DE4442081A1 - Dichtung für bewegte Bauteile - Google Patents

Description

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

Bei einer bekannten Dichtung dieser Bauart (DE-OS 24 60 185) ist das Dichtelement zwischen zwei Metallteilen unter Zwischenfügung einer Dichtscheibe aus Gummi kraftschlüssig eingeklemmt.

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

Ferner ist eine Dichtung bekannt (US-PS 5,198,053), bei der ein Dichtelement aus PTFE-Kunststoff über eine Zwischen­ schicht aus Perfluorpolymer (FEP) mit einem metallischen Versteifungsring verbunden ist.

Die anti-adhäsiven Eigenschaften eines PTFE-Kunststoffes machen diesen für eine berührende Dichtung sehr geeignet, bei der geringe Reibung zwischen dem Dichtelement und dem relativ dazu rotatorisch oder translatorisch bewegten Bau­ teil gefordert ist. Diese anti-adhäsiven Eigenschaften füh­ ren jedoch oft zu einer schlechten Haftung an einem Trag­ körper der Dichtung, was die Verbindung mit diesem Tragkör­ per ungemein erschwert.

Deshalb sind die PTFE-Dichtelemente im Stand der Technik sämtlich an ihre Tragkörper über haftvermittelnde Zwi­ schenelemente angebunden, die zusätzliche Bauteile darstel­ len, welche zur Verbindung mit dem PTFE-Dichtelement auf­ wendig vorbehandelt werden müssen.

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

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen eine Dichtung nach An­ spruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 9.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben. Insbesondere ist eine Weiterbil­ dung der Erfindung vorteilhaft, bei welcher zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung eine formschlüssige Verbin­ dung vorgesehen ist, die gemäß einer Weiterbildung des er­ findungsgemäßen Verfahrens durch dauerhaftes Verformen des Dichtelements beim Schließen der Spritzgießform zum Bilden einer Hinterschneidung erzeugt ist, hinter die beim nach­ folgenden Einspritzen Kunststoff des Tragkörpers fließt.

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

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

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

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

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

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

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

In den Figuren sind der Einfachheit halber gleiche oder funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeich­ net, und zwar mit 2 und 2′ ein Tragkörper aus Kunststoff; mit 4 und 41 Dichtelemente aus einem Polytetrafluorethylen (PTFE)-Compound (ein durch verschiedene, für Dichtungen üb­ liche Füllstoffe modifizierter PTFE-Kunststoff); mit 5 leicht konische Bohrungen, die durch Stifte zur axialen Fixierung des Dichtelementes 2 in einer Spritzgießform er­ zeugt sind; mit 6 ein bewegtes, abzudichtendes Bauteil, in Fig. 1 eine translatorisch bewegte Kolbenstange und in den Fig. 2 bis 5 und 7 drehende Wellen 6, wobei eine zweite abzudichtende Welle in Fig. 6 mit 6′ bezeichnet ist; mit 8 eine Zylinderwand in Fig. 1; mit 10 eine mit dem Dichtele­ ment einteilige Schutzlippe in Fig. 3; mit 10′ eine separat vom Dichtelement 4 vorgesehene berührende Schutzlippe in Fig. 4; mit 10′′ eine berührungsfreie Schutzlippe als Teil des Tragkörpers 2 in Fig. 5; mit 12 eine schwach V-förmige Einschnürung bzw. Hinterschneidung im Dichtelement 4 gemäß den Fig. 7 und 8; mit 13 eine Prägekante als tiefste Stelle der Hinterschneidung 12 am radial inneren Rand des Tragkör­ pers gemäß Fig. 7 und 8; mit 14 und 16 zwei relativ zuein­ ander bewegbare Formteile eines Formwerkzeuges zum Einprä­ gen der Hinterschneidung 12 beim Schließen der Formwerkzeu­ ge 14, 16 gemäß Fig. 10 in Pfeilrichtung f gemäß Fig. 9; mit 18 ein auf der zweiten Welle 6′ sitzender Laufring in Fig. 6. gegenüber dem ein im gleichen Tragkörper 2′ sitzendes zweites Dichtelement 4′ abdichtet; mit 20 ein in den Trag­ körper 21 gemäß Fig. 6 eingesetzter Sensor oder Aktor; und mit 22 am Tragkörper 2′ angeformte Schnappverbindungen zur Befestigung eines nicht gezeigten weiteren Bauelementes.

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

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

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

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

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

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

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

Claims (14)

1. Dichtung für bewegte Bauteile (6, 6′), wie Kolbenstangen oder Wellen, mit einem Tragkörper sowie einem Dichtelement aus einem Polytetrafluorethylen (PTFE)-Kunststoff-Compound, das berührend gegenüber dem bewegten Bauteil (6, 6′) abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (4, 4′) mit dem aus Kunststoff bestehenden Tragkörper (2, 2′) direkt stoffschlüssig verbunden ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Tragkörper (2) aus einem spritzfähigen Kunststoff besteht und daß die stoffschlüssige Verbindung durch Anschmelzen des Dichtelements (4, 4′) an den Tragkörper (2, 2′) beim Spritzvorgang erzielt ist.

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

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

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

6. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberfläche des Dichtelements (4, 4′) durch Inkorporieren einer Komponente des Kunststoffs des Tragkörpers oder einer damit verträglichen Komponente mindestens in demjenigen Bereich modifiziert ist, in welchem die stoffschlüssige Verbindung herzustellen ist.

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

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

9. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (4, 4′) mit dem Tragkörper (2, 2′) zusätzlich formschlüssig verbunden ist.

10. Dichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dichtelement (4) eine Hinterschneidung (12) mit einer am Rand des Tragkörpers (2) gelegenen tiefsten Stelle in Form einer Prägekante (13) hat.

11. Verfahren zum Herstellen einer Dichtung für bewegte Bauteile (6, 6′), wie Kolbenstangen oder Wellen, mit einem Tragkörper (2, 2′) sowie einem Dichtelement (4) aus einem Polytetrafluorethylen (PTFE)-Kunststoff, das berührend gegenüber dem bewegten Bauteil (6, 6′) abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Dichtelement (4) zumindest in seiner Oberfläche durch Inkorporieren einer Kunststoffkomponente modifiziert wird, welche mit einem spritzfähigen Kunststoff zur Bildung des Tragkörpers (2, 2′) identisch oder damit verträglich ist,
• b) das gemäß a) modifizierte Dichtelement (4) in eine Spritzgießform zum Formen des Tragkörpers (2, 2′) eingelegt wird,
• c) der spritzfähige Kunststoff in die geschlossene Spritzgießform eingespritzt wird und dabei an dem modifizierten Dichtelement anschmilzt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Schritt a) lediglich derjenige Teilbereich der Oberfläche des Dichtelementes (4) modifiziert wird, der an den Kunststoff des Tragkörpers im Schritt c) anschmilzt.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Schließen der Spritzgießform das Dichtelement (4, 4′) zum Bilden einer Hinterschneidung dauerhaft verformt wird, hinter die beim nachfolgenden Einspritzen Kunststoff des Tragkörpers (2, 2′) fließt.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die tiefste Stelle (13) der Hinterschneidung (12) im Dichtelement (4) an den Rand des Tragkörpers (2) gelegt wird.