DE1475572A1

DE1475572A1 - Wellendichtung

Info

Publication number: DE1475572A1
Application number: DE19651475572
Authority: DE
Inventors: Mark Balkin; Turner Denys Grahame; Kenneth Irving
Original assignee: George Angus and Co Ltd
Current assignee: George Angus and Co Ltd
Priority date: 1964-06-30
Filing date: 1965-06-30
Publication date: 1969-01-23
Also published as: SE318714B; GB1114832A; US3396979A

Description

Wellendichtung Die Erfindung betrifft Wellendichtungen, die auch als "Öldichtungen" bekannt sind, und die aus Dichtungsringen bestehen, die an Wellen in mechanischen Vorrichtungen angeordnet sind, um das Lecken von Fluid und den Durchtritt von Verunreinigungen entlang der Welle zu verhindern.
Die Erfindung bezieht sich auf Wellendiehtungen des sogenannten Lippentyps", bei denen die Dichtungsringe jeweils einen biegsamen Umfangsflansch oder eine "Lippe" aufweisen, die federnd in Schleifkontakt an einer relativ zu ihr bewegbaren Oberfläche einer Welle, eines Gehäuses oder eines anderen Teils anliegt. Oft weist der Flansch oder die Lippe eine Bandfeder auf, um den Schleifkontaktdruck zu verstärken.
Die Dichtungsringe der meisten Wellendichtungen des Lippentyps sind aus Gummi, gewöhnlich aus ölfestem synthetischem Gummi, hergestellt, Das fiir Wellendichtungen des Lippentyps bisher als bestes bekannt gewordene Material ist eine synthetische Gummizusammensetzung auf der Basis von synthetischem Gummi aus Butadienaorylnitril-Copolymer, der als "Nitrilgummi" bekannt und im folgenden als solcher bezeichnet ist. Der als Grundlage dienende Nitrilgummi ist, wie bekannt, mit Füllstoffen, Weichmachern, Vulkanisierungs- und anderen Mitteln oder Zusatzstoffen versetzt, um verschiedenen Erfordernissen gerecht zu werden, und er bildet ein plastische Masse, die unter Wärme und Druck in die gewünschte Gestalt vulkanisiert wird.
Obwohl Wellendichtungen aus Nitrilgummizusammensetzungen sich viele Jahre lang als einigermaßen zufriedenstellend erwiesen haben, werden die Anforderungen an hochwirksame und zuverlässige Dichtungen in mechanischen Ausreüstungen, beispielsweise fiir Motorfahrzeuge und Flugzeuge, unter extremen Arbeits- und Klimabedingungen inner höher und sind mit den bekannten Nitrilgummizusammensetzungen schwer zu befriedigen.
Eine zufriedenstellende Zusammensetzung flir das Formen von Wellendichtungen des Lippentyps soll den meisten, wenn nicht allen folgenden Anforderungsn oder Bediingungen gerecht werden : Eignung zu. Mischen und Strangpressen oder Kalandern zur Herstellung des Materials in einer Form, die zum Einführen in einen Formstempel geeignet ist.
Verbindbarkeit mit Metalleinlagen, wie sie vielfach verwendet werden.
Saubere und scharfe Formlinge, die die Foristeipel nicht verschmutzen und leicht in heißem Zustand aus der Form herausgenommen werden können.
Formeigenschaft zenit gleichbleibender Formschrumpfung auf genaue Endabmessungen.
Formlinge, die genau abgeschliffen oder beschnitten werden können, ui die Dichtungslippen oder deren Flächen oder Kanten herzustellen.
Formlinge, die eine gute Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, abriebfest sind und kein Abtreiben der relativ zu ihnen bewegbaren Flächen, mit denen sie bei Gebrauch in Beruhrung stehen, verursachen.
Formlinge einer bestimmten Harte, die durch Schleifkontakt abdichten, bei Verwendung eine Feder halten und eine solche Biegsamkeit und Federung aufweisen, daß sie auch bei außermittiger Lage der Welle den Schleifkontakt aufrechterhalten.
Formlinge iit guter Beständigkeit bei hohen und niedrigen Temperaturen, beispielsweise 1200C bis -400C.
Formlinge mit guter Ölfestigkeit sowohl inbezug auf das Aufquellen als auch auf das Schrumpfen.
Wirtschaftliche Massenherstellung.
