DE3924434A1 - Ferrofluid-dichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ferrofluid-Dichtung bei der ein in radialer Richtung magnetisierter Ringmagnet an einer radialen Begrenzungsfläche einer kreisringförmig gestalteten Trägerscheibe aus polymerem Werkstoff festgelegt ist.

Eine solche Ferrofluid-Dichtung ist aus der US-PS 41 71 818 bekannt. Der Ringmagnet hat dabei eine Länge in axialer Richtung, die wesentlich größer ist als seine Erstreckung in radialer Richtung. Er ist zusätzlich auf einer radialen Begrenzungsfläche der Trägerscheibe festgelegt, welche in bezug auf die Oberfläche des abzudichtenden Maschinenteiles in entgegengesetzter Richtung weist. Die Druckhaltefähigkeit dieser Ferrofluid-Dichtung ist wenig befriedigend.

Aus der DE-PS 36 44 697 ist eine Ferrofluid-Dichtung be­ kannt, bei der ein in radialer Richtung magnetisierter Ringmagnet mit einer axialen Länge, die kleiner ist als die Erstreckung in radialer Richtung in das Innere eines aus Kunststoff bestehenden Trägerringes eingebettet. Die Druck­ haltefähigkeit ist unzureichend und die aufwendige Her­ stellung wird als wenig befriedigend empfunden. Die Ge­ staltung als Hohlelement macht es schwierig, die häufige Forderung nach geringer axialer Erstreckung zu erfüllen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herzustellende Ferrofluid-Dichtung zu zeigen, die sich durch eine verbesserte Druckhaltefähigkeit auszeichnet und mit der man besonders geringe axiale Abmessungen erreicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Ferrofluid- Dichtung nach dem Oberbegriff mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausge­ staltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Bei der erfindungsgemäßen Ferrofluid-Dichtung ist es vor­ gesehen, daß der Ringmagnet an einer in Richtung des relativ­ verdrehbaren Maschinenteiles weisenden Begrenzungsfläche des Trägerringes festgelegt ist, wobei der Trägerring aus einem Hartkunststoff besteht und wobei die axiale Länge des Ringmagneten kleiner ist als die radiale Erstreckung. Durch die Anordnung des Ringmagneten an einer in Richtung des relativverdrehbaren Maschinenteiles weisenden, radialen Begrenzungsfläche ergibt sich ein besonders geringer, radialer Abstand zwischen dem relativverdrehbaren Maschinen­ teil und dem diesem zugewandten Pol des Ringmagneten, was für eine starke Bündelung der aus dem Magnetpol austretenden Feldlinien von großem Vorteil ist insofern, als die Druck­ haltefähigkeit der erfindungsgemäßen Ferrofluid-Dichtung bereits hierdurch eine deutliche Steigerung erfährt. Sie wird indessen darüberhinaus in entscheidendem Maße durch das Merkmal verbessert, daß der Ringmagnet in radialer Richtung eine größere Erstreckung hat als in axialer Richtung. Der während der bestimmungsgemäßen Verwendung in dem Radialspalt zwischen dem Ringmagneten und dem relativverdrehbaren Maschinenteil eingelagerte Ring aus ferrofluidischer Flüssigkeit erfährt hierdurch eine besonders gute Ab­ sicherung gegen den Verlust von Flüssigkeitsbestandteilen. Die Druckhaltefähigkeit ist dementsprechend wesentlich verbessert. Auch ergibt sich eine äußerst kurze Baulänge in axialer Richtung, was die praktische Anwendung der Dichtung vereinfacht.

Durch die Festlegung des Ringmagneten an der radialen Begrenzungsfläche eines aus Hartkunststoff bestehenden Trägerringes besteht die Möglichkeit, den eigentlichen Ringmagneten radial außerhalb des während der bestimmungs­ gemäßen Verwendung der Einspannung dienenden Bereiches anzuordnen. Für die Herstellung des Ringmagneten können dementsprechend beliebige und gegebenenfalls auch sehr spröde Magnetwerkstoffe verwendet werden, ohne daß die Gefahr einer Zerstörung während des Einbaus besteht. Die Erzielung eines flüssigkeitsdichten Anschlusses an das relativ unbewegliche Maschinenteil ist hierdurch stark vereinfacht. Zusätzlich sind Hartkunststoffe wesentlich kostengünstiger als Magnetwerkstoffe verfügbar, was eine Senkung der Herstellkosten zur Folge hat.

