 and the seal body 14.
  • the spring element 12 has openings in which the sealing material can flow during injection molding. Such openings, which are arranged along the spring element 12 at regular intervals, give the spring element 12 also the necessary flexibility to form the annular shape of the sealing element 10.
  • the spring element 12 is made of steel, for. B. spring steel with the material number 1.4310.
  • the sealing element 10 according to this embodiment is in particular a spring-supported U-ring, which can be used as a rod, piston or shaft seal.
  • the manufacturing method according to the invention can also be used to produce a variety of other sealing elements with different geometries.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a sealing element 30, the construction of which essentially corresponds to the sealing element 10 according to the invention according to FIG. 1, but which, in contrast thereto, has been produced by a method according to the prior art.
  • the same or corresponding elements in Figures 1 and 2 are each provided with the same reference numeral.
  • the sealing body 14 has been made of a fully fluorinated thermoplastic material by machining such. B. milling or turning made. Subsequently, the metallic spring element 12 was inserted into the inner region between the two sealing lips 20 and 22 of the seal body 14. Compared to the production process according to the invention, this procedure is very complicated and time-consuming.
  • a further disadvantage with the sealing element 30 is that there is no exact positive connection between the spring element 12 and the sealing body 14, as a result of which the stability of the sealing element 30 is generally worse.
  • 14 free spaces 32 and 34 are present in the apex area 18 by different curvatures of the spring element 12 and the seal body.
  • Due to the poorer connection between the spring element 12 and the seal body 14, a retaining lug 36 is required at the outer end of the sealing lip 24 in order to prevent a detachment of the spring element 12 from the seal body 14.

Abstract

The present invention relates to a method for producing a sealing element (10) which comprises a metal spring or supporting element (12) and a sealing material consisting of fully fluorinated thermoplastic, wherein the spring or supporting element (12) is insert moulded with the fully fluorinated thermoplastic. The invention furthermore relates to a sealing element which is produced according to this method, and to the use of said sealing element as a rod seal, piston seal or shaft seal.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Dichtungselements  Method for producing a sealing element
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtungselements, welches ein metallisches Feder- oder Stützelement und ein Dichtungsmaterial aus einem vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff um- fasst. The present invention relates to a method for producing a sealing element which comprises a metallic spring or support element and a sealing material made of a fully fluorinated thermoplastic.
Die Erfindung betrifft ferner ein gemäß diesem Verfahren hergestelltes Dichtungselement. The invention further relates to a sealing element produced according to this method.
Dichtungselemente mit einem Dichtungsmaterial aus vollfluorierten Kunststoffen wie PTFE oder TFE-Copolymeren werden in den verschiedensten Anwendungsbereichen eingesetzt, insbesondere zur dynamischen Abdichtung von beweglichen Bauteilen. Die genannten Kunststoffe eignen sich aufgrund ihres geringen Reibungskoeffizienten und ihrer hohen thermischen und chemischen Beständigkeit hervorragend als Dichtungsmaterialien auch bei anspruchsvollen Anwendungen, bei denen das Dichtungselement starken Belastungen durch große Temperaturschwankungen, aggressive Medien usw. ausgesetzt ist. Sealing elements with a sealing material made of fully fluorinated plastics such as PTFE or TFE copolymers are used in a wide variety of applications, in particular for the dynamic sealing of moving components. Owing to their low coefficient of friction and their high thermal and chemical resistance, the plastics mentioned are outstandingly suitable as sealing materials, even in demanding applications in which the sealing element is exposed to heavy loads due to large temperature fluctuations, aggressive media, etc.
Auch wenn bei Dichtungselementen aus vollfluorierten thermoplastischen Kunststoffen grundsätzlich bereits durch die Eigenspannung des Kunststoffs (Memory- Effekt) eine Dichtungswirkung erzielt werden kann, werden solche Dichtungselemente bei einigen Anwendungen zusätzlich mit metallischen Federelementen kombiniert, um die Anpresskraft des Dichtungsmaterials an die Gegenflächen zu erhöhen und relativ genau einstellen zu können. Als Beispiel sind hier sogenannte federgestützte Nutringe zu nennen . Auch einfache Stützelemente aus Metall können verwendet werden, um dem Dichtungselement insgesamt eine höhere Stabilität zu verleihen. Even if in sealing elements made of fully fluorinated thermoplastics in principle by the residual stress of the plastic (memory effect) can be achieved a sealing effect, such sealing elements are additionally combined with metallic spring elements in some applications to increase the contact pressure of the sealing material to the mating surfaces and relatively to be able to set exactly. As an example, so-called spring-supported U-rings should be mentioned here. Also, simple metal support members can be used to give the sealing member a higher overall stability.
