DE69820135T2

DE69820135T2 - Texturierte Dichtung und Form zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69820135T2
Application number: DE69820135T
Authority: DE
Inventors: Anthony D. Peoria Friend; Alan M. Brimfield Dickey
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: DE69820135D1; EP0860351B1; EP0860351A3; JPH10231937A; US6139020A; EP0860351A2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Struktur einer Dichtung und insbesondere auf die Struktur, die die Möglichkeit zur Herstellung einer Dichtung mit Ausnehmungen verbessert, die auf einer Außenfläche davon benachbart zur Dichtungskante definiert sind.
Technischer Hintergrund
Axialdichtungen, siehe beispielsweise GB 1 215 221, die die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 zeigt, sind für die Abdichtung von geschmierten Raupenverbindungen von endlosen Raupen von Raupenmaschinen verwendet worden, und radiale Lippendichtungen sind an anderen geschmierten Stiftverbindungen bzw. Stiftgelenken einer Verbindung bei einem Lader verwendet worden, um die oszillierenden Stifte der verschiedenen Verbindungen abzudichten. Bei relativ sauberen Umgebungen ist ein kleines Ausmaß an radialer nach innen gerichtete Belastung auf der Dichtunglippe erforderlich, um das Lagerschmiermittel abzudichten. Wenn die Betriebsumgebung schmutziger und härter wird, sind höhere Belastungen der Lippe erforderlich, um eine gute Abdichtbarkeit sicherzustellen, um die abrasiven Verunreinigungen weg von den Lagerflächen von einem solchen Scharnier oder von solchen Stiftverbindungen zu halten.
Die Raupenhülsen, die bei endlosen Raupen von Erdbewegungsmaschinen verwendet werden, und die radialen Lippendichtungen, die in den Stiftverbindungen der Laderverbindungen von Erdbewegungsmaschinen verwendet werden, stellen eine der härtesten Betriebsumgebungen dar, die für diese Arten von Dichtungen möglich sind. Bei extrem harten Anwendungen ist eine sehr hohe axiale Kraft oder eine nach innen gerichtete radialen Kraft wünschenswert, um zu verhindern, dass stark abrasive Verunreinigungen, wie beispielsweise eine Mischung aus Sand, Schmutz und Wasser, nicht nur in die Verbindung selbst eintreten sondern unter der Dichtungslippe festgesetzt werden. Irgendwelche Verunreinigungen, die unter der Dichtungslippe fest gesetzt werden, schleifen schnell eine Nut in den Stift bzw. in die Hülse und/oder in die Dichtung oder nutzen diese ab, und tragen schnell die Dichtungslippe ab und entsprechend den Stift bzw. die Hülse. Dieser Abnutzungsmechanismus ist verantwortlich für viele vorzeitige Versagensfall von Dichtungen, was schädlich für die Komponenten der Verbindung ist, und was Zeiten der Abschaltung der Maschine verursacht, um die Komponenten zu reparieren oder zu ersetzen.
