DE4442081C2 - Dichtung für bewegte Bauteile - Google Patents
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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 33 29 386
C1) ist das Dichtelement mit dem Tragkörper durch Anätzen
des Dichtelementes mit einem Alkalimetall und anschließen
des Anformen des Tragkörperkunststoffes in einer Form ver
bunden.
Ferner ist eine Dichtung bekannt (DE 36 41 060 C2), bei der
ein Dichtelement aus PTFE-Kunststoff in einem Ätzbad (z. B.
in Ammoniak gelöstes Natrium) ganzflächig geätzt, in ein
Preßwerkzeug eingelegt und ohne Haftvermittler im Preß-,
Spritz- oder Spritzpreßverfahren mit einem Tragkörperkunst
stoff verbunden wird.
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 entweder erst nach einem Ätz
vorgang, wie oben beschrieben, oder über haftvermittelnde
Zwischenelemente angebunden, die zusätzliche Bauteile dar
stellen, welche zur Verbindung mit dem PTFE-Dichtelement
aufwendig vorbehandelt werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung mit
einem Tragkörper und einem PTFE-Dichtelement sowie ein Ver
fahren zur Herstellung der Dichtung zu schaffen, wobei 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 8.
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 4′ Dichtelemente aus einem Polytetrafluorethylen
(PTFE)-Compound (ein durch verschiedene, für Dichtungen üb
liche Füllstoffe modifizierter PTFE-Kunststoff); mit 5
leicht konische Bohrungen, die durch Stifte zur axialen
Fixierung des Dichtelementes 2 in einer Spritzgießform er
zeugt sind; mit 6 ein bewegtes, abzudichtendes Bauteil, in
Fig. 1 eine translatorisch bewegte Kolbenstange und in den
Fig. 2 bis 5 und 7 drehende Wellen 6, wobei eine zweite
abzudichtende Welle in Fig. 6 mit 6′ bezeichnet ist; mit 8
eine Zylinderwand in Fig. 1; mit 10 eine mit dem Dichtele
ment einteilige Schutzlippe in Fig. 3; mit 10′ eine separat
vom Dichtelement 4 vorgesehene berührende Schutzlippe in
Fig. 4; mit 10′′ eine berührungsfreie Schutzlippe als Teil
des Tragkörpers 2 in Fig. 5; mit 12 eine schwach V-förmige
Einschnürung bzw. Hinterschneidung im Dichtelement 4 gemäß
den Fig. 7 und 8; mit 13 eine Prägekante als tiefste Stelle
der Hinterschneidung 12 am radial inneren Rand des Tragkör
pers gemäß Fig. 7 und 8; mit 14 und 16 zwei relativ zuein
ander bewegbare Formteile eines Formwerkzeuges zum Einprä
gen der Hinterschneidung 12 beim Schließen der Formwerkzeu
ge 14, 16 gemäß Fig. 10 in Pfeilrichtung f gemäß Fig. 9; mit
18 ein auf der zweiten Welle 6′ sitzender Laufring in Fig.
6, gegenüber dem ein im gleichen Tragkörper 2′ sitzendes
zweites Dichtelement 4′ abdichtet; mit 20 ein in den Trag
körper 2′ gemäß Fig. 6 eingesetzter Sensor oder Aktor; und
mit 22 am Tragkörper 2′ angeformte Schnappverbindungen zur
Befestigung eines nicht gezeigten weiteren Bauelementes.
Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff des
Dichtelementes 4, 4′ und dem Kunststoff des Tragkörpers 2, 2′
ist dadurch erzielt, daß dem PTFE-Compound des Dichtelemen
tes eine geringe Menge des Kunststoffes für den Tragkörper
oder einer mit diesem Kunststoff verträglichen weiteren
Komponente insbesondere aus Kunststoff beigemischt wird.
Versuche haben ergeben, daß mindestens 0,3 Gew.-% und höch
stens 40 Gew.-% des Tragkörper-Kunststoffes dem PTFE-Kunst
stoff des Dichtelementes beigemischt werden sollten. Die
besten Ergebnisse sowohl hinsichtlich guter Dichteigen
schaften des Dichtelementes als auch hinsichtlich einer
guten stoffschlüssigen Verbindung wurden mit einer Beimi
schung im Bereich von 5 bis 10 Gew.-% erzielt. Als zum Bei
mischen zum PTFE-Compound des Dichtelementes besonders ge
eignete Kunststoffe haben sich Polyphenylensulfid (PPS),
Polyamid (PA) und Polyethylen (PE) erwiesen, wobei die zu
gehörigen Tragkörper jeweils aus den entsprechenden Kunst
stoffen PPS, PA bzw. PE bestanden. Die Kunststoffe von
Tragkörper und Beimischung zum Kunststoff des Dichtelemen
tes brauchen nicht identisch sondern lediglich miteinander
verträglich im Sinne eines Stoffschlusses zu sein. Zum Bei
spiel kann dem PTFE-Compound des Dichtelementes PE zuge
mischt sein, während der Tragkörper aus PA gespritzt wird.
Anstelle des Beimischens der genannten Kunststoffe kann
auch die Oberfläche des PTFE-Dichtelements 4 durch Inkorpo
rieren des Tragkörper-Kunststoffes oder eines mit diesem
verträglichen Kunststoff modifiziert werden. Hierzu wird
dieser Kunststoff durch 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 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.
Claims (11)
1. Dichtung für bewegte Bauteile (6, 6′), wie Kolbenstangen oder
Wellen, mit einem Tragkörper aus spritzfähigem Kunststoff
sowie einem Dichtelement aus einem Polytetrafluorethylen
(PTFE)-Kunststoff-Compound, das berührend gegenüber dem
bewegten Bauteil (6, 6′) abdichtet, dadurch gekenn
zeichnet, daß der PTFE-Kunststoff des Dichtelementes
(4, 4′) zumindest in dessen Oberfläche durch Inkorporieren
einer geringen Menge des Kunststoffes des Tragkörpers (2, 2′)
oder einer damit verträglichen Komponente modifiziert ist
und daß das Dichtelement (4, 4′) mit dem Tragkörper (2, 2′)
direkt stoffschlüssig, nämlich ohne Einsatz eines
Drittstoffes, z. B. eines Ätzmittels, zur Erzeugung einer
haftvermittelnden Zwischenschicht, verbunden ist.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die stoffschlüssige Verbindung durch
Anschmelzen des
Dichtelements (4, 4′) an den Tragkörper (2, 2′) beim
Spritzvorgang erzielt ist.
3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die beigemischte Menge
zwischen 0,3 und 40 Gew.-% liegt.
4. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die beigemischte Menge zwischen
5 und 10 Gew.-% liegt.
5. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Oberfläche durch
Plasmapolymerisation der Komponente modifiziert ist.
6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Dichtelement
(4, 4′) mit dem Tragkörper (2, 2′) zusätzlich
formschlüssig verbunden ist.
7. Dichtung nach Anspruch 6, 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.
8. 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, ohne dabei einen Drittwerkstoff, wie ein Ätzmittel, zur Haftvermittelung einzusetzen
- 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.
9. Verfahren nach Anspruch 8, 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.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge
kennzeichnet, 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.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die tiefste Stelle (13) der
Hinterschneidung (12) im Dichtelement (4) an den
Rand des Tragkörpers (2) gelegt wird.
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