Es ist sehr schwierig, eine Zusammensetzung zu schaffen, die jeder der vorstehenden Anforderungen optimal entspricht, und für gewöhnlich muß ein Kompromiß geschlossen werden, um sich widersprechende Anforderungen auszugleichen und das am besten zu verwirklichende Gesamtergebnis zu erzielen. Beispielsweise ist es besonders schwierig, eine maximale Ölfestigkeit mit einer guten Beständigkeit bei niedrigen Temperaturen in Einklang zu bringen. Bei Nitrilgummi ist es bekannt, daß je höher der Acrylnitrilgehalt ist, desto besser die dlfestigkeit, aber desto größer die Tendenz ist, bei niedrigen Temperaturen steif zu werden. Das Beibehalten der Biegsamkeit bei Kälte bis zu etwa -400C kann nur erzielt werden, wenn man stärkeres Aufquellen in öl bei Temperaturen von 7000 bis 1000C in Kauf nimmt.
Selbst bei Erzielung eines Kompromisses zwischen den genannten Anforderungen bleibt doch noch das Haupterfordernis, daß die Dichtung im Gebrauch einwandfrei arbeiten muß. Die Dichtungseigenschaften können aber in der Praxis nicht vorausgesagt werden, da es noch nicht bekannt ist, welche Eigenschaften des Materials die Abdichtwirksamkeit steuern. Viele Theorien sind erörtert worden, jedoch ist es immer noch erforderlich, Dichtungen verschiedener GröBenunter Arbeitsbedingungen in den verschiedenen Bereichen von Temperatur, Geschwindigkeit und anderen physikalischen Bedingungen mit Ölen verschiedener chemischer Zusammensetzung, Viskosität und anderen Eigenschaften zu prüfen.
Viele scheinbar geeignete Zusammensetzungen versagen bei Prüfung der daraus hergestellten Dichtungen und es wird notwendig, einen Kompromiß für die Abdichtwirksamkeit zu finden. Beispielsweise müssen Begrenzungen des Arbeitstemperaturbereichs in Kauf genommen werden oder die Dichtungsansprüche müssen herabgesetzt werden.
Trotz jahrelanger Forschung auf dem Gebiet der Wellendichtungen ist die Formel für eine geeignete Zusammensetzung zum Formen, die gute Dichtungen ergibt, im wesentlichen noch von der Erfahrung bestimmt. Dies ist so sehr der Fall, daß Verbraucher großer mengen von Wellendichtungen besondere Prüfeinrichtungen verwenden und Bedingungen für Zul§ssigkeitspriNfungen festsetzen, die inner schärfer werden.
Die Erfindung geht Ton der Vorstellung aus, daß die Vorteile von Nitrilgummizusamme nsetzungen dadurch beibehalten und die Schwierigkeiten, den an Wellendichtungen des Lippentypsgestellten, in steigendes Maße schärf er werdenden Anforderungon gerecht zu werden, besser dadurch überwunden werden können, daß das Untersuchungsgebiet für Plastiksubstanzen so erweitert wird, daß die Eigenschaften der Formlinge aus Nitrilgummizusammensetzungen verändert werden, als daß für die bekannten Nitrilgummizusammensetzungen die Zusammensetzungsverhältnisse verändert oder aus den bekannten anwendbaren Zusatzstoffen andere ausgewählt werden0 Bei Verfolgung dieses Gedankens wurde festgestellt, daß die Aufnahme von Polyvinylacetat in eine Nitrilgummizusammensetzung zum Formen von Wellendichtungen des Lippentyps bemerkenswert zufriedenstellende Ergebnisse zeigte, und die Erfindung besteht daher im großen und ganzen darin, Polyvinylacetat einer Nitrilgummizusammensetzung zum Formen von Wellendichtungen des Lippentyps zuzusetzen.
Genauer gesagt weist eine Zusammensetzung zum Formen von Wellendichtungen des Lippentyps folgende allgemeine Formal auf, bei der das Verhältnis in Gewichtsteilen angegeben ist A. Gummi, der Butadienacrylnitril-Copolymer enthält, bei dem der Acrylnitrilgehalt vorzugsweise 25X bis 35X beträgt, 75% bis 90%) ) auf 100 Teile ) A und B kombiniert B. Polyvinylacetat 10% bis 25%) C. Inerter partikelföriiger Füllstoff D. Vulkanisiormittol, Weichmacher und andere Mittel oder Zusatzstoffe, die benötigt werden, um eine vulkanisierbare plastische Zusammensetzung herzustellen.
Das bevorzugte Verhältnis A : B : C ist 80 : 20 : 110.
Der Füllstoffbestandteil C ist vorzugsweise Ruß, Calciumcarbonat oder Ton und weist vorzugsweise eine verhältnismäßig grobe Teilchengröße auf, z. B. besitzen wenigstens 80% des Füllstoffs eine Teilchengröße von nicht weniger als 100 Millimikron.
In obiger Formel kann der Bestandteil A vollständig aus Butadienacrylnitril-Copolymer bestehen oder dieser Gummi kann durch Zugabe von einer oder mehreren anderen Gummisorten z. B. natürlichem Gummi, Butadienstyren-Copolymer, Polybutadien und Polyisopren gestreckt oder vermehrt werden, vorausgesetzt, daß der Acrylnitrilgehalt des gesamten Gummis 25% bis 35 beträgt.
