Ring für Dichtungszwecke, Futter und Lager und Verfahren zu dessen Herstellung. Die Erfindung betrifft einen Ring für Dichtungszwecke, Futter und Lager, der einen Innenring aus Grafitkohle aufweist. Unter den Begriff "Ring" im Sinne der Er findung sollen auch Hohlzylinder von einer gewissen Höhe fallen, wie sie z. B. als Lauf büchsen für Zylinder oder als Lagerbüchsen verwendet werden.
Der umfangreichen Verwendung von Grafitkohleringen für Dichtungs- und ähn liche Zwecke steht der Nachteil im Wege, dass die Widerstandsfähigkeit derartiger .Ringe verhältnismässig gering ist, derart, dass sie bei der Benutzung leicht zertrümmert werden und infolgedessen für die meisten Verwendungszwecke häufigen Ersatz erfor derlich machen. Diesem Übelstand der bisher gebräuchlichen Ringe und sonstigen zylin drischen Hohlkörper aus Grafitkohle wird durch vorliegende Erfindung abgeholfen.
Gemäss der Erfindung besteht der Ring für Dichtungszwecke, Futter und Lager aus einem Innenring aus Grafitkohle und einem den Innenring eng umschliessenden Mantel aus widerstandsfähigerem und sich in, der Hitze erheblich stärker als Grafifkohle aus dehnendem metallischem Material, wie Stahl, nichtrostendem Stahl, Eisen, Bronze oder dergl. Wie sich gezeigt hat, zeichnen sich derartige, mit einem widerstandsfähigen Mantel versehene Ringe aus Grafitkohle durch sehr hohe Widerstandsfähigkeit aus, so dass sie für sehr viele verschiedenartige Zwecke anwendbar werden,
wo die Verwen dung von gohlezylindern und -ringen allein gar nicht in Frage kam.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Ringe erfolgt gemäss einem ebenfalls Gegen stand der Erfindung bildenden Verfahren so, dass ein Hohlzylinder aus Grafitkohle, dessen Aussendurchmesser grösser ist als der Innendurchmesser eines zur Bildung eines Mantels dafür dienenden metallischen Hohl zylinders bei normaler Temperatur, nach Er hitzen des letzteren in ihn hineingedrückt wird. Infolge der Ausdehnung des Metall zylinders bei dieser Erhitzung gelingt das Eindrücken des gohlezylinders in diesem Zustande leicht.
Dabei wählt man das Ver hältnis des Aussendurchmessers des hohlen Kohlezvlinders zum Innen(lurchniesser des Metallmantels zweclzmässig so, dass es für die Einfügung des hohlen Kohlezylinders in den Metallmantel einer Erhitzung des letzteren a.uf solche Höhe bedarf, wie sie bei Benut zung des Kohleringes im Gebrauch nicht in Frage kommt, also beispielsweise auf Rot glut.
Dadurch wird erreicht, dass. die Ver- hindung zwischen dem Kohleteil und seinem Metallmantel auch bei Erreichung der Be- nutzungs-Höchsttemperaturen nicht aufhört, der Kohleteil also auch dann nicht aus dein Metallmantel herausfallen oder -rutschen kann.
Wie sich weiter gezeigt hat" wird bei der n- --ebenen Herstelluno-sweise der Kohle a<B>a</B> e, LI teil durch den sieh bei der Abkühlung wieder zusaminenziehendenMetallmantel zusammen gepresst, derart, dass infolge dieser Zusammen- pressung der Innendurchmesser des Kohle teils kleiner wird als er ursprünglich war, dass aber bei erneuter Ausdehnung des Me- tallmanfels unter der Wirkung der Erhitzung der Kohleteil sieh gleichfalls wieder aus dehnt.