Es ist wünschenswert, eine Dichtung vorzusehen, die die Versorgung mit Schmiermittel innerhalb der geschmierten Verbindung aufrechterhält, während eine Dichtung vorgesehen wird, die die nutzbare Lebensdauer der abgedichteten Verbindung verlängert. Verschiedene Forscher auf dem Gebiet der Schmierung, der Oberflächenanalyse, der Materialwissenschaft und der Mechanik von Festkörpern haben die Dichtungsmechanismen studiert, die gestatten, dass ein Schmierfilm zwischen der Dichtungslippe und der oszillierenden oder sich drehenden Welle vorhanden ist, ohne eine Leckage zu gestatten. Es ist wünschenswert, wirtschaftlich eine Dichtung zu erzeugen, die eine einzigartige Textur auf der Dichtungsfläche hat, die das Eindringen von abrasiven Verunreinigungen in die Dichtungslippe oder in die Dichtungsfläche verhindern würde, während sie die Möglichkeit der Schmierung der Verbindung verbessert.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine texturierte Dichtung vorgesehen und definiert eine Längsachse und hat einen Aussenumfangsteil, einen Innenumfangsteil, eine Rückseite senkrecht zur Längsachse und einen Dichtungsteil mit ersten und zweiten schneidenden Oberflächen, die zwischen den inneren und äußeren Umfangsteilen angeordnet sind. Die texturierte Dichtung weist eine Vielzahl von runden Vorsprüngen auf, die auf der zweiten Seite des Dichtungsteils an einer Stelle im Allgemeinen benachbart zum Schnittpunkt zwischen den ersten und zweiten Oberflächen angeordnet sind, und wobei eine runde zylindrische Ausnehmung jeweils in einigen von mindestens einem Teil der Vielzahl von Vorsprüngen definiert ist, wobei jede der runden zylindrischen Ausnehmungen senkrecht zur Rückseite davon orientiert ist.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Dichtung mit einem Dichtungsteil mit einer texturierten Oberfläche vor, die wirtschaftlich herzustellen ist und dahingehend wirksam ist, dass sie eine übermäßige Abnutzung der Dichtung und/oder der Komponenten verhindert, mit denen die Dichtungsfläche in Kontakt ist. Der Aufbau der vorliegenden Dichtung ist auch wirksam, um mehr Schmiermittel an der Dichtungsfläche vorzusehen und eine Leckage des Strömungsmittels zu eliminieren, welches in der abgedichteten Verbindung versiegelt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine diagrammartige Darstellung einer typischen Anordnung, die die Dichtung der vorliegenden Erfindung verwendet;
2 ist eine diagrammartige Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Dichtungsanordnung, die die vrliegende Erfindung verkörpert;
3 ist eine vergrösserte teilweise geschnittene Ansicht, aufgenommen aus 2;
4 ist eine vergrösserte Querschnittsansicht, die entlang der Linie 4-4 der 2 aufgenommen wurde;
5 ist ein vergrößerter Querschnitt des Dichtungsgliedes;
6 ist eine diagrammartige Darstellung einer Spritzgussform, die verwendet wird, um ein Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung herzustellen;
7 ist eine diagrammartige Darstellung eines Spritzgussmechanismus, der zur Herstellung des Dichtungsgliedes verwendet wird; und
8 ist eine Teilansicht von einer der Hälften der Spritzgussform, aufgenommen entlang der Linie 8-8 der 7, wobei das Dichtungsglied entfernt wurde.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Mit Bezug auf 1–3 ist eine diagrammartige Darstellung einer Raupendichtungstestanordnung 10 veranschaulicht. Die Raupendichtungstestanordnung weist ein Gehäuse 12 auf, weiter ein Elastomer-Vorspannglied 14, einen Stift oder eine Hülse 16 und eine Dichtungsanordnung 18. Das Elastomer-Vorspannglied 14 drückt die Stirnseite der Dichtungsanordnung 18 gegen das Ende des Stiftes oder der Hülse 16, um eine Kammer 20 abzudichten, die mit Schmiermittel gefüllt ist.
Die Dichtungsanordnung 18 weist einen Montagering bzw. Befestigungsring 24 und eine texturierte Dichtung 26 auf. Der Montagering 24 ist aus einem Polycarbonat-Material hergestellt. Es sei jedoch bemerkt, dass der Montagering 24 aus anderen Arten von Materialien gemacht werden könnte, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die texturierte Dichtung 26 ist aus einem Polyurethan-Material gemacht, es sei jedoch bemerkt, dass die texturierte Dichtung 26 aus verschiedenen Arten von Elastomer-Materialien gemacht sein könnte. Die texturierte Dichtung 26 hat einen Dichtungsteil 30, eine gegenüberliegende Rückseite 32, die flach und senkrecht zu einer Längsachse 34 ist, einen inneren Umfangsteil 36 und einen äußeren Umfangsteil 38. Der Dichtungsteil 30 weist erste und zweite sich schneidenden Oberflächen 40, 42 auf. Wie genauer in 2 veranschaulicht, ist die Dichtungsanordnung 18 im Allgemeinen kreisförmig und hat eine Vielzahl von Vorsprüngen 44, die auf der zweiten Fläche 42 im Allgemeinen benachbart zum Schnittpunkt der ersten und zweiten Oberflächen 40, 42 angeordnet sind. Wie veranschaulicht, ist die Vielzahl von Vorsprüngen 44 gleichmäßig voneinander in Umfangsrichtung um die zweite Oberfläche 42 beanstandet.