Der bevorzugte Acrylnitrilanteil beträgt 28s.
Der Bestandteil B braucht nicht einfach Polyvinylacetat zu sein, sondern er kann ein Gemenge, eine Mischung oder ein Copolymer aus Polyvinylacetat und Polyvinylchlorid sein.
Drei Beispiele von Zusammensetzungen gemäß der Erfindung (Beispiele 1, 2 und 3) werden nachstehend beispielsweise und im Vergleich zu drei weiteren Beispielen (4, 5 und 6) von außerhalb des Rahmens der Erfindung liegenden Zusammensetzungen aufgefUhrt.
Beispiele 1 2 3 4 5 6 Gewichtsteile A Butadienacrylnitril-Copolymer 28% Acryhitril 80 - 60 67 67 80 40% acrylnitril - 60 30 33 33 -Butadienstyren-Copolymer - 25 - - - -B Polyvinylacetat (Vinnapas VW10) 20 15 10 - - 20 C Füllstoff Ruß Mittel-Thermalruß 110 110 80 110 - -Hoch-Abrieb-Ofenruß - - - - 60 50 (High Abrasion Furnace) Calciumcarbonat - - 40 - - -D Zusatzstoffe Schwefel 1 1 1 1 1 1 Zinkoxyd 5 5 5 5 5 5 Stearinsäure 1 1 1 1 1 1 Antioxydatinsmittel 2 2 2 2 2 2 (Phenyl- ß -Naphthylamin) Weichmacher (Dioctyl- 10 10 10 10 - 10 sebacat) Merkaptobenzothiazol 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 Tetramethylthiuram 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 disulfid Härte nach 20 Min. Vulkanisieren bei 154°C in Bs° 79 76 76 62 76 77 Brüchigkeitspunkt bei °C -45 -42 -43 -50 -53 -51 Beständigkeit in Öl ASTM No.3 nach 70 Std. bei 100°C +9 +9.5 +10 +6 +17 +11 Volumenveränderung-% abdichtwirksamkeit ausgez. aus-. aus-. ge-. ge-. gegez. gez. ring ring ring Beispiel 1 ist eine bevorzugte Zusammensetzung.
Beispiel 2 ist zufriedenstellend und enthält als Bestandteil A eine Mischung von 40%igem Butadienacrylnitril-Copolymer iit butadienstyren-Copolymer, wodurch sich ein gesamter Aarylnitrilanteil in diesem Bestandteil von 28,2P ergibt.
Beispiel 3 ist ebenfalls zufriedenstellend undweist einen Gesamtacrylnitrilanteil im Bestandteil A von 32% auf, während der Anteil von grobkörniges Calciumcarbonat-?üllstoff im Bestandteil C den oben gemachten Angaben entspricht.
Alle Zusammensetzungen dieser Beispiele zeigen gute Misch-und Formungseigenschaften, verbinden sich gut mit Metall und weisen eine gute Oberflächenbeschaffenheit sowie eine angemessene Abriebfestigkeit auf. Wie die Versuchsergebnisse zeigen, besitzen sie befriedigende Härte, gute Widerstandsfähigkeit gegen niedrige Temperaturen und gegen Öl und ausgezeichnete Addichtungswirksamkeit.
Beispiele 4 und 5 enthalten kein Polyvinylacetat, liegen daher außerhalb des Rahmens der Erfindung und sind nicht zufriedenstellend. Beide zeigen geringe Abdichtungswirksamkeit und die Zusammensetsung nach Beispiel 5 quillt beim blfestigkeitstest stark auf.
Beispiel 6 enthält Hoch-Abrieb-Ofenruß mit der feinen Teilchengröße von weniger als 100 Millimikron. Obwohl diese Zusammensetzung in mancher Hinsicht zufriedenstellend ist, ist ihre Abdichtungswirksamkeit gering.
Bei Herstellung jeder einzelnen Zusammensetzung kann man die für Gummimischungen gebräui e Technik verwenden, wobei die Bestandteile A und B (P.V.A. fest) zuerst miteinander vermischt und die anderen Zusatzstoffe zugesetzt und in herkömmlichen Gummimischvorrichtungen sorgfältig dispergiert werden.
Wahlweise können die Bestandteile A und B beispielsweise in einem Duowalzwerk oder in einem Innenmischer vorgemischt oder als wässrige Dispersionen gemischt und anschließend koaguliert und getrocknet werden.
Erfindungsgemäße Zusammensetzungen, die Polyvinylacetat mit oder ohne Polyvinylchlorid enthalten, werden nicht nur den genannten an hochwirksame Wellendichtungen des Lippentyps gestellten Anforderungen gerecht, sondern sie weisen noch eine weitere Eigenschaft auf, die einen wichtigen Vorteil bei der Herstellung der Dichtungen darstellt.