Gemäß dem Stand der Technik erfolgt die Herstellung solcher Dichtungselement nach einem zweistufigen Verfahren, bei dem zunächst das eigentliche Dichtungselement aus dem vollfluorierten Kunststoff durch ein zerspanendes Bearbeitungsverfahren wie Fräsen oder Drehen hergestellt wird . Anschließend wird das metallische Feder- oder Stützelement in einen Rücksprung, eine Ausnehmung oder einen Innenbereich des Dichtungselements eingesetzt. According to the prior art, the production of such sealing element takes place according to a two-stage process, in which initially the actual Sealing element is made of the fully fluorinated plastic by a machining machining process such as milling or turning. Subsequently, the metallic spring or support element is inserted into a recess, a recess or an inner region of the sealing element.
Diese Art der Herstellung ist sehr aufwändig und daher kostenintensiv, zumal der erste Schritt relativ viel Zeit in Anspruch nimmt und der zweite Schritt in der Regel nur manuell durchgeführt werden kann. This type of production is very complicated and therefore expensive, especially since the first step takes a relatively long time and the second step can usually only be performed manually.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Herstellungsverfahren für ein Dichtungselement der eingangs genannten Art vorzuschlagen. The invention is therefore based on the object to propose a simplified manufacturing method for a sealing element of the type mentioned.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Feder- oder Stützelement mit dem vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird . This object is achieved in that the spring or support member is molded with the fully fluorinated thermoplastic.
Die einstufige Herstellung des Dichtungselements mittels Spritzgießen des Dichtungsmaterials kann vollautomatisiert und wesentlich schneller durchgeführt werden als das bekannte Herstellungsverfahren. Zudem ergeben sich durch das erfindungsgemäße Verfahren weitere Vorteile : gegenüber der zerspanenden Bearbeitung können Fertigungstoleranzen wesentlich besser eingehalten und die Ausschussquote gesenkt werden, da die exakte Geometrie des Dichtungselements durch die Spritzgussform vorgegeben ist. Die Herstellung mittels Spritzgießen ermöglicht auch höhere Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Geometrie des Dichtungselements, als dies bei einer zerspanenden Bearbeitung möglich ist. The single-stage production of the sealing element by means of injection molding of the sealing material can be carried out fully automatically and much faster than the known production method. In addition, the method according to the invention provides further advantages: in comparison to machining, manufacturing tolerances can be maintained much better and the reject rate can be reduced, since the exact geometry of the sealing element is predetermined by the injection mold. The production by injection molding also allows higher degrees of freedom in the design of the geometry of the sealing element, as is possible in a machining operation.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch den besseren Verbund zwischen dem Dichtungsmaterial und dem Feder- oder Stützelement: beim Umspritzen des metallischen Elements mit dem Kunststoff kommt es zu einem exakten Form- schluss, während beim nachträglichen Einsetzen des Feder- oder Stützelements in eine Ausnehmung fast immer ein Freiraum (z.B. durch ungleiche Kanten oder Rundungen der Profilquerschnitte) verbleibt. Der enge Verbund zwischen den beiden Komponenten des erfindungsgemäß hergestellten Dichtungselements bewirkt u.a. auch einen besseren Korrosionsschutz für das metallische Element. Zudem kann auf eine Sicherung des Feder- oder Stützelements mittels einer Haltenase oder dergleichen verzichtet werden. Another advantage results from the better bond between the sealing material and the spring or support element: when encapsulating the metallic element with the plastic, there is an exact positive fit, while the subsequent insertion of the spring or support element in a recess almost always a free space (eg by unequal Edges or curves of the profile cross sections) remains. The close bond between the two components of the sealing element produced according to the invention also causes better corrosion protection for the metallic element, among other things. In addition, can be dispensed with a backup of the spring or support member by means of a retaining lug or the like.