Wie in 3 veranschaulicht, hat mindestens ein Teil der Vielzahl von Vorsprüngen 44 eine darin definierten Ausnehmung 50. Vorzugsweise haben alle Vorsprünge eine darin definierte Ausnehmung 50. Die Vorsprünge 44 und die Ausnehmungen 50 sind rund.
Mit Bezug auf die 4 und 5 ist ein Querschnitt der Dichtungsanordnung 18 und der texturierten Dichtung 26 genauer veranschaulicht. Der Montagering 24 hat eine Ausnehmung 52, die von einer flachen Oberfläche 54 definiert wird, weiter einen inneren Umfangsteil 55 und einen äußeren Umfangsteil 56. Die flache Oberfläche 54 ist senkrecht zu einer inneren Umfangsfläche 57 und parallel zu einer radialen Oberfläche 58.
Wie veranschaulicht nimmt die Ausnehmung 52 des Montagerings 24 die texturierte Dichtung 26 auf. Die texturierte Dichtung 26 kann getrennt von dem Montagering 24 ausgeformt sein, wie in 5 veranschaulicht, und kann dann montiert werden und am Platz festgehalten werden, oder die texturierte Dichtung 26 kann am Platz durch irgendwelche bekannten Gussverfahren geformt werden. Aus einer Durchsicht der Zeichnungen der 4 und 5 wird klar, dass die in Längsrichtung verlaufende Abmessung der zylindrischen Ausnehmung 50 senkrecht zur Rückseite 32 der texturierten Dichtung 26 und zur flachen Oberfläche 54 der Ausnehmung 52 ist. Genauso sind die Seiten der Vielzahl von Vorsprüngen 44 parallel zu den Seiten der zylindrischen Ausnehmungen 50 und senkrecht zu der Rückseite 32 orientiert.
Mit Bezug auf 6 ist eine Spritzgussform 60 diagrammartig veranschaulicht und zur Herstellung der Dichtungsanordnung 26 geeignet. Die Form 60 weist erste und zweite Hälften 62, 64 auf, und jede Hälfte definiert jeweilige Hohlräume 66, 68 darin mit benachbarten flachen Oberflächen 70, 72. Eine Teilungslinie 74 ist an der Verbindung der jeweiligen flachen Oberflächen 70, 72 definiert. Der Hohlraum 66 in der ersten Formhälfte 62 wird durch minde stens eine flache Oberfläche 76 definiert, die von der benachbarten flachen Oberfläche 70 beabstandet ist und parallel dazu ist, und durch ein Paar von voneinander beabstandeten flachen Oberflächen 78, welche senkrecht zur flachen Oberfläche 70 ist. Der Hohlraum 66 ist geeignet, um den Montagering 24 während des Prozesses der Formgebung und Festlegung der texturierten Dichtung 26 an dem Montagering 24 aufzunehmen.