Die Ausdehnung des letzteren ist da bei aber nicht etwa eine unmittelbare Folge der Erhitzung (denn Kohle dehnt sich be kanntlich unter der Wirkung der Hitze so gut Wie gar nicht aus) sondern eine Folge, der #\--uisdehiiung des den Kohleteil umklam- inernden Metallmantels. Es erweist sich also, dass der Kohleteil durch den Metallmantel bei der Herstellung unter Spannung gesetzt wird und derartige Elastizität besitzt, dass er beim Nachlassen der Umklammerung durch den Metallmantel sich wieder ausdehnt.
Diese ganz unerwartete Eigenschaft des Kohleteils ist für die Anwendungsmöglich- keit der Ringe gemäss der Erfindung von sehr grosser Bedeutung. Will man derartige um mantelte Grafitkohleringe als Dichtungsringe für die Stopfbüchse einer Heissdampf-Höchst- druck-Kolbendampfmaschine benutzen, deren Kolben eine sehr grosse Hubzahl hat und Wofür diese Ringe besonders geeignet sind,
so wählt man den Innendurchmesser der Gra- fitkohleringe so, dass sie bei der Montage mit Gleitsitz auf die Stange passen. Steigt dann nach Inbetriebsetzung der Maschine die Tem peratur mater der Wirkung des Heissdampfes stark an, so dehnt sieh einerseits die stählerne Kolbenstange, anderseits aber auch der Meta.ll- inantel < ins Stahl oder dergl. entsprechend aus.
Da nun der Grafitkohlering ursprünglich un ter hoher Spannung durch seinen Stahlman tel gehalten war und diese Spannung mit der Ausdehnung des Stahlmantels entsprechend nachlässt, so wird trotz der Ausdehnung der Kolbenstange in der Hitze die Reibung zwi- sclien ihr und der Innenfläche des Grafit kohleringes nicht übermässig gross, und es kommt infolgedessen nicht zur Zerreibung dieses Ringes bezw. zu einem Festklemmen der Stange.
Gleichzeitig tritt liier die vor- zÜgliche Schmier- und Gleiteigenschaft der Grafitkohle besonders günstig in Erschei- ninig. Sind die Temperaturen niedriger, bezw. gehen sie entsprechend herab, so schrumpfen die Kolbenstange und der Stahl mantel wieder entsprechend zusammen und letzterer press@t dann den Grafitkohlerhig wieder in einer dem Schrumpfen der Kolben stange entsprechenden Weise zusammen,
so dass auch dann die Abdichtung durch den Grafitkoblering an der Kolbenstange in gün stigster Weise erhalten bleibt.
Ein anderes Anwendungsgebiet der be schriebenen. mit Metallmantel versehenen hohlen Grafitkohlezylinder besteht in ihrer Verwendung als ölloses Lager. Bei allen bisher in dieser Beziehung mit gewöhnlichen hohlen Grafitkohlezylindern gemachten Ver suchen erwiesen sich diese lediglich da als brauchbar, wo nur geringe Drucke auftraten. Bei starken Belastungen hingegen zerspran gen oder zerbröckelten die hohlen Kohle zylinder.
Kupferkohle, die höhere Wider- sIandsfähigkeit besitzt, hat gegenüber reiner Grafitkohle aber nur geringe Schmierfähig keit, so dass eine Verwendung von hohlen Kuliferkohlezylindern oder -ringen als Lager bei hohen Temperaturen und bei hoher Be lastung nicht in Frage kommt. Bei Benut zung der mit widerstandsfähigem Metall mantel aus Stahl oder andern geeigneten Ma terial versehenen, hohlen Grafitkohleringe gemäss der Erfindung als Lager aber tritt ein Zerbröckeln oder Zerspringen der Grafit kohleteile nicht ein.
Dabei kann man je nach Bedarf und Beanspruchung des Lagers eine grössere oder geringe Anzahl solcher Ringe verwenden. Nötig ist natürlich nur, diese Ringe bei der Benutzung an der einen Seite im Lagergehäuse wie in einer Stopfbüchse lagernd festzuhalten. Lager dieser Art be dürfen infolge der Schmier- und Gleitfähig keit der Grafitkohle keiner Schmierung durch Öl, die ja bei Verwendung jenes Materials auch gar nicht am Platze wäre; die Ölschmie- rung wird in diesem Falle also erspart.