Das erfindungsgemäße Dichtungselement ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ringförmig ausgebildet, und dient zum Einbau in einem Ringspalt zwischen zwei Bauteilen, die sich axial oder radial gegeneinander bewegen. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch ebenso möglich, dass das Dichtungselement oval oder polygonal ausgebildet ist oder eine unregelmäßige Form aufweist. Das Dichtungselement muss auch nicht wie bei einem Ring in sich geschlossen sein, sondern kann auch eine lineare Erstreckung aufweisen. Insbesondere bei unregelmäßigen Geometrien, die von einer Ringform abweichen, ergibt sich durch die Herstellung mittels Spritzgießen ein besonders deutlicher Effizienzvorteil gegenüber der zerspanenden Herstellung . The sealing element according to the invention is annular in a preferred embodiment, and is used for installation in an annular gap between two components which move axially or radially against each other. However, it is within the scope of the invention also possible that the sealing element is oval or polygonal or has an irregular shape. The sealing element does not have to be self-contained as in a ring, but may also have a linear extension. In particular, with irregular geometries that deviate from a ring shape, resulting from the production by injection molding a particularly significant efficiency advantage over the machining production.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von Dichtungselementen in sehr unterschiedlichen Größen, je nach Art der vorgesehenen Anwendung, eingesetzt werden. Typischerweise weist das Dichtungselement (bei einer in sich geschlossenen Form) einen Durchmesser von ca. 3 bis ca. 300 mm auf. Die Höhe des Dichtungselements (gemessen senkrecht zum Durchmesser) liegt typischerweise im Bereich von ca. 1 bis ca. 20 mm. The inventive method can be used for the production of sealing elements in very different sizes, depending on the nature of the intended application. Typically, the sealing element (in a self-contained form) has a diameter of about 3 to about 300 mm. The height of the sealing element (measured perpendicular to the diameter) is typically in the range of about 1 to about 20 mm.
Die Dicke des Dichtungsmaterials kann ebenfalls sehr unterschiedlich sein, sowohl zwischen verschiedenen Dichtungselementen als auch zwischen verschiedenen Bereichen eines Dichtungselements. Günstigerweise beträgt die Dicke des Dichtungsmaterials ca. 0,15 mm oder mehr. The thickness of the sealing material can also be very different, both between different sealing elements and between different areas of a sealing element. Conveniently, the thickness of the sealing material is about 0.15 mm or more.
Die Geometrie des metallischen Feder- oder Stützelements kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung praktisch beliebig gewählt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem in sich geschlossenen Dichtungselement weist das Feder- oder Stützelement ein entlang der Um- fangsrichtung des Dichtungselements konstantes Querschnittsprofil auf, welches insbesondere rund, stabförmig, L-förmig oder U-förmig ausgebildet ist. Bei den drei erstgenannten Querschnittsformen liegen insbesondere Stützelemente vor und im letztgenannten Fall ein Federelement. The geometry of the metallic spring or support member can be chosen in the context of the present invention virtually arbitrary. In a preferred embodiment of the invention with a self-contained sealing element, the spring or support element along the Um- Catching direction of the sealing element constant cross-sectional profile, which is in particular round, rod-shaped, L-shaped or U-shaped. In the case of the three first-mentioned cross-sectional shapes, in particular supporting elements are present and in the latter case a spring element.
Das Feder- oder Stützelement ist vorzugsweise aus Stahl gebildet, wobei die aus dem Stand der Technik bekannten Stähle verwendet werden können. Ein Federelement kann insbesondere aus speziellem Federstahl gebildet sein. The spring or support element is preferably formed from steel, wherein the steels known from the prior art can be used. A spring element may in particular be formed of special spring steel.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Federelement ein im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil auf, welches außen mit dem vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird . Auf diese Weise können insbesondere federgestützte Nutringe hergestellt werden. Das Federelement wird dabei in entspanntem Zustand in die Spritzgussform eingelegt und umspritzt, sodass die Vorspannung des Federelements erst beim bestimmungsgemäßen Einbau des Dichtungselements erfolgt, wie dies auch bei Dichtungselementen der Fall ist, die gemäß dem Stand der Technik hergestellt wurden. Wenn derartige Dichtungselemente, die insgesamt ein U-förmiges Querschnittsprofil aufweisen, zur Abdichtung zwischen zwei Bereichen mit unterschiedlichem Druck eingesetzt werden, ist die offene Seite des Profils bevorzugt der Hochdruckseite zugewandt, sodass die Dichtwirkung mit steigender Druckdifferenz zusätzlich erhöht wird . In a particularly preferred embodiment of the invention, the spring element has a substantially U-shaped cross-sectional profile, which is encapsulated on the outside with the fully fluorinated thermoplastic. In this way, in particular spring-supported U-rings can be produced. The spring element is thereby inserted in a relaxed state in the injection mold and encapsulated, so that the bias of the spring element takes place only when the intended installation of the sealing element, as is the case with sealing elements, which were prepared according to the prior art. If such sealing elements, which have a total of a U-shaped cross-sectional profile, are used for sealing between two areas with different pressure, the open side of the profile is preferably facing the high pressure side, so that the sealing effect is further increased with increasing pressure difference.