Der Hohlraum 68 wird durch eine erste Oberfläche 80 definiert, die sich von der benachbarten flachen Oberfläche 72 nach innen erstreckt, und durch eine zweite Schnittfläche 82, die sich im Allgemeinen zu einem Punkt benachbart zur flachen Oberfläche 72 erstreckt. Die zweite Oberfläche 82 bildet einen schrägen Winkel zur flachen Oberfläche 72. Bei der vorliegenden Anordnung bildet der Schnitt der ersten und zweiten Oberflächen 80, 82 einen rechten Winkel. Wie genauer im folgenden in 8 veranschaulicht wird, ist eine Vielzahl von runden Ausnehmungen 84 in dem Hohlraum 68 definiert, der sich von der zweiten Oberfläche 82 an einer Stelle im Allgemeinen benachbart zum Schnittpunkt der ersten und zweiten Oberflächen 80, 82 erstreckt. Die Seiten von jedem der Vielzahl von Ausnehmungen 84 sind parallel zu den Seiten der jeweiligen Vorsprünge 86 und senkrecht zur Teilungslinie 74 orientiert. Die Vielzahl von Ausnehmungen 84 ist während der Herstellung der texturierten Dichtung 26 wirksam, um die jeweiligen Vorsprünge der Vielzahl von Vorsprüngen 44 zu formen.
Wie zusätzlich genauer im folgenden in 8 veranschaulicht wird, erstreckt sich ein runder zylindrischer Vorsprung 86 nach außen von mindestens einem Teil der Ausnehmungen 84. Jeder der zylindrischen Vorsprünge 86 erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zur Teilungslinie 74. Die zylindrischen Vorsprünge 86 sind während der Herstellung der texturierten Dichtung 26 wirksam, um die jeweiligen Ausnehmungen 50 zu formen.
Ein Einspritzdurchlass 88 ist in einer der ersten und zweiten Hälften 62, 64 in wohlbekannter Weise vorgesehen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Einspritzdurchlass 88 so veranschaulicht, dass der in der zweiten Formhälfte 64 ist.
Mit Bezug auf 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Spritzgussform 60 veranschaulicht und geeignet zur Herstellung der texturierten Dichtung 26. Gleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Der Hohlraum 66 der ersten Formhälfte 62 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird durch eine flache Oberfläche 90 definiert, die von der benachbarten flachen Oberfläche 70 beabstanden ist und parallel dazu ist, weiter durch einen inneren Umfangsteil 92, der sich von der flachen Oberfläche 90 zu der benachbarten flachen Oberfläche 70 erstreckt, und einen äußeren Umfangsteil 94, der sich von der flachen Oberfläche 90 zu der benachbarten flachen Oberfläche 70 erstreckt.
Der Hohlraum 68 in der zweiten Formhälfte 64 ist der gleiche, wie mit Bezug auf 6 beschrieben, und folglich wird keine weitere Beschreibung benötigt.
Mit Bezug auf 8 ist ein Teil des Hohlraum 68 in der zweiten Formhälfte 64 veranschaulicht. Wie oben bemerkt, ist der Hohlraum 68 der gleiche bei jedem der Ausführungsbeispiele, die mit Bezug auf die 6 und 7 veranschaulicht und beschrieben wurden, daher bezieht sich die folgende Beschreibung auf beide oben erwähnte Ausführungsbeispiele.
Wie klarer oben beschriebenen erstreckt sich die Vielzahl von runden Ausnehmungen 84, die dort veranschaulicht ist, nach innen von der zweiten Oberfläche 82, und die runden zylindrischen Vorsprünge 86 erstrecken sich nach außen von mindestens einem Teil der jeweiligen Ausnehmungen 84. Wie zuvor bemerkt erstrecken sich die zylindrischen Vorsprüngen 86 nach außen in einer Richtung senkrecht zu der Teilungslinie 74.