Statt zur Bildung des Lagers eine Anzahl von mit Metallmantel versehenen Grafitkohleringen neben einander anzuordnen, kann man auch einen einzigen Hohlzylinder entsprechender Länge aus Grafitkohle verwenden, der mit einem gleichlangen Mantel aus Stahl oder anderem widerstandsfähigem und durch Wärme ausdehnbarem Material versehen ist.
Schliesslich kann der mit Metallmantel versehene Grafitkohlering eine sehr vorteil hafte Anwendung als Zylinderfutter für Kolbendampfmaschinen, Luftkompressoren, Explosionsmotore und dergl. finden. Dabei kann der Einbau und die Anordnung dieser Ringe in dem Kolbenzylinder in ganz ent sprechender Weise erfolgen wie für die Bil dung des öllosen Lagers oder auch auf irgendeine andere Weise, zum Beispiel durch genaue achsiale Passung.
Auch kann man hier ebenso wie beim öllosen Lager an Stelle einer Anzahl neben einander angeordneter ummantelter Grafitkohleringe einen mit Stahlmantel oder dergl. versehenen Grafit- kohlezylinder entsprechender Höhe verwen den, das heisst von einer Höhe, die dem Hub des Kolbens entspricht. Es wird so ein ölloser Zylinder geschaffen, dem kein Schmieröl zu geführt zu werden braucht, und es können so die ausserordentlich grossen Schmieröl mengen erspart werden, die bisher für die Kolbenzylinder nötig waren.
Auch kann man dabei an Stelle der bisher verwendeten guss- eisernen Kolbenringe solche aus hochwerti gem Stahl benutzen, die daher bruchsicher sind und die man infolgedessen viel schmaler ausführen kann als die bisher gebräuchli chen gusseisemen Kolbenringe.
Der Erfindungsgegenstand wird durch die Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Aus führungsform eines Ringes gemäss der Erfin dung, Fig. 2 einen Querschnitt durch diesen Ring, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Ringes und Fig. 4 eine mit solchen Ringen versehene Stopfbüchse.
In der Zeichnung ist der Grafitkohleteil mit 3, sein Metallmantel mit 4 bezeichnet. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ist der Metallmantel 4 an der Aussenfläche mit Zinken oder Spitzen, bezw. zugeschärften Stegen oder Rippen 5 versehen. Dadurch wird ein leichteres und besseres Anpassen der Ringe im Packungsraum, Lagergehäuse, Zylinder oder dergl. ermöglicht. Auch kön nen die Zwischenräume zwischen diesen Zin ken oder Rippen 5 mit Grafit oder dergl. ausgeschmiert werden, um so die Abdichtung noch zu verbessern.
Während gemäss Fig. 2 radial stehende Zinken 5 vorgesehen sind, können, wie Fig. 3 zeigt, auch schräg ste hende Zinken 6 angeordnet werden. Dadurch wird die Federung zwischen dem Gehäuse boden und dem ummantelten Ring erhöht.
Bei der in Fig. 4 veranschaulichten Aus führungsform einer mit ummantelten oder gepanzerten Grafitkohleringen ausgestatteten Stopfbüchse sind abwechselnd mit diesen ge panzerten Grafitkohleringen 3, 4 Hohlringe 1 aus Kupfer angeordnet, die in bekannter Weise mit Grafit gefüllt und ebenfalls mit Panzerringen 2 aus Stahl oder dergl. umge ben sind.
Die Stopfbüchse ist mit 8, ihr Boden mit 9, die Kolbenstange mit 7 be zeichnet. 10 ist ein Schlitz für Einführung eines Werkzeuges zum Herausdrücken der Dichtungsringe bei ihrer Auswechselung.