Gemäß einer weiteren Variante der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das Federelement zusätzlich innen mit dem vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff umspritzt. Auf diese Weise kann das Federelement vollständig mit dem Dichtungsmaterial ummantelt werden, was bei Dichtungselementen, die gemäß dem Stand der Technik hergestellt sind, nicht möglich ist. Diese Variante kann entsprechend auch bei Feder- oder Stützelementen mit einer anderen Geometrie verwirklicht werden. According to a further variant of the embodiment described above, the spring element is additionally encapsulated inside with the fully fluorinated thermoplastic. In this way, the spring element can be completely encased with the sealing material, which is not possible with sealing elements which are produced according to the prior art. This variant can be realized accordingly with spring or support elements with a different geometry.
Der vollfluorierte thermoplastische Kunststoff muss, um im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden zu können, schmelzverarbeitbar sein. Die Verwendung von homopolymerem PTFE ist somit nicht möglich, da dieses aufgrund des hohen Molekulargewichts eine zu geringe Schmelzviskosität für das Spritzgussverfahren aufweist. Der erfindungsgemäß eingesetzte Kunststoff ist daher bevorzugt ein TFE-Copolymer mit einem Comonomeranteil von mehr als 0,5 Gew.%. Durch einen Comonomeranteil in diesem Größenordnungsbereich kann das Molekulargewicht der Polymerketten reduziert werden, ohne dass die mechanische Festigkeit des Materials beeinträchtigt wird, sodass die Schmelzviskosität herabgesetzt und eine Verarbeitung mittels Spritzguss ermöglicht wird . The fully fluorinated thermoplastic material must, in order to be used in the invention, be melt processable. The usage of homopolymeric PTFE is thus not possible, since this has too low a melt viscosity for the injection molding process due to the high molecular weight. The plastic used according to the invention is therefore preferably a TFE copolymer having a comonomer content of more than 0.5% by weight. By having a comonomer content in this order of magnitude, the molecular weight of the polymer chains can be reduced without impairing the mechanical strength of the material, thus lowering the melt viscosity and enabling injection molding.
Das Comonomer ist bevorzugt ausgewählt aus einem Perfluoralkylvinylether, insbesondere Perfluormethylvinylether, Hexafluorpropylen und Perfluor-(2,2- dimethyl-l,3-dioxol). Je nach Comonomeranteil handelt es sich bei dem vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff dann um ein so genanntes schmelz- verarbeitbares PTFE (Comonomeranteil bis etwa 3 Gew.%), um ein PFA (mehr als etwa 3 Gew.% Perfluoralkylvinylether als Comonomer), ein MFA (mehr als etwa 3 Gew.% Perfluormethylvinylether als Comonomer) oder ein FEP (mehr als etwa 3 Gew.% Hexafluorpropylen als Comonomer). The comonomer is preferably selected from a perfluoroalkyl vinyl ether, in particular perfluoromethyl vinyl ether, hexafluoropropylene and perfluoro (2,2-dimethyl-l, 3-dioxole). Depending on the comonomer content, the fully fluorinated thermoplastic is then a so-called melt-processable PTFE (comonomer content of up to about 3% by weight) to form a PFA (more than about 3% by weight perfluoroalkyl vinyl ether as comonomer), an MFA (more as about 3% by weight of perfluoromethyl vinyl ether as a comonomer) or an FEP (greater than about 3% by weight hexafluoropropylene as a comonomer).
Das TFE-Copolymer kann auch verschiedene Comonomere umfassen. Ebenso ist es möglich, dass der vollfluorierte thermoplastische Kunststoff eine Mischung verschiedener TFE-Copolymere umfasst. The TFE copolymer may also include various comonomers. It is also possible that the fully fluorinated thermoplastic comprises a mixture of different TFE copolymers.
