DE102005054709A1 - Verfahren zur Herstellung von Gleit-und/oder Gegenringen einer Gleitringdichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Gleit-und/oder Gegenringen einer Gleitringdichtung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von für eine Gleitringdichtung einsetzbare Gleit- und/oder Gegenringe, indem Gleit- und/oder Gegenringe gießtechnisch aus einem Graugussmaterial hoher Wärmeleitfähigkeit erzeugt, zumindest im späteren Dichtbereich mechanisch bearbeitet und abschließend einer Laserhärtung der Oberfläche des jeweiligen Dichtbereiches unterzogen werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von für eine Gleitringdichtung einsetzbaren Gleit- und/oder Gegenringen.
  • Gleitringdichtungen werden aus unterschiedlichen Hartgussmaterialien, Nickelguss, Stahl oder Stahlblech hergestellt. Diese Materialien werden je nach Anwendungsfall und Lieferant eingesetzt. Bislang gilt als Grenze der beherrschbaren Umfangsgeschwindigkeiten bei Hartguss oder vergleichbaren Werkstoffen, bezogen auf die Dichtfläche, ein Wert von maximal 10 m/s.
  • Durch die US-A 4,094,514 ist eine metallische Legierung mit verbesserter Verschleißbeständigkeit bekannt geworden, die zur Erzeugung von Gleit- und/oder Gegenringen einer Gleitringdichtung zum Einsatz gelangen kann. Die Legierung besteht aus folgender Zusammensetzung:
    C 3,10–3,35%
    Mn max. 1,0%
    Si etwa 0,75 bis etwa 1,40%
    Cr etwa 16,5 bis etwa 19,0%
    V etwa 0,75 bis etwa 2,0%
    Mo etwa 2,5 bis etwa 4,0%
    Co etwa 0,25 bis etwa 1,25%
    W etwa 1,75 bis etwa 3,0%
    P < 0,04%
    S < 0,04%
    Fe Rest und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Durch die JP-A 60200950 ist eine Gleitringdichtung mit hoher Verschleißbeständigkeit der Dichtfläche bekannt geworden. Folgende chemische Zusammensetzung ist gegeben:
    C 2,2 bis 3,8%
    Si 2,0 bis 4,0%
    Mn 0,4 bis 2,0%
    Cu 0,5 bis 4,0%
    Ni ≤ 4,0%
    Cr, Ti, W, V 0,3 bis 1,3%
    Mo 0,3 bis 1,5% (sofern notwendig)
    P ≤ 0,5%
    S ≤ 0,2%
    Fe Rest und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Die Dichtfläche wurde zur Erzeugung einer bestimmten Oberflächenstruktur umgeschmolzen und abgekühlt.
  • Der RU-C1 2152550 ist eine Gleitringdichtung und ein Verfahren zu ihrer Erzeugung zu entnehmen. Die Dichtfläche des Gleit- und/oder Gegenringes soll hierbei, in radialer Richtung gesehen, Bereiche größerer und geringerer Härte aufweisen. Sektionen höherer Härte im Dichtbereich werden durch Oberflächenhärten oder entsprechendes Auflegieren, bedarfsweise in Verbindung mit einer Laserbestrahlung, erzeugt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Werkstoff vorzuschlagen, der Einsatzbereiche von Gleitringdichtungen auch in Bereichen höherer Umfangsgeschwindigkeiten (> 10 m/s) ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von für eine Gleitringdichtung einsetzbaren Gleit- und/oder Gegenringen, indem Gleit- und/oder Gegenringe gießtechnisch aus einem Graugussmaterial hoher Wärmeleitfähigkeit erzeugt, zumindest im spateren Dichtbereich mechanisch bearbeitet und anschließend einer Laserhärtung der Oberfläche des jeweiligen Dichtbereiches unterzogen werden.
  • Eine bevorzugte chemische Zusammensetzung für den jeweils zum Einsatz gelangenden Gleit- und/oder Gegenring mit hoher Wärmeleitfähigkeit wird wie folgt wiedergegeben:
    C 3,4 bis 3,9%
    Si 2,2 bis 3,2%
    Mn 0,5 bis 1,0%
    Cr 0,1 bis 0,4%
    V max. 0,15%
    Cu 0,1–0,7%
    P 0,3 bis 0,6%
    S max. 0,13%
    Fe Rest und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Diese Aufgabe wird auch gelöst durch einen Gleit- und/oder Gegenring einer Gleitringdichtung, beinhaltend einen aus einem Graugussmaterial hoher Wärmeleitfähigkeit bestehenden, im Querschnitt etwa winkelförmigen Grundkörper, der einen im Wesentlichen in radialer Ebene verlaufenden Dichtbereich aufweist, wobei zumindest der Dichtbereich mit einer lasergehärteten Oberfläche versehen ist.
  • Bevorzugt soll der Gleit- und/oder Gegenring als Dichtelement im Bereich einer Laufwerkdichtung einsetzbar sein.
  • Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß soll der Gleit- und/oder Gegenring im Bereich einer Ritzelwelle eines Fahrzeuges, insbesondere bei Umfangsgeschwindigkeiten im Bereich von 20 bis 35 m/s, eingesetzt werden.
  • Das zum Einsatz gelangende Graugussmaterial verfügt über eine gute Wärmeleitfähigkeit. Diese ist wichtig, um die bei den angegebenen hohen Umfangsgeschwindigkeiten auftretende hohe Reibwärme schnellstmöglich an das Schmier-/Kühlmedium weiter zu geben. In Folge der erfindungsgemäßen Laserhärtung der Oberfläche des Dichthereiches kann nun neben der bei Laufwerkdichtungen optimierten Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeiten auch eine erhebliche Verschleißerhöhung der lasergehärteten Oberfläche erreicht werden.
  • Versuche, beispielsweise mit Ritzelwellendichtungen, ließen Umfangsgeschwindigkeiten von mindestens 25 m/s zu, ohne dass es zu Fresserscheinungen kam.
  • Die gießtechnisch erzeugten metallischen Gleit- und/oder Gegenringe sind einfach herstellbar, da das Material auf handelsüblichen Werkzeugmaschinen, beispielsweise durch Drehen, mechanisch bearbeitet werden kann. Einrichtungen zum Laserhärten erlauben durch einfache Verstellmöglichkeiten das Härten unterschiedlicher Durchmesser der Gleit- und/oder Gegenringe.
  • Durch das erfindungsgemäße Laserhärten der Oberfläche des Dichtbereiches entfallen auch bisher zum Einsatz gelangende Beschichtungen mit damit einhergehenden hohen Materialverlusten im Betriebszustand der Gleitringdichtung.
    •
  • Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen Gleit- oder Gegenring 1 einer nicht weiter dargestellten Gleitringdichtung. Der Gleit- oder Gegenring 1 besteht aus einem Graugussmaterial hoher Wärmeleitfähigkeit und hat beispielsweise folgende Zusammensetzung (in Masse-%):
    C 3,65%
    Si 2,55%
    Mn 0,8%
    Cr 0,25%
    V 0,10%
    Cu 0,45%
    P 0,35%
    S 0,08%
    Fe Rest und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Ähnliche Zusammensetzungen innerhalb des Spreizungsbereiches der Elemente sind natürlich ebenfalls denkbar.
  • Der Gleitring beinhaltet einen etwa winkelförmigen Querschnitt und weist neben einer äußeren Umfangsfläche 2 und einer inneren Umfangsfläche 3 einen Dichtbereich 4 auf.
  • Im Anschluss an den Gießvorgang wird zumindest der Dichtbereich 4 einer mechanischen Bearbeitung unterzogen. Zur Erlangung eines Einsatzbereiches, beispielsweise als Laufwerkdichtung für Umfangsgeschwindigkeiten im Bereich von 30 m/s wird der Dichtbereich 4 durch Verwendung eines Laserwerkzeuges 5 einer Oberflächenhärtung unterzogen.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung von für eine Gleitringdichtung einsetzbaren Gleit- und/oder Gegenringen (1), indem Gleit- und/oder Gegenringe (1) gießtechnisch aus einem Graugussmaterial hoher Wärmeleitfähigkeit erzeugt, zumindest im späteren Dichtbereich (4) mechanisch bearbeitet und abschließend einer Laserhärtung der Oberfläche des jeweiligen Dichtbereiches (4) unterzogen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gleit- und/oder Gegenringe (1) aus einem unlegierten unvergüteten Gusseisen mit Lamellengraphit folgender chemischer Zusammensetzung (in Masse-%) gießtechnisch erzeugt werden: C 3,4 bis 3,9% Si 2,2 bis 3,2% Mn 0,5 bis 1,0% Cr 0,1 bis 0,4% V max. 0,15% Cu 0,1–0,7% P 0,3 bis 0,6% S max. 0,13% Fe Rest und unvermeidbare Verunreinigungen.
  3. Gleit- und/oder Gegenring einer Gleitringdichtung, beinhaltend einen aus einem Graugussmaterial hoher Wärmeleitfähigkeit bestehenden im Querschnitt etwa winkelförmigen Grundkörper (1), der einen im Wesentlichen in radialer Ebene verlaufenden Dichtbereich (4) aufweist, wobei zumindest der Dichtbereich (4) mit einer lasergehärteten Oberfläche versehen ist.
  4. Gleit- und/oder Gegenring nach Anspruch 3, einsetzbar als Dichtelement im Bereich einer Laufwerkdichtung.
  5. Gleit- und/oder Gegenring nach Anspruch 3 oder 4, einsetzbar im Bereich einer Ritzelwelle eines Fahrzeuges, insbesondere bei Umfangsgeschwindigkeiten im Bereich von 20 bis 35 m/s.
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