DE1148907B - Verfahren zur Herstellung der dichtenden aeusseren Randzone auf der Stirnseite eines Dichtringes - Google Patents

Verfahren zur Herstellung der dichtenden aeusseren Randzone auf der Stirnseite eines Dichtringes

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DE1148907B
DE1148907B DEC20886A DEC0020886A DE1148907B DE 1148907 B DE1148907 B DE 1148907B DE C20886 A DEC20886 A DE C20886A DE C0020886 A DEC0020886 A DE C0020886A DE 1148907 B DE1148907 B DE 1148907B
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Ralph William Yocum
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Caterpillar Inc
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Description

  • Verfahren zur Herstellung der dichtenden äußeren Randzone auf der Stirnseite eines Dichtringes Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung der dichtenden äußeren Randzone auf der Stirnseite eines Dichtringes, der im Betrieb unter dem Einfluß einer Druckbelastung stirnseitig einen anderen Dichtring berührt.
  • Solche Dichtungen werden dazu verwendet, den Schmierstoff auf den Oberflächen von Lagern festzuhalten und Fremdstoffe von den Lageroberflächen fernzuhalten.
  • Bei Dichtungen, in welchen zwei in Stirnflächenberührung relativ zueinander umlaufende Ringe aus Metall oder einem anderen harten Werkstoff benutzt werden, ist es bisher nicht gelungen, Dichtoberflächen zu erzeugen, welche auch bei starker Beanspruchung über viele Stunden eine vollkommene Abdichtung sichern und aufrechterhalten.
  • Als Beispiel für hohen Beanspruchungen ausgesetzte Dichtungen seien die Lagerdichtungen der Laufrollen eines Raupenschleppers genannt. Mängel solcher Lagerdichtungen setzen die Lebensdauer der ganzen Rolle wesentlich herab. Man hat dem durch häufiges und reichliches Schmieren der Laufrollen zu begegnen versucht. Da der Schmierstoff unter Anwendung von Druck einzuführen ist, werden die blasebalgförmigen Schutzorgane, welche oft mit Dichtringen benutzt werden, beschädigt, oder es werden zwischen die Abdichtflächen abreibende Stoffe oder andere Fremdkörper gedrückt. Auf diese Weise entweicht der Schmierstoff, und die Fremdkörper können in die Lager der Laufrollen eindringen und sie zerstören.
  • Vor der Erfindung ist daher in der Raupenschlepperindustrie allgemein die Auffassung vertreten worden, daß die Lebensdauer von Laufrollen in großen Raupenschleppern wegen des Versagens der Dichtungen und der sich daraus ergebenden ungenügenden Schmierung auf etwa 500 Stunden begrenzt ist. Durch die Erfindung kann dagegen eine Dichtung geschaffen werden, die über eine Zeit von 5000 Stunden im Betrieb sein kann, ohne daß eine nennenswerte Abnutzung an den einander berührenden Stirnflächen festzustellen ist. Dabei ist die Dichtung nach der Erfindung auf sehr wirtschaftliche Weise herzustellen.
  • Die gemäß der Erfindung hergestellte Dichtung ist mit Vorteil auch in anderen Fällen verwendbar, wo zwischen gegeneinander rotierenden Teilen eine Abdichtung gegen ein fließfähiges Medium geschaffen werden soll.
  • Die bisher erzielte nur mangelhafte Abdichtung der stirnseitig unter Druckbelastung aufeinanderliegenden Dichtringe ist darauf zurückzuführen, daß die Dichtflächen im Betrieb durch die Druckbelastung so verformt werden, daß nur die inneren Randkanten der Dichtflächen in Berührung miteinander sind. Dadurch entsteht eine rasche Abnutzung und da die einander berührenden Flächen außerordentlich schmal sind, treten schon bei einer sehr geringen Abweichung von der Ringausrichtung Undichtigkeiten auf.
  • Das den geschilderten Mängeln abhelfende Verfahren zur Herstellung der dichtenden äußeren Randzone auf der Stirnseite eines Dichtungsringes besteht nun erfindungsgemäß darin, daß die dichtende äußere Randzone unter einem Druck geläppt wird, der weitgehend der im Betrieb auftretenden Druckbelastung entspricht. Dadurch wird auf einfache und sichere Weise vermieden, daß die unter der betriebsmäßigen Druckbelastung eintretende Verformung der Ringe zu Undichtigkeiten führt, weil die Dichtflächen gerade unter diesen Belastungsverhältnissen genau aufeinanderpassen.