Industrielle Anwendbarkeit
Während der Anwendung der Dichtungsanordnung 18, wie sie in den 1 bis 5 dargestellt ist, wird der Teil der texturierten Dichtung 26 am Schnittpunkt der ersten und zweiten Oberflächen 40, 42 davon gegen die Oberfläche des Elementes 16 gedrückt, welches abzudichten ist. Das abzudichtende Element könnte verschiedene Elemente sein, wie beispielsweise das Ende eines Stiftes oder einer Hülse, die bei Raupengelenkstiftverbindungen oder Ladergelenkstiftverbindungen verwendet werden. Gleichzeitig wird ein Teil der entsprechenden Vielzahl von Vorsprüngen 44 auch durch die Kraft verformt. Wenn die Dichtung 26 und das abzudichtenden Element 16 mit Bezug zueinander hin und her oszillieren, wirkt die Vielzahl von Vorsprüngen 44 dahingehend, dass sie hereinkommenden Schmutz und Abrieb in einen Niederdruck-Bereich zurückleitet, so dass sich diese nicht bei dem Kontaktgebiet der Dichtung 26 mit dem abzudichtenden Element 16 sammeln. Die jeweiligen Ausnehmungen 50 in der Vielzahl von Vorsprüngen dienen als Reservoir für das Schmiermittel und wirken dahingehend, dass sie kontinuierlich das Schmierströmungsmittel zum Bereich des Dichtungskontaktes verteilen, wenn die Elemente relativ zueinander oszillieren.
Wie in 6 veranschaulicht, wird während der Herstellung der Dichtungsanordnung 18 der Montagering 24 in dem Hohlraum 66 der ersten Hälfte 62 der Form 60 angeordnet, die benachbarten flachen Oberfläche 72 der zweiten Formhälfte 64 wird in dichtendem Kontakt mit der benachbarten flachen Oberfläche 70 der ersten Formhälfte bewegt, und das Elastomer-Material der Dichtung wird in die geschlossene Kammer eingespritzt, um die texturierte Dichtung 26 zu bilden und sie mit dem Montagering 24 zu verbinden. Die ersten und zweiten Formhälften 62, 64 werden getrennt, und die fertig bearbeitete Dichtungsanordnung 18 wird entnommen. Da die zylindrischen Vorsprünge 86, die sich von den Ausnehmungen 84 der zweiten Formhälfte erstrecken, senkrecht zu der Teilungslinie 74 orientiert sind, gleiten die zylindrischen Vorsprünge leicht von den Ausnehmungen 50 der texturierten Dichtung 26. Wenn die zylindrischen Vorsprünge 86 senkrecht zu der Teilungslinie 74 sind, werden die Abnutzung und die Bruchspannungen der zylindrischen Vorsprünge im Wesentlichen eliminiert.
Wie in 7 gezeigt, werden die ersten und zweiten Formhälften 62, 64 zusammengedrückt, und das Elastomer-Material wird in die geschlossene Kammer eingespritzt, wenn man die texturierte Dichtung 26 getrennt von dem Montagering 24 herstellt. Sobald das Elastomer-Material verfestigt ist, werden die Formhälften getrennt, und die texturierte Dichtung 26 wird entnommen. Wie oben mit Bezug auf 6 bemerkt, werden die zylindrischen Vorsprünge leicht aus den Formausnehmungen 50 entfernt, da die zylindrischen Vorsprünge 86 senkrecht zu der Teilungslinie 74 orientiert sind. Wenn die texturierte Dichtung getrennt von den Montageringen 24 hergestellt wird, wird sie darauf folgend in der Ausnehmung 52 des Montageringes 24 montiert und damit in irgendeiner herkömmlichen Weise verbunden.
Im Hinblick auf das Obige ist es leicht offensichtlich, dass eine texturierte Dichtung 26 vorgesehen ist, die wirtschaftlich herzustellen ist und dahingehend wirksam ist, dass sie die Lebensdauer einer Dichtung verlängert, auch wenn diese unter harten Betriebsbedingungen verwendet wird.

Claims

Texturierte Dichtung (26), die eine Längsachse (34) definiert und einen Außenumfangsteil (38) aufweist, ferner einen Innenumfangsteil (36), eine hintere Oberfläche (32) senkrecht zur Längsachse (34) und einen Dichtungsteil (30) mit ersten und zweiten sich schneidenden Oberflächen (40, 42) angeordnet zwischen den inneren und äußeren Umfangsteilen (36, 38), gekennzeichnet durch: eine Vielzahl von runden Vorsprüngen (44) angeordnet auf der zweiten Oberfläche (42) des Dichtungsteils (30) an einer Stelle im Allgemeinen benachbart zu dem Schnittpunkt zwischen den ersten und zweiten Oberflächen (40, 42); und eine runde zylindrische Ausnehmung (50) definiert in mindestens einem Teil der Vielzahl von Vorsprüngen (4d), wobei jede der zylindrischen Ausnehmungen (50) senkrecht bezüglich der hinteren Oberfläche (32) orientiert ist.