Die beschriebene und dargestellte Pak- kung eignet sich, wie erwähnt, vorzugsweise für die Stopfbüchsen der modernen Ileiss- dampf-Höchstdruck-Kolbendampfmaschinen, insbesondere von Dampfwagen, bei denen die Htil>zahl des Kolbens eine sehr grosse ist, (etwa 1000 pro Minute) und deswegen, sowie wegen der auftretenden hohen Temperaturen Dichtungsmaterialien anderer Art nicht in Betracht kommen.
Denn Sehnurdichtungen aus Asbest werden unter der Einwirkung einer Temperatur von etwa 450' C bei 100 Atm. schnell zerrieben, und es würde dadurch die Stange sehr schnell abgenutzt werden, -NVeichmetallpacliungen kommen we gen der hohen Temperaturen nicht in Frage und massive Packungen aus hitzebeständi gem Material, wie Bronze, Kupfer und dergl., bedürfen vorzüglicher Schmierung, die aber bei derartigen Maschinen deswegen auf Schwierigkeiten stösst,
weil selbst das beste Zvlin(leröl bei den auftretenden hohen Tem peraturen verdampft bezw. sich zersetzt. Durch die im vorstehenden beschriebene Packung wird hingegen eine vollkommene Abdichtung bei langer Haltbarkeit von Pak- kung und Stange erzielt, und zwar ohne dass dabei eine Ölschmierung anzuwenden wäre.
Dabei erfüllen die ummantelten oder gepan zerten Grafitli:olileriiige noch den besonderen Zweck, den Kolben der zumeist horizontal arbeitenden Maschinen, der auch nicht durch gehend ist, mitsamt der Stange zu tragen. Es bedarf hier also keiner besonderen tra gend angeordneten Grundringe, die sich auch bei der hohen Habzahl und den hohen Tem peraturen sehr schnell ausschleifen würden.
Auch bei Benutzung der gcl)a.nzerten Grafitkohleringe 3, 4 als öllose Lager bezw. Zylinderfutter kann man sich mit Vorteil solcher Ringe bedienen, deren Metallmantel mit Spitzen, Zinken, Rippen oder dergl. nach Art der bei 5 und 6 in den Fig. 1 und 2 dargestellten versehen ist.
Natürlich kann man finit besonderem Vor teil Zylinderfutter aus solcben gepanzerten Grafitkohleringen hezw. -liolilzylindern für die gleichen Maschinen anwenden, für deren Packung die gepanzerten Grafitkohleringe in der vorher beschriebenen Weise verwendet werden. Die so ausgestatteten Maschinen be dürfen dann überhaupt keiner Ölschmierung mehr.
Sealing ring, lining and bearing and method of manufacture thereof. The invention relates to a ring for sealing purposes, lining and bearings, which has an inner ring made of graphite carbon. Under the term "ring" in the sense of the invention, it should also include hollow cylinders of a certain height, as z. B. can be used as liners for cylinders or as bearing bushes.
The extensive use of graphite carbon rings for sealing and similar purposes stands in the way that the resistance of such .Ringe is relatively low, so that they are easily shattered in use and consequently require frequent replacement for most purposes. This drawback of the previously common rings and other cylin drical hollow bodies made of graphite carbon is remedied by the present invention.
According to the invention, the ring for sealing purposes, lining and bearings consists of an inner ring made of graphite carbon and a jacket that tightly surrounds the inner ring and is made of more resistant and considerably stronger in the heat than graphite carbon made of expanding metallic material such as steel, stainless steel, iron, bronze or the like. As has been shown, such rings made of graphite charcoal, provided with a resistant jacket, are characterized by very high resistance, so that they can be used for many different purposes,
where the use of gohle cylinders and rings alone was out of the question.