Diese Eigenschaft besteht darin, daß die Zusammensetzung leicht granuliert, d. h. in Teilchenform zertleinert werden kann und frei fließend bleibt ohne die Tendenz, daß die Teilchen aneinanderkleben, wie dies bei bekannten granulierten Gummi zusammensetzungen der Fall war. ver Darüber hinaus/schmelzen die Teilchen im Formverfahren vollständig und bilüen homogene Formlinge, die frei von körniger Struktur sind, welche einen Nachteil bisheriger Formlinge aus granulierten Zusammensetzungen bildete.
Gemäß einen weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt deinach ein Verfahren zum Formen von Wellendichtungen des Lippentyps das Herstellen einer zusammensetzung, wie vorstehend im zusammenhang mit der allgemeinen oder bevorzugten Formel beschrieben, ferner Granulieren der Zusammensetzung und Formen der Dichtungen aus der granulierten Zusammensetzung.
Mit "Granulieren" ist das Zerkleinern der Zusammensetzung in Teilchenform, s. B durch Strangpressen und Schneiden, oder Zerhacken oder Zerstückeln gemeint.
Die verwendete Teilchengröße der granulierten Zusammensetzung hängt bis zu einem gewissen Grad von der Größe der zu formenden Dichtungen b-. Je grober der Dichtungsdurchmesser ist, desto größer kann das verwendete Kornteilchen sein. Bine praktische untere Grenze der durchschnittlichen Teilchengröße beträgt etwa 0,5 mm und die obere Grenze etwa 10,0 mm. FUr Dichtungen in den gebräu@@ichsten Gr@ßen, etwa bis zu 75 mm Durchmesser, ergeben Teilchen in der Größe von 1,0 mm bis 3,0 mm gute Ergehnisse.
Die erfindungsgemäße granulierte Zusammensetzung kann auf verschiedene Weise geformt werden Sie kann in abgemessenen Mengen zu Formstempeln befördert oder geliefert werden oder sie kann zu Rohlingen vorgeformt werden, beispielsweise durch Presen oder sonstiges Kaltformen in Zwischenprodukte, wie Kugeln, Würfel oder Rohlinge, mit denen die Stempel gefällt werden.
Wenn Wellendichtungen mit Metalleinlagen hergestellt werden, werden die Metalleinlagen, die so vorbereitet worden sind, daß sie sich mit der Zusuniensetzung verbinden,iit der granulierten Zusammensetzung oder mit den sorgefornten Rohlingen zusammen oder in diese eingeschlossen in die Formstempel eingebracht.
Auf der beigeftigten Zeichnung ist eine Wellendichtung, die aus der beschriebenen Zusammensetzung hergestellt ist,.
- von links unten nach rechts oben schraffiert - in Verbindung mit anderen Elementen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne Bedeutung sind, beispielsweise dargestellt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Zusammensetzung zum formen von Wellendichtungen des Lippentyps, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen synthetischen Gummi aus Butadienacrylnitril-Copolymer und ein Polyvinylacetat enthält.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie crch folgender allgemeiner Formel in Gewichtzverbältnis zusammengesetzt ist Ä. Gummi, der Butadienacrylnitrilcopolymer enthält, bei dem der Acrylnitilanteil vorzugsweice 25% bis 35% beträgt 75% bis 90% von 100 Teilen B. Polyvinylacetat 10% bis 25% A und B kombiniert C. Inerter partikelförmiger Füllstoff D. Vulkanisatinsmittel. Weichmacher und andere Mittel oder Zusatsstoffe, wie sie benötigt werden um eine vulkanisierbare plastische Zusasmensetzung herzustellen.
3. Zusammansetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Bestandteil. A : B : C etwa 80 t 20 t 110 beträgt.
4. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch £5-kennzeichnet, daß der Füllstoffbestandteil C eine grobe Teilchengröße aufweist, die bei wenigstens 80% des Füllstoffs größer als 100 Millimikron ist.
5. Zusammensetzung nach den Ansprüchen 2, 3 cder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil B einen Polyvinylchloridanteil enthält.
6, Zusammensetzung nach einem der vorstchenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der acrylnitrilgehalt im Nitrilgummibestandteil etwa 28% beträgt.
7. Zusammenzetzung zum Formen von Wellendi8chtungen des Lippentyps, dadurch gek., daß sie einem der Beispiele 1, 2 oder 3 der Beschreibung entspricht.
8. Wellendichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche besteht.
9. Verfahren zum Formen von Wellendichtungen des Lippentyps, dadurch gekiennzeichnet, daß eine Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 7 granuliert wird und die Dichtung als der granulierten Zus@@@ensetzung geformt werden.