Das Dichtungsmaterial kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Wesentlichen vollständig aus dem vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff gebildet sein. Alternativ kann das Dichtungsmaterial einen oder mehrere Füllstoffe umfassen, insbesondere Pigmente, reibungsvermindernde Additive und/oder die thermische Beständigkeit erhöhende Additive, um die Eigenschaften des hergestellten Dichtungselements weiter zu optimieren und an die jeweiligen Anforderungen anzupassen. In the method according to the invention, the sealing material can be formed essentially completely from the fully fluorinated thermoplastic. Alternatively, the sealing material may comprise one or more fillers, in particular pigments, friction-reducing additives and / or thermal resistance-increasing additives in order to further optimize the properties of the sealing element produced and to adapt them to the respective requirements.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Dichtungselement, welches gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Das erfindungsge- mäße Dichtungselement unterscheidet sich in vorteilhafter Weise von Dichtungselementen, die gemäß dem Stand der Technik hergestellt sind, insbesondere durch die exakte formschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtungsmaterial und dem metallischen Feder- oder Stützelement, die einen wesentlich stabileren Verbund zwischen den beiden Komponenten ermöglicht als bei einem Dichtungselement, das durch zerspande Bearbeitung hergestellt wurde. The present invention further relates to a sealing element, which is manufactured according to the method described above. The invention Permitted sealing element is advantageously distinguished from sealing elements, which are made according to the prior art, in particular by the exact positive connection between the sealing material and the metallic spring or support member, which allows a much more stable bond between the two components than in a sealing element which was manufactured by zerspande cultivation.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtungselements wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben. Further advantages and preferred embodiments of the sealing element according to the invention have already been described in connection with the method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Dichtungselement kann in verschiedenen technischen Bereichen vielfältig eingesetzt werden, sowohl zur statischen als auch zur dynamischen Abdichtung, und im letzteren Fall sowohl zur Abdichtung von axialen als auch von Drehbewegungen . Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung des Dichtungselements als Stangen-, Kolben- oder Wellendichtung. The sealing element according to the invention can be used in many different technical fields, both for static and for dynamic sealing, and in the latter case both for the sealing of axial and rotational movements. In particular, the present invention relates to the use of the sealing element as a rod, piston or shaft seal.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. These and other advantages of the invention will be explained in more detail with reference to the following embodiment with reference to the figures.
Es zeigen im Einzelnen : They show in detail:
Figur 1 : schematische Querschnittsdarstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dichtungselements; und FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a sealing element produced by the method according to the invention; and
Figur 2 : schematische Querschnittsdarstellung eines gemäß dem Stand der Technik hergestellten Dichtungselements. Figure 2: schematic cross-sectional view of a sealing element produced according to the prior art.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dichtungselements 10. Das Dichtungselement 10 ist insgesamt ringförmig, oval oder polygonal ausgebildet, wobei das Querschnittsprofil entlang des gesamten Umfangs gleich ist. Das Dichtungselement 10 umfasst ein metallisches Federelement 12 mit einem U-förmigen Querschnittsprofil und einen um das Federelement 12 angeordneten Dichtungskörper 14, der ebenfalls ein im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil aufweist mit einem Scheitelbereich 18 und zwei Dichtlippen 20 und 22. Die Dichtlippen 20 und 22 weisen jeweils eine nach außen orientierte Dichtfläche 24 und 26 auf, die in der Einbausituation des Dichtungselements 10 an einer statischen oder dynamischen Gegenfläche zur Anlage kommen. 1 shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of a sealing element 10 according to the invention. The sealing element 10 is overall annular, oval or polygonal, wherein the cross-sectional profile along the entire circumference is the same. The sealing element 10 comprises a metallic spring element 12 with a U-shaped cross-sectional profile and a sealing element 14 arranged around the spring element 12, which also has a substantially U-shaped cross-sectional profile with an apex region 18 and two sealing lips 20 and 22. The sealing lips 20 and 22 each have an outwardly oriented sealing surface 24 and 26, which come in the installation situation of the sealing element 10 to a static or dynamic mating surface to the plant.