The rings according to the invention are produced according to a process which also forms part of the invention in such a way that a hollow cylinder made of graphite charcoal, the outside diameter of which is greater than the inside diameter of a metallic hollow cylinder used to form a jacket at normal temperature, after heating the latter in is pushed into it. As a result of the expansion of the metal cylinder during this heating, it is easy to push in the gohle cylinder in this state.
The ratio of the outside diameter of the hollow carbon cylinder to the inside (diameter of the metal jacket) is chosen in such a way that the hollow carbon cylinder needs to be heated to the same height as when the carbon ring is used in order to insert the hollow carbon cylinder into the metal jacket Use is out of the question, for example on red embers.
This ensures that the connection between the carbon part and its metal jacket does not cease even when the maximum usage temperature is reached, so that the carbon part cannot fall or slip out of the metal jacket.
As has also been shown, "in the n- - level production method, the coal a <B> a </B> e, LI is partially pressed together by the metal jacket that contracts again during cooling, in such a way that as a result of this pressure, the inside diameter of the coal partly becomes smaller than it was originally, but when the metal clad expands again under the effect of the heating, the coal part also expands again.
The expansion of the latter, however, is not a direct consequence of the heating (for coal, as is well known, does not expand under the action of the heat as well as it does at all) but a consequence of the expansion of the part that embraces the coal part Metal jacket. It thus turns out that the carbon part is put under tension by the metal jacket during manufacture and has such elasticity that it expands again when the clasp is released by the metal jacket.
This completely unexpected property of the carbon part is of very great importance for the possible application of the rings according to the invention. If you want to use such coated graphite carbon rings as sealing rings for the stuffing box of a superheated steam high pressure piston steam engine, the piston of which has a very large number of strokes and for which these rings are particularly suitable,
the inside diameter of the graphite carbon rings is chosen so that they fit on the rod with a sliding fit during assembly. If the temperature of the action of the superheated steam then rises sharply after the machine has been put into operation, the steel piston rod on the one hand and the metal jacket in the steel or the like on the other hand expand accordingly.
Since the graphite carbon ring was originally held under high tension by its steel jacket and this tension decreases accordingly with the expansion of the steel jacket, the friction between it and the inner surface of the graphite carbon ring is not excessive despite the expansion of the piston rod in the heat large, and as a result there is no trituration of this ring or to jamming the rod.
At the same time, the excellent lubricating and sliding properties of graphite charcoal are particularly beneficial. Are the temperatures lower, respectively. if they go down accordingly, the piston rod and the steel jacket shrink again accordingly and the latter then presses the graphite carbon together again in a manner corresponding to the shrinkage of the piston rod,
so that the seal by the graphite cobbler ring on the piston rod is retained in the most favorable manner.
Another area of application of the be written. Hollow graphite carbon cylinders with a metal jacket are used as an oil-free bearing. In all attempts made in this regard with conventional hollow graphite carbon cylinders, these have only proven to be useful where only slight pressures occurred. On the other hand, under heavy loads the hollow coal cylinders split or crumbled.
Copper carbon, which is more resilient, has only poor lubricity compared to pure graphite carbon, so that the use of hollow fountain carbon cylinders or rings as bearings at high temperatures and under high loads is out of the question. When using the resilient metal jacket made of steel or other suitable material, hollow graphite carbon rings according to the invention as a bearing, however, the graphite carbon parts do not crumble or crack.
A larger or smaller number of such rings can be used, depending on requirements and the stress on the bearing. Of course, it is only necessary to hold these rings on one side in the bearing housing like in a stuffing box. Due to the lubricity and sliding properties of graphite carbon, bearings of this type do not need any lubrication by oil, which would not be in place if that material were used; In this case, oil lubrication is saved.
Instead of arranging a number of graphite carbon rings provided with a metal jacket next to each other to form the bearing, a single hollow cylinder of corresponding length made of graphite carbon can be used, which is provided with a jacket of the same length made of steel or other resistant and heat-expandable material.