Der Trägerring kann während seiner Formgebung und Ver­ festigung unmittelbar mit dem Ringmagneten verbunden werden. Hierdurch ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß der Ringmagnet und der Trägerring einander in einer besonders präzise definierten Weise zugeordnet sind. Im Hinblick auf die Vermeidung einer exzentrischen Zuordnung zu einem während der bestimmungsgemäßen Verwendung abzudichtenden Maschinenteile ist das von großem Vorteil.

Der Trägerring kann aus irgendeinem polymeren Hartwerkstoff bestehen. Bevorzugt gelangen Polyamide oder Polypropylen zur Anwendung. Sie zeichnen sich beide durch eine kostengünstige Verfügbarkeit aus sowie eine besonders große Sicherheit gegen unerwünschte Quellungen.

Die axiale Länge des Ringmagneten soll vorteilhaft 0,1 bis 0,75 × so groß sein wie die radiale Erstreckung, mit der Maßgabe, daß ein Wert der axialen Länge von 0,2 mm nicht unterschritten wird. Der Werkstoffbedarf für die Herstellung des Ringmagneten ist dementsprechend äußerst gering. Dennoch wird eine ausgezeichnete Druckhaltefähigkeit erreicht.

Im Hinblick auf die Vermeidung elektrostatischer Aufladungen hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn der aus Hartkunst­ stoff bestehende Trägerring elektrisch leitfähig ist, beispielsweise durch einen Gehalt an Ruß. Werden Eisen­ partikel in entsprechend gleichmäßiger Verteilung in den den Trägerring bildenden Kunststoff eingebettet, dann kann sich bei einer Verwendung in einem relativ ruhenden Maschinen­ teil, welches für ferromagnetische Eigenschaften aufweist, eine magnetische Ankopplung und hierdurch eine weitere Verbesserung der Druckhaltefähigkeit der vorgeschlagenen Dichtung ergeben.

Der Ringmagnet kann in Richtung des relativverdrehbaren Maschinenteiles durch eine Fläche begrenzt sein, welche mit in axialer Richtung wirksamen, hydrodynamischen Rückförder­ elementen versehen ist. Der Einbau wird so vorgenommen, daß sich bei drehendem Maschinenteil eine Förderwirkung in Richtung des angrenzenden Raumes höheren Druckes ergibt. Dem Verlust von ferrofluidischer Flüssigkeit in Richtung der gegenüberliegenden Seite wird hierdurch vorgebeugt und zugleich sichergestellt, daß eine Verschmutzung dieser Seite durch ferrofluidische Flüssigkeitsbestandteile unterbleibt.

Der Trägerring und der Ringmagnet können zumindest auf einer axialen Begrenzungsfläche mit einer einstückig einander übergehenden Oberflächenbeschichtung versehen sein, um die mechanische oder chemische Widerstandsfähigkeit weiter zu verbessern. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise aus Metall bestehen, insbesondere aus Nickel, und gewährleistet in diesem Falle nicht nur eine besonders gute Korrosions­ unempfindlichkeit sondern darüberhinaus eine hohe Sicherheit gegen das Absplittern von Bestandteilen des Ringmagneten.

Eine Verwendung polymerer Werkstoffe zur Herstellung der Oberflächenbeschichtung ist ebenfalls möglich. Neben Lacken haben sich insbesondere Latexdispersionen ausgezeichnet bewährt.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung weiter verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine halbgeschnitten dargestellte Ferrofluid-Dichtung im eingebauten Zustand.

Fig. 2 eine Ferrofluid-Dichtung ähnlich der in Fig. 1 gezeigten Darstellung und vor dem Einbau.

Die in Fig. 1 gezeigte Ferrofluid-Dichtung ist für die Abdichtung der Bohrung 8 eines statischen Gehäuses 9 gegen­ über einer sich drehenden Welle 3 bestimmt. Sie besteht aus einem in radialer Richtung magnetisierten Ringmagneten 1, der am Innenumfang eines aus Polypropylen bestehenden Trägerringes 2 befestigt ist. Der Ringmagnet 1 und der Trägerring 2 sind einander sowie der Bohrung 8 und der abzudichtenden Welle 3 konzentrisch zugeordnet. Der sich ergebende Dichtspalt zwischen der Innenseite des Ringmagneten 1 und der Ober­ fläche der Welle 3 ist mit einem Flüssigkeitsring aus ferrofluidischer Flüssigkeit 10 gefüllt.

Das Verhältnis aus der axialen Länge L und der radialen Erstreckung des Ringmagneten beträgt 0,4, wobei der Ring­ magnet eine axiale Länge von 0,5 mm aufweist. Der Bedarf an Magnetwerkstoff für die Herstellung des Ringmagneten ist dementsprechend außerordentlich gering.