Das Dichtungselement 10 wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Weise hergestellt, dass das Federelement 12 in eine Spritzgussform eingelegt und mit dem Dichtungsmaterial, aus dem der Dichtungskörper 14 gebildet ist, umspritzt wird . Das Dichtungsmaterial umfasst einen vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff, insbesondere ein schmelzverarbeitbares PTFE, ein PFA, MFA oder FEP. Die Herstellung des Dichtungselements 10 kann nicht nur einfach und kostengünstig durchgeführt werden, sondern sie führt auch zu einem exakten Formschluss und einem engen Verbund zwischen dem Federelement 12 und dem Dichtungskörper 14. Um die Verbindung zwischen dem Federelement 12 und dem Dichtungskörper 14 weiter zu verbessern, kann auch vorgesehen sein, dass das Federelement 12 Durchbrüche aufweist, in die das Dichtungsmaterial beim Spritzgießen einfließen kann. Derartige Durchbrüche, die entlang des Federelements 12 in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, verleihen dem Federelement 12 auch die nötige Flexibilität, um die Ringform des Dichtungselements 10 auszubilden. Das Federelement 12 besteht aus Stahl, z. B. aus Federstahl mit der Werkstoffnummer 1.4310. The sealing element 10 is produced by the method according to the invention in such a way that the spring element 12 is inserted into an injection mold and with the sealing material, from which the sealing body 14 is formed, is overmolded. The sealing material comprises a fully fluorinated thermoplastic, in particular a melt-processable PTFE, a PFA, MFA or FEP. The manufacture of the sealing element 10 can be performed not only simple and inexpensive, but it also leads to an exact positive connection and a close bond between the spring element 12 and the seal body 14. To further improve the connection between the spring element 12 and the seal body 14, can also be provided that the spring element 12 has openings in which the sealing material can flow during injection molding. Such openings, which are arranged along the spring element 12 at regular intervals, give the spring element 12 also the necessary flexibility to form the annular shape of the sealing element 10. The spring element 12 is made of steel, for. B. spring steel with the material number 1.4310.
Bei dem Dichtungselement 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiels handelt es sich insbesondere um einen federgestützten Nutring, der als Stangen-, Kolben- oder Wellendichtung verwendet werden kann. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann aber auch zur Herstellung einer Vielzahl anderer Dichtungselemente mit unterschiedlichen Geometrien eingesetzt werden. Die Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Dichtungselements 30, dessen Aufbau im Wesentlichen dem erfindungsgemäßen Dichtungselement 10 gemäß der Figur 1 entspricht, das jedoch im Unterschied hierzu nach einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik hergestellt wurde. Gleiche oder einander entsprechende Elemente in den Figuren 1 und 2 sind jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen. The sealing element 10 according to this embodiment is in particular a spring-supported U-ring, which can be used as a rod, piston or shaft seal. However, the manufacturing method according to the invention can also be used to produce a variety of other sealing elements with different geometries. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a sealing element 30, the construction of which essentially corresponds to the sealing element 10 according to the invention according to FIG. 1, but which, in contrast thereto, has been produced by a method according to the prior art. The same or corresponding elements in Figures 1 and 2 are each provided with the same reference numeral.
Bei dem Dichtungselement 30 wurde der Dichtungskörper 14 aus einem vollfluoriertem thermoplastischen Kunststoffmaterial durch zerspanende Bearbeitung wie z. B. Fräsen oder Drehen hergestellt. Anschließend wurde das metallische Federelement 12 in den Innenbereich zwischen den beiden Dichtlippen 20 und 22 des Dichtungskörpers 14 eingesetzt. Im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ist diese Vorgehensweise sehr aufwändig und zeitintensiv. In the sealing member 30, the sealing body 14 has been made of a fully fluorinated thermoplastic material by machining such. B. milling or turning made. Subsequently, the metallic spring element 12 was inserted into the inner region between the two sealing lips 20 and 22 of the seal body 14. Compared to the production process according to the invention, this procedure is very complicated and time-consuming.
Ein weiterer Nachteil bei dem Dichtungselement 30 ist, dass zwischen dem Federelement 12 und dem Dichtungskörper 14 kein exakter Formschluss besteht, wodurch die Stabilität des Dichtungselements 30 insgesamt schlechter ist. Insbesondere sind im Scheitelbereich 18 durch unterschiedliche Krümmungen des Federelements 12 und des Dichtungskörpers 14 Freiräume 32 und 34 vorhanden. Aufgrund der schlechteren Verbindung zwischen dem Federelement 12 und dem Dichtungskörper 14 ist am äußeren Ende der Dichtlippe 24 eine Haltenase 36 erforderlich, um eine Herauslösung des Federelements 12 aus dem Dichtungskörper 14 zu verhindern. A further disadvantage with the sealing element 30 is that there is no exact positive connection between the spring element 12 and the sealing body 14, as a result of which the stability of the sealing element 30 is generally worse. In particular, 14 free spaces 32 and 34 are present in the apex area 18 by different curvatures of the spring element 12 and the seal body. Due to the poorer connection between the spring element 12 and the seal body 14, a retaining lug 36 is required at the outer end of the sealing lip 24 in order to prevent a detachment of the spring element 12 from the seal body 14.