  • In der Zeichnung, die die Erfindung noch näher erläutert, ist Fig. 1 ein Mittelschnitt durch die Laufrolle eines Raupenschleppers mit Dichtringen gemäß der Erfindung, Fig. 2 in großem Maßstab eine Schnittansicht eines Dichtungsringpaares gemäß Fig. 1 mit ohne Druckbelastung aufeinander arbeitenden Stirnflächen, Fig.3 eine der Fig.2 entsprechende Darstellung der gleichen Ringe unter betriebsmäßiger Druckbelastung, Fig. 4 eine gleiche Darstellung wie Fig. 2 zweier bekannter, ebener, polierter oder geläppter Dichtringe, die ohne Druckbelastung aneinander anliegen, Fig.5 eine der Fig,2 entsprechende Darstellung der Ringe nach Fig. 4, wenn sie unter der betriebsmäßigen Druckbelastung stehen, Fig. 6 ein Schnitt durch einen Teil einer Läppvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 7 ein Grundriß eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 6, Fig. 8 ein Schnitt nach Linie VIII-VIII in Fig. 6 und Fig. 9, 10 und 11 in einem übertriebenen Maßstab gezeichnete Darstellungen, welche die Wirkung erkennen lassen, die beim Läppen gemäß der Erfindung mit der Läppvorrichtung gemäß den Fig. 6, 7 und 8 erzielt wird.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Laufrolle 10 ist auf Nabenstücken 12 gelagert, die zum Halten von Lagerbuchsen dienen, wobei alle diese Teile auf einer Achse 16 drehbar sind. Die Achse 16 ist zwischen den Fahrgestellrahmen eines Raupenschleppers in nicht dargestellter, gebräuchlicher Weise montiert. Abschlußplatte oder Bundringe 18 sind auf der Achse so angeordnet, daß sie sich nicht drehen können. Jede Abschlußplatte 18 bildet ein Lager für einen stationären Dichtring 20, von welchem sich jeder koaxial und in Stimseitenberührung mit umlaufenden Dichtringen 22 befindet, die von den Nabenstücken 12 gehalten werden, so daß sie sich damit drehen. Jeder Dichtring 20 und 22 weist eine kegehge Außenoberfläche 24 auf, die in Vergrößerung in der Fig. 11 gezeigt ist. Jeder Dichtring wird von einer Wulst 26 aus elastischem Material gehalten, die zwischen der kegeligen Außenoberfläche 24 und einer gegenüberliegenden Oberfläche eines Innenkegels zusammengedrückt wird. Die gegenüberliegenden Oberflächen 28 für die stationären Ringe 20 befinden sich auf den Endkappen 18, wie dies in, der Fig. 1 gezeigt ist. Für die umlaufenden Dichtringe 22 befinden sich die gegenüberliegenden Oberflächen 30 in den Enden der Nabenstücke 12. Die Neigungswinkel für die Flächen 24, 28 und 30, zwischen welchen die Wülste 26 zusammengedrückt werden, sind derart; daß sich bei einer Einwärtsbewegung der Bundringe oder Abschlußplatten 18 in bezug auf die Welle 16 die Wülste wie Federn verhalten, um durch Druck die Dichtringe 20, 22 in eine Stirnseitenberührung mit einer Federsteife zu bringen, welche während eines großen Bewegungsanteils halbwegs konstant ist. Mit anderen Worten, der Betrag der Zusammendrückbarkeit einer Wulst, welcher mit der Federsteife verglichen werden kann, wird tatsächlich über einen weiten Bereich der Bewegung der zusammengesetzten Teile von seinem normalen hohen Wert auf einen sehr niedrigen Wert geändert. Deshalb ist es notwendig, während des Zusammensetzens der Teile die Endkappen oder Bundringe 18 einwärts in eine vorher festgelegte, stationäre Lage zu bringen, um einen gleichförmigen Druck an den Berührungsstimflächen der Dichtringe zu erhalten. Im vorliegenden Fall wird dies durch Schnappringe 31 erreicht, die sich in Nuten an den Enden der Achse 16 befinden und im Eingriff mit den Schultern 33 in den Verlängerungen der Bundringe oder Abschlußplatten 18 stehen. Diese Verlängerungen und die Enden der Achse 16 sind auf ihren oberen Seiten eben, um ihre Verbindung mit der ebenen unteren Oberfläche eines Raupenschlepperrahmens zu erleichtern.