Texturierte Dichtung (26) nach Anspruch 1, wobei die zweite Oberfläche (42) des Dichtungsteils (30) einen spitzen Winkel mit der hinteren Oberfläche (32) bildet.
Texturierte Dichtung (26) nach Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten Oberflächen (40, 42) des Dichtungsteils (30) senkrecht zueinander verlaufen.
Texturierte Dichtung (26) nach Anspruch 3, wobei die Seiten der Vielzahl von Vorsprüngen (44) senkrecht zur hinteren Oberfläche (32) orientiert sind.
Spritzgussform (60), geeignet zur Erzeugung der texturierten Dichtung (26) nach Anspruch 1, wobei die Form (60) einen Hohlraum (66, 68) in jeder Hälfte (62, 64) definiert, und zwar mit einer benachbarten Au ßenoberfläche (70, 72) und einer Teilungslinie (74) an dem Kontaktpunkt zwischen den entsprechenden benachbarten Außenoberflächen (70, 72) der ersten und zweiten Formhälften (62, 64), wobei der Hohlraum (66) in der ersten Hälfte der Form (62) definiert wird durch eine flache Oberfläche (76, 90) am Boden des Hohlraums (66), die parallel verläuft mit der Teilungslinie (74), einen Umfangsaußenteil (94), der sich von der flachen Oberfläche (90) zu der benachbarten Außenoberfläche (70) erstreckt, und einen Innenumfangsteil (92), der sich von der flachen Oberfläche (90) zu der benachbarten Außenoberfläche (70) erstreckt, wobei ferner der Hohlraum (68) in der zweiten Hälfte der Form (64) definiert wird durch eine erste Oberfläche (80), die sich nach innen von der benachbarten Außenoberfläche (72) erstreckt, und eine zweite Oberfläche (82), die sich von einem Schnittpunkt mit der ersten Oberfläche (80) zu einem Punkt im Allgemeinen benachbart zu der benachbarten Außenoberfläche (72) erstreckt, wobei eine Vielzahl von runden Ausnehmungen (84) in der zweiten Oberfläche (82) im Allgemeinen benachbart zum Schnitt der zweiten Oberfläche (82) mit der ersten Oberfläche (80) definiert wird, und ferner runde zylindrische Vorsprünge (86), die sich nach außen von mindestens einem Teil der Ausnehmungen (84) erstrecken, wobei die zylindrischen Vorsprünge (86) senkrecht bezüglich der Teilungslinie (74) orientiert sind und ein Einspritzdurchlass (88) in einer der ersten und zweiten Formhälften (62, 64) definiert ist.
Spritzgussform (60) nach Anspruch 5, wobei die zweite Oberfläche (82) in der zweiten Formhälfte (64) einen spitzen Winkel mit der Teilungslinie (74) definiert.
Spritzgussform (60) nach Anspruch 5, wobei die erste Oberfläche (80) in der zweiten Formhälfte (64) senkrecht bezüglich der zweiten Oberfläche (82) am Schnittpunkt verläuft.
Spritzgussform (60) nach Anspruch 6, wobei die Seiten der Vielzahl von Ausnehmungen (84) senkrecht zu der Teilungslinie (74) orientiert sind.
Spritzgussform (60) nach Anspruch 7, wobei die zylindrischen Vorsprünge (86) im Querschnitt kreisförmig sind.
Spritzgussform (60) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die entsprechenden zylindrischen Vorsprünge (86) sich nach außen von jeder der Ausnehmungen (84) erstrecken.