Bezugszeichenliste Dichtungselement List of Reference Sealing element
Federelement spring element
Dichtungskörper seal body
Scheitelbereich apex region
Dichtlippe sealing lip
Dichtlippe sealing lip
Dichtfläche sealing surface
Dichtfläche sealing surface
Dichtungselement sealing element
Freiraum free space
Frei räum Free space
Haltenase retaining nose

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Dichtungselements, welches ein metallisches Feder- oder Stützelement und ein Dichtungsmaterial aus einem vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Feder- oder Stützelement mit dem vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird. 1. A method for producing a sealing element, which comprises a metallic spring or support member and a sealing material made of a fully fluorinated thermoplastic material, characterized in that the spring or support member is overmolded with the fully fluorinated thermoplastic material.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dichtungselement ringförmig, oval oder polygonal ausgebildet ist oder eine unregelmäßige Form aufweist. 2. The method of claim 1, wherein the sealing element is annular, oval or polygonal or has an irregular shape.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Dichtungselement einen Durchmesser von ca. 3 bis ca. 300 mm und eine Höhe von ca. 1 bis ca. 20 mm aufweist. 3. The method of claim 2, wherein the sealing member has a diameter of about 3 to about 300 mm and a height of about 1 to about 20 mm.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Dichtungsmaterial eine Dicke von ca. 0,15 mm oder mehr aufweist. A method according to any one of the preceding claims, wherein the sealing material has a thickness of about 0.15 mm or more.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Federoder Stützelement ein entlang der Umfangsrichtung des Dichtungselements konstantes Querschnittsprofil aufweist, welches insbesondere rund, stabförmig, L-förmig oder U-förmig ausgebildet ist. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the spring or support member has a constant along the circumferential direction of the sealing element cross-sectional profile, which is in particular round, rod-shaped, L-shaped or U-shaped.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Federoder Stützelement aus Stahl, insbesondere aus Federstahl, gebildet ist. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the spring or support member made of steel, in particular spring steel, is formed.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Federelement ein im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil aufweist, welches außen mit dem vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird . 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the spring element has a substantially U-shaped cross-sectional profile, which is externally molded with the fully fluorinated thermoplastic.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Federelement zusätzlich innen mit dem vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird. 8. The method of claim 7, wherein the spring element is additionally encapsulated inside with the fully fluorinated thermoplastic.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vollfluorierte thermoplastische Kunststoff ein TFE-Copolymer mit einem Comonomeranteil von mehr als 0,5 Gew.% umfasst. A process according to any one of the preceding claims wherein the fully fluorinated thermoplastic comprises a TFE copolymer having a comonomer content greater than 0.5% by weight.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Comonomer ausgewählt ist aus einem Perfluoralkylvinylether, insbesondere Perfluormethylvinylether, Hexafluorpropylen und Perfluor-(2,2-dimethyl-l,3-dioxol). 10. The method of claim 9, wherein the comonomer is selected from a perfluoroalkyl vinyl ether, in particular perfluoromethyl vinyl ether, hexafluoropropylene and perfluoro (2,2-dimethyl-l, 3-dioxole).
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der vollfluorierte thermoplastische Kunststoff ein schmelzverarbeitbares PTFE, ein PFA, ein MFA oder ein FEP ist. 11. The method of claim 9 or 10, wherein the fully fluorinated thermoplastic is a melt processable PTFE, a PFA, an MFA or an FEP.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Dichtungsmaterial neben dem vollfluorierten thermoplastischen Kunststoff einen oder mehrere Füllstoffe, insbesondere Pigmente, reibungsvermin- dernde Additive und/oder die thermische Beständigkeit erhöhende Additive umfasst. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the sealing material in addition to the fully fluorinated thermoplastic plastic one or more fillers, in particular pigments, friction-reducing additives and / or thermal resistance-increasing additives.
13. Dichtungselement, hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche. 13. Sealing element, prepared according to the method of any one of the preceding claims.
14. Verwendung eines Dichtungselements nach Anspruch 13 als Stangen-, Kolben- oder Wellendichtung. 14. Use of a sealing element according to claim 13 as a rod, piston or shaft seal.
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