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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.
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Solche Dichtungen werden dazu verwendet, den Schmierstoff auf den
Oberflächen von Lagern festzuhalten und Fremdstoffe von den Lageroberflächen fernzuhalten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.