  • In großem Maßstab sind in Fig. 4 die ohne Druckbelastung aneinanderliegenden Stirnseiten von zwei bekannten Dichtringen gezeigt. Sie weisen in gebräuchlicher Weise geläppte Außenrandabdichtfläehen auf, welche eben ausgebildet sind und in Stimseitenberührung stehen, wie dies durch die einander berührenden Flächen 32 dargestellt ist. Eine abgeschrägte, berührungsfreie Fläche 34 auf jedem Ring erstreckt sich von der Dichtfläche einwärts zu den Innenrändern der Ringe. In der Praxis hat sich gezeigt, daß, wenn zwei Ringe dieser Form, vorausgesetzt, daß sie sachgemäß dimensioniert sind, unter Druck gedreht werden und in Stirnseitenberührung stehen, bei Abnutzung der Abdichtoberflächen 32 der Berührungsbereiche sich einwärts verlagert, wenn es zu einer Zerstörung an seiner Außenkante kommt, und sich nacheinander in der Fläche des abgeschrägten, entlasteten Teils 34 zurückbildet, bis der Berührungsbereich den Innenrand der Dichtringe erreicht und ihn überdeckt. Zu diesem Zeitpunkt verlieren die Ringe ihre Wirksamkeit und müssen ausgetauscht werden.
  • In der Praxis ist es nun aber erforderlich, auf die Dichtringe in einer axialen Richtung einen solchen Druck auszuüben, daß ein Verlust des Schmierstoffes und das Eindringen von die Abdichtflächen abreibenden Stoffen verhindert werden. Bei der Verwendung von Dichtungen gemäß Fig. 1 wird ein Druck von ungefähr 45 kg oder mehr benutzt. Die Übertragung des Druckes über die Halterung der Dichtringe gemäß Fig. 1 ist die Ursache einer Verformung der Dichtringe. Sie ergibt sich bei der gezeigten Ausführung dadurch, daß eine axiale Bewegung der schrägen Flächen 28, 30 einwärts in Bezug zueinander und in Richtung zu den Abdichtstirnflächen ein Zusammendrücken der elastischen Wülste zwischen diesen Oberflächen und den schrägen Oberflächen 24 der Dichtringe hervorruft. Als Beispiel sei angegeben, daß im Betrieb bei der Anordnung nach Fig. 1 ein Druck von ungefähr 45 kg in axialer Richtung auftritt. Gemäß Fig. 10 überträgt dieser in Richtung des Pfeiles verlaufende Druck eine zusammendrückende Kraft auf die Wulst, die etwa senkrecht zu den schrägen Oberflächen ungefähr 180 kg erreicht. Die Übertragung dieser Kraft auf den Dichtring ruft eine rückwärts gerichtete Abbiegung seiner Außenrandkante und seiner Dichtungszone hervor. Der sich daraus ergebende Zustand ist in Fig. 5 dargestellt, wonach die Dichtungsflächen 32 bis auf eine schmale linienförmige Berührung an den Innenrändern der Dichtungsflächen bei 35 auseinandergespreizt sind.
  • Die meisten derartig konstruierten Dichtungen versagen bald. Einige versagen fast unmittelbar nach der Inbetriebnahme, weil die geringste Exzentrizität, die auftreten kann, das Austreten von Schmierstoff sowie das Eindringen von Fremdmaterial zwischen die Flächen 32 zuläßt, bevor sie in Betrieb die Möglichkeit haben, sich abzunutzen oder einander zur Bildung einer ebenen Gestalt abzuschleifen. Die erwähnten Schwierigkeiten werden durch die erfindungsgemäßen Dichtflächen gemäß Fig.2 beseitigt, wonach die bandförmigen Dichtungsflächen 36, welche den Flächen 32 in den Fig. 4 und 5 entsprechen, als Stumpf eines niedrigen Innenkegels geformt sind, dessen Scheitel in der Mitte der Dichtringe gelegen ist. Werden also zwei Ringe ohne Druck nach Fig. 2 zusammengebracht, so berühren sie sich nur an den Außenrandkanten der Dichtflächen 36. Wird dagegen Druck auf die Ringe ausgeübt, so nehmen sie die Formen nach Fig. 3 ein, wonach sich die Dichtflächen im wesentlichen mit ebenen Stirnflächen berühren, jedoch an ihren Außenrändern zweckmäßig um den Abstand A (Fig. 3) auseinanderklafi'en, der ungefähr 1=/loooo mm beträgt. Somit wird in Richtung auf die Innenränder der Dichtungsflächen eine vollkommene Dichtung erreicht, und die Außenränder liegen genügend dicht beisammen, um das Eindringen von Fremdkörpern zu verhindern. Mit den erfindungsgemäß erzeugten Dichtflächen wird eine wirksame ölsichere Dichtung unmittelbar nach dem Einbau der Dichtringe in die Raupenschlepper-Laufrollen geschaffen, und es ist keine Einlaufzeit erforderlich.
  • Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Herstellung von Dichtringen von einer Form, die übertrieben in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist und die in der beschriebenen Weise wirkt, wird ein Beispiel eines Ringes mit einem Gesamtaußendurchmesser von ungefähr 82,55 mm gewählt, in welchem die gesamte, aus der Dichtungsfläche und der anliegenden nicht dichtenden Fläche bestehende Stirnfläche ungefähr 9,52 mm breit ist, während die Dichtungsfläche, die bei 36 in Fig. 2 gezeigt ist, ungefähr 2,54 mm breit ist. Die Ringe werden aus einem hierfür brauchbaren Hartmaterial derart gegossen, daß ihre anliegenden Oberflächen eben oder weitgehend eben sind. Ein hierfür verwendbares Material sind Hartlegierungen aus Kobalt, Chrom und Wolfram (Stellite), wenn auch ein anderes Metall oder nichtmetallisches Material benutzt werden kann. Die Ringe werden dann mit ihren Arbeitsstimflächen an einer großen rotierenden Läppscheibe roh geläppt, die eine kugelige Außenfläche mit einem Radius von ungefähr 2 m hat, um die nicht dichtenden Flächen 34 zu bilden. Nach gründlicher Reinigung der Ringe zwecks Entfernung der Teilchen des Rohläppmittels und der Metallteilchen folgt ein Feinläppen zur Herstellung einer weitgehend schrammenlosen Oberfläche. Wenn auch nicht notwendig, so können dann die Ringe einem Feinläppvorgang mit einem Läppmittel von der gleichen Qualität unterworfen werden, wie es beim zweiten Läppen benutzt wird, um die ebene Dichtungsfläche roh zu bilden, die bei 32 in Fig. 4 dargestellt ist. Die Dichtungsfläche wird dann zu dem etwas konischen Gebilde 36, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, weiterbearbeitet, indem der Ring zuerst wiederum gründlich gereinigt und dann für eine kurze Zeit mit der Vorrichtung gemäß den Fig. 6, 7 und 8 geläppt wird. Diese Vorrichtung weist eine kreisförmige Scheibe 40 auf, welche zum Teil gezeigt ist und auf einer Spindel 42 frei drehbar ist. Die Scheibe hat eine vorstehende, ringförmige Läppfläche 44. Die Läppfläche 44 ist als ein Teil eines Innenkegelstumpfes, der übertrieben dargestellt, aber so niedrig ist, daß sein Außenrand nur ungefähr 0,127 mm höher ist als sein f Innenrand. Der bei 46 in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigte zu läppende Ring wird in einem Aufspannfutter oder in einem Führungsteil 48 gehalten, dessen Innenumfang 50 in übereinstimmung mit der schrägen Oberfläche 28 oder 30 in Fig. 1, welche die Wulst und den Ring im Betrieb zu halten hat, schräg ausgebildet ist. Es wird eine Wulst 52 verwendet, die derjenigen entspricht, welche im Betrieb benutzt wird. Der Ring wird an der Läppfläche 44 mit einem Andruck gedreht, welcher mit dem Druck vergleichbar ist und vorzugsweise weitgehend diesem Druck entspricht, dem der Ring im Betrieb ausgesetzt ist. Die Drehbewegung und der Druck können von irgendeiner Einrichtung, z. B. von einer Bohrmaschine, bewirkt werden, die den Schaft 54 des Futters. 48 trägt. Die Breite der kegelstumpfförmigen Läppfläche 44 ist etwas kleiner als die Breite des Ringes, damit über ihre Kanten das verbrauchte Läppmittel und der Abrieb abwandern können. Es kommen aber alle Flächenteile der Dichtungsfläche mit der Läppfläche in Berührung, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Da die rotierende Bewegung des Ringes der Scheibe durch Reibung eine rotierende Bewegung erteilt, wird die Oberfläche der Scheibe bei ihrer Benutzung automatisch abgezogen.