Der Trägerring 2 besteht aus Polypropylen und ist so di­ mensioniert, daß sich nach der Einpressung in die auf­ nehmende Bohrung 8 eine radiale Verspannung zwischen dem Außenumfang des Trägerringes 2 und der aufnehmenden Bohrung ergibt. Hierdurch wird eine ausreichende statische Ab­ dichtung gegenüber der Bohrung 8 erreicht. Der Ringmagnet 1 besteht aus Strontium- oder Barium-Ferrit Sintermaterial bzw. aus einem gesinterten Seltenerd-Magnetenwerkstoff. Er kann auch aus Ferrit/Kunststoff Compounds oder aus FeNdB/Kunststoff Compounds bestehen. Die radiale Erstreckung wird gegenüber der axialen Länge so groß gewählt, daß auch ohne magnetischen Rückschluß im Dichtspalt mindestens 50% der Remanenzfeldstärke des Magneten erreicht wird.

In Fig. 2 ist eine Ferrofluid-Dichtung im nichteingebauten Zustand dargestellt. Sie ist ähnlich der vorstehend be­ schriebenen gestaltet, mit dem Unterschied, daß die dem Dichtspalt zugewandte Fläche 5 mit hydrodynamisch wirkenden Rückförderelementen 4 versehen ist, die bei drehender Welle auf das während der bestimmungsgemäßen Verwendung im Dicht­ spalt befindliche Ferrofluid eine nach linksgerichtete Förderwirkung auszuüben vermögen. Ein auf der linken Seite der Dichtung anstehender Überdruck läßt sich hierdurch kompensieren und das Abschleudern von Bestandteilen des Ferrofluids nach rechts verhindern.

Zusätzlich ist die in Fig. 2 gezeigte Ferrofluid-Dichtung auf der linken Begrenzungsfläche mit einer durchgehenden Oberflächenbeschichtung 6.0 versehen, welche aus Nickel besteht und auf der nach rechts weisenden Begrenzungsflächen mit einer durchgehenden Oberflächenbeschichtung, welche aus Gummi besteht. Hierdurch wird sichergestellt, daß sich einerseits keine elektrostatischen Spannungen im Bereich des Ringmagneten ansammeln können und daß sich andererseits eine gute Korrosionsbeständigkeit ergibt.

Claims (12)

1. Ferrofluid-Dichtung, bei der ein in radialer Richtung magnetisierter Ringmagnet an einer radialen Begrenzungs­ fläche einer kreisringförmig gestalteten Trägerscheibe aus polymerem Werkstoff festgelegt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trägerscheibe (2) aus Hartkunststoff besteht und daß die axiale Länge (L) des Ringmagneten (1) kleiner ist als die zugehörige, radiale Erstreckung (R).

2. Ferrofluid-Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hartkunststoff des Trägerringes (2) aus Polyamid oder Polypropylen besteht.

3. Ferrofluid-Dichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (L) des Ring­ magneten (1) 0,1 bis 0,75 mal so groß ist wie die radiale Erstreckung, mit der Maßgabe, daß ein Mindest­ wert der Länge (L) von 0,2 mm nicht unterschritten ist.

4. Ferrofluid-Dichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartkunststoff des Trägerringes (2) elektrisch leitfähig ist.

5. Ferrofluid-Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hartkunststoff zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit mit Ruß gefüllt ist.

6. Ferrofluid-Dichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartkunststoff des Trägeringes (2) einen Gehalt an gleichmäßig darin verteilten Eisen­ partikeln aufweist.

7. Ferrofluid-Dichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringmagnet (1) in Richtung des relativ verdrehbaren Maschinenteiles (3) durch eine mit axial wirkenden hydrodynamischen Rückförderelementen (4) versehene Fläche (5) begrenzt ist.

8. Ferrofluid-Dichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerring (2) und der Ring­ magnet (1) zumindest auf einer axialen Begrenzungsfläche (7) mit einer einstückig ineinander übergehenden Ober­ flächenbeschichtung (6.0, 6.1) versehen ist.

9. Ferrofluid-Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberflächenbeschichtung (6.0) aus Metall und insbesondere aus Nickel besteht.

10. Ferrofluid-Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberflächenbeschichtung (6.1) aus einem polymeren Werkstoff besteht.

11. Ferrofluid-Dichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringmagnet (1) aus Sinter­ material besteht.

12. Ferrofluid-Dichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringmagnet (1) aus spritzguß­ fähigem Material besteht.