Finally, the graphite carbon ring provided with a metal jacket can find a very advantageous application as a cylinder liner for piston steam engines, air compressors, explosion engines and the like. The installation and arrangement of these rings in the piston cylinder can be done in a completely corresponding manner as for the formation of the oil-free bearing or in any other way, for example by means of an exact axial fit.
Also here, as with the oil-free bearing, instead of a number of coated graphite carbon rings arranged next to one another, a graphite carbon cylinder provided with a steel jacket or the like of a corresponding height can be used, that is to say of a height corresponding to the stroke of the piston. In this way, an oil-free cylinder is created that does not need to be supplied with lubricating oil, and the extraordinarily large amounts of lubricating oil that were previously necessary for the piston cylinder can be saved.
Instead of the cast iron piston rings that have been used up to now, those made of high-quality steel can also be used, which are therefore unbreakable and can consequently be made much narrower than the cast iron piston rings that have been used up to now.
The subject matter of the invention is illustrated by the drawing, namely: Fig. 1 shows a plan view of an embodiment of a ring according to the inven tion, Fig. 2 shows a cross section through this ring, Fig. 3 shows a cross section through another embodiment of the ring and Fig. 4 a stuffing box provided with such rings.
In the drawing, the graphite charcoal part is denoted by 3, its metal jacket by 4. In the embodiment according to FIG. 2, the metal jacket 4 is on the outer surface with prongs or points, respectively. Sharpened webs or ribs 5 are provided. This makes it easier and better to adapt the rings in the packing space, bearing housing, cylinder or the like. The spaces between these tines or ribs 5 can also be smeared with graphite or the like in order to improve the seal.
While according to FIG. 2 radially standing prongs 5 are provided, as FIG. 3 shows, inclined ste existing prongs 6 can be arranged. This increases the suspension between the bottom of the housing and the encased ring.
In the embodiment illustrated in Fig. 4 from a equipped with encased or armored graphite carbon rings stuffing box are alternately with these ge armored graphite carbon rings 3, 4 hollow rings 1 made of copper, which are filled in a known manner with graphite and also with armored rings 2 made of steel or the like. are around.
The stuffing box is marked with 8, its bottom with 9, the piston rod with 7 be. 10 is a slot for inserting a tool for pushing out the sealing rings when they are replaced.
The described and illustrated packing is, as mentioned, particularly suitable for the stuffing boxes of the modern Ileissdampf high pressure piston steam engines, especially steam cars in which the number of pistons is very large (about 1000 per minute) and because of this, as well as because of the high temperatures that occur, sealing materials of other types cannot be considered.
Because asbestos tendon seals are exposed to a temperature of around 450 ° C at 100 atm. rubbed quickly, and the rod would be worn out very quickly, -Nvichmetallpacliungen are out of the question because of the high temperatures and massive packings made of heat-resistant material, such as bronze, copper and the like., require excellent lubrication, but with such machines therefore encounter difficulties
because even the best Zvlin (oil vaporizes or decomposes at the high temperatures that occur. The packing described above, on the other hand, achieves a perfect seal with a long shelf life of packing and rod, without the need for oil lubrication .
The coated or armored Grafitli: olileriiige also fulfill the special purpose of carrying the piston of the mostly horizontally operating machines, which is also not continuous, together with the rod. So there is no need for any special supporting base rings, which would be grinded out very quickly even with the high number of habitats and the high temperatures.
Even when using the gcl) a.nzerten graphite carbon rings 3, 4 as oil-free bearings or. Cylinder chucks can be used with advantage of such rings, the metal casing of which is provided with points, prongs, ribs or the like. Like those shown at 5 and 6 in FIGS. 1 and 2.
Of course, cylinder liners made of such armored graphite carbon rings can be finite with particular advantage. -Use liolil cylinders for the same machines for the packing of which the armored graphite carbon rings are used in the manner previously described. The machines equipped in this way then no longer need any oil lubrication at all.