  • Die Auswirkung dieses abschließenden Läppvorganges ist in großer Übertreibung in den Fig. 9, 10 und 11 dargestellt. Fig. 9 zeigt die Stellung der Teile, wenn der Ring, der eine ebene bandförmige Dichtungsfläche wie bei 32 in Fig. 4 hat, mit der konischen Läppfläche 44 in Berührung gebracht wird. Fig. 10 zeigt die Verformung des Ringes unter dem Einfluß eines Druckes, welcher mit dem Druck vergleichbar ist, welchem der Ring in Betrieb ausgesetzt wird, und die Art, in welcher seine ebene Läppfläche von der Ebene weggedrückt wird, die durch die unterbrochene Linie 56 angedeutet ist. Ist das Läppen bei dieser Verformung des Ringes durchgeführt worden und wird der Druck aufgehoben, so wird der Ring die Form gemäß Fig. 11 einnehmen, in welcher gezeigt ist, daß die einwärts konisch verlaufende Abdichtfläche 36, die ebenfalls in Fig. 2 dargestellt ist, gebildet wurde. Somit wird eine konische Innenfläche an einer nach innen konischen Läppfläche geläppt, indem während des Läppens die zu läppende Fläche deformiert wird. Dabei kann das Ausmaß der Deformierung gesteuert werden, indem der Deformierungsdruck geändert wird, und es können so außerordentlich geringe Toleranzen für die Gestaltung und die Dimensionen des fertigen Gebildes eingehalten werden. Auch die geringfügigen Deformationen, welche infolge der Reibungshitze entstehen, können ausgeglichen werden. Da es bekannt ist, daß die Temperatur der Ringe während des abschließenden Läppvorganges größer ist als im Betrieb, in welchem die Ringe durch das Schmiermittel gekühlt werden, dienen geringfügige Veränderungen des Läppdruckes oder der konischen Fläche 44 der Läppscheibe dazu, eine Dichtungsfläche mit einer vollkommenen Abdichtung am Innenrand zu erzeugen, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht.
  • Ein anderer Vorteil, welcher sich aus der Herstellung einer konischen, geläppten Fläche durch Druckverformung an einer entgegengesetzt schrägen, konischen Läppfläche ergibt, ist, daß ein erheblicher Druck erforderlich ist, um eine außerordentlich feine, geläppte oder polierte Oberfläche, wie sie zur Bildung einer vollkommenen Dichtung benötigt wird, zu erzeugen.
  • Nimmt man als Beispiel wiederum den Dichtring für eine Laufrolle mit einem Gesamtdurchmesser von ungefähr 82,55 mm, so mißt der Spalt an dem Innenrand der Dichtfläche zwischen zwei aneinanderliegenden Ringen bei fehlendem Druck, wie bei B in Fig. 2, ungefähr 0,002 mm, während der Spalt C an den Innenrändern der entlasteten, also nicht zur Abdichtung dienenden Flächen 34 ein Maß von ungefähr 0,4 mm hat: Diese Maße ändern sich jedoch sehr erheblich bei Ringen verschiedener Größe und aus verschiedenen Materialien, die sich durch ihre Härte oder andere Eigenschaften unterscheiden können.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung der dichtenden äußeren Randzone auf der Stirnseite eines Dichtringes, der im Betrieb unter dem Einfluß einer Druckbelastung stirnseitig einen anderen Dichtring berührt, wodurch die Ringe verformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die dichtende äußere Randzone (36) unter einem Druck geläppt wird, der weitgehend der im Betrieb auftretenden Druckbelastung entspricht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Läppen mit Hilfe einer Läppscheibe erfolgt, deren Läppfläche (44) konkav ist oder die Mantelfläche eines Innenkegels darstellt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Läppfläche (44) aus der Stirnseite eines frei drehbaren Ringes besteht, deren Breite etwas kleiner als der Außendurchmesser des Dichtringes ist.
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