DE1219745B

DE1219745B - Process for producing a gap or labyrinth seal

Info

Publication number: DE1219745B
Application number: DEL51210A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Leidenfrost
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-07-23
Filing date: 1965-07-23
Publication date: 1966-06-23
Also published as: FR1486806A

Description

Verfahren zur Herstellung einer Spalt- oder Labyrinthdichtung # Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Spalt- oder Labyrintlidichtung, bestehend aus einem Außen- und einem Innenring, die zwischen sich einen von zwei gleichförmig ausgebildeten Begrenzungsflächen gebildeten Dichtspalt aufweisen. Dabei ist es unbeachtlich, ob der Dichtspalt gerade ausgebildet ist, oder ob er in Form eines bekannten, z. B. sägezahnförmigen Profils verläuft.Method for the production of a gap or labyrinth seal # The invention relates to a method for the production of a gap or labyrinth seal, consisting of an outer and an inner ring, which have a sealing gap formed by two uniformly formed boundary surfaces between them. It is irrelevant whether the sealing gap is straight, or whether it is in the form of a known, z. B. sawtooth-shaped profile.

Derartige Spalt- bzw. Labyrintlidichtungen sind bereits bekanntgeworden. Es ist auch bekannt, daß sie gegenüber schleifenden bzw. gleitenden Dichtungen den wesentlichen Vorteil haben, eine berührungslose Abdichtung zu ermöglichen. Wegen der bei diesen Dichtungen fehlenden Reibung und des damit ausgeschalteten Verschleißes sind sie für höchste Drehzahlen brauchbar, bei denen andere Dichtungsarten längst versagen.Such gap or labyrinth seals are already known. It is also known that they against rubbing or sliding seals have significant advantage to enable a contactless seal. Because the lack of friction in these seals and the wear and tear that this eliminates they can be used for the highest speeds at which other types of seals have long been used fail.

Eine wesentliche Forderung, die bei der Herstellung solcher Spalt- bzw. Labyrintlidichtungen zu erfüllen ist, besteht darin, die bei-den relativ zueinander rotierenden, den Dichtspalt begrenzenden Teile mit so hoher Genauigkeit zu fertigen, daß eine möglichst kleine Spaltbreite erzielt wird. Bei der üblichen spanabhebenden Fertigung bringen diese Genauigkeitsanforderungen erhebliche Kosten mit sich.An essential requirement in the production of such gap or labyrinth seal is to be fulfilled, consists in the two relative to each other to manufacture rotating parts delimiting the sealing gap with such a high degree of accuracy, that the smallest possible gap width is achieved. With the usual machining Manufacturing these accuracy requirements entail considerable costs.

Wenn bei solchen Dichtungen der Dichtspalt profiliert ausgebildet ist, dann ist es für die Montage der Dichtung erforderlich, den Außenring geteilt auszuführen. Diese Teilung des Außenringes bringt nicht nur einen weiter erhöhten Fertigungsaufwand mit sich, sondern senkt häufig gleichzeitig die Genauigkeit. Dies ist dadurch bedingt, daß beim Einbau des Außenringes in eine Gehäusebohrung die Gefahr besteht, daß sich die beiden Hälften des Außenringes in axialer Richtung etwas gegeneinander versetzen. Darüber hinaus haftet dieser Ausführung mit geteiltem Außenring der weitere Nachteil an, daß die beiden Außenringhälften erst wieder durch geeignetd Verbindungselemente zu einer Einheit zusammengefaßt werden müssen, wenn man anstrebt, eine in sich geschlossene, einbaufertige Dichtungseinheit zu schaffen.If the sealing gap is profiled in such seals then it is necessary for the assembly of the seal to split the outer ring to execute. This division of the outer ring not only increases it further Manufacturing effort with it, but often reduces the accuracy at the same time. this is due to the fact that when installing the outer ring in a housing bore the There is a risk that the two halves of the outer ring will move axially move something against each other. In addition, this version is liable with shared Outer ring has the further disadvantage that the two outer ring halves only come through again suitable connecting elements must be combined to form a unit if the aim is to create a self-contained, ready-to-install sealing unit.

Da die gegenwärtige technische Entwicklung auf eine stetige Erhöhung der Leistungen und damit der Drehzahlen von Maschinen hinzielt, wäre gerade die Anwendung derartiger berührungsloser Dichtungen wünschenswert. Daß dies bisher nicht in großem Umfang der Fall war, liegt an den Nachteilen der schwierigen Herstellung und des damit verbundenen hohen Preises. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für eine solche Spalt- bzw. Labyrintlidichtung zu schaffen, das es ermöglicht, auf technisch einfachste Weise solche Spaltdichtungen zu fertigen, die aber trotz des geringen Fertigungsaufwandes eine Genauigkeit aufweisen, wie sie bisher nur unter ganz erheblichen Anstrengungen und mit hohen Kosten zu erreichen war.As the current technical development on a steady increase the performance and thus the speeds of machines, would be precisely that Use of such non-contact seals is desirable. That this has not yet been done was the case on a large scale is due to the disadvantages of difficult manufacture and the associated high price. The invention is therefore the task based on a manufacturing process for such a gap or labyrinth seal to create that makes it possible to create such gap seals in the simplest technical way to manufacture, which, however, have an accuracy despite the low manufacturing effort, as it was previously only possible with considerable effort and high costs was achieved.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß, ausgehend von einem in seinem Längsschnitt-Profil fertigbearbeiteten Ring, durch Aufbringen von Werkstoff auf dessen äußere oder innere Mantelfläche der zweite dicht an dem ersten anliegende Ring gebildet wird, worauf durch nachträgliches Aufweiten des äußeren Ringes und/oder Schrumpfen des inneren Ringes der Dichtspalt erzeugt wird.According to the invention, this object is achieved in that, starting of a ring finished in its longitudinal section profile, by application of material on the outer or inner surface of the second close to the first adjacent ring is formed, whereupon by subsequent expansion of the outer ring and / or shrinkage of the inner ring of the sealing gap is generated.

Bei der Anwendung dieses Verfahrens wird also zunächst der eine Ring z. B. durch spanabhebende Fertigung oder auch durch ein anderes geeignetes Herstellungsverfahren fertiggestellt. Wenn dieser Ring an seiner dem Dichtspalt zugekehrten Mantelfläche mit einer Profilierung versehen ist, dann ist es nicht notwendig, daß diese Profilierung mit besonderer Genauigkeit hergestellt wird. Die Profilform selbst kann vielmehr in weiten Grenzen variieren, wenn nur dafür gesorgt ist, daß diese profilierte Mantelfläche zur anderen Mantelfläche exakt rund läuft. Daneben muß nur noch dafür gesorgt sein, daß der Ring an seiner dem Dichtspalt zugekehrten Maütelfläche in Umfangsrichtung möglichst glatt ist, während Unebenheiten in Längsrichtung des Ringes gesehen, wie z. B. Drehriefen nicht nur nicht stören, sondern unter Umständen die Dichtwirkung sogar verbessern können.When using this method, the first one is the ring z. B. by machining or by another suitable manufacturing process completed. When this ring on its outer surface facing the sealing gap is provided with a profile, then it is not necessary that this profile is manufactured with particular accuracy. Rather, the profile shape itself can vary within wide limits, if only care is taken that this profiled outer surface runs exactly round to the other lateral surface. In addition, all that remains to be done is to ensure that the ring on its muzzle surface facing the sealing gap in the circumferential direction is as smooth as possible, while bumps seen in the longitudinal direction of the ring, such as z. B. Not only do not interfere with turning grooves, but also the sealing effect under certain circumstances can even improve.

Beim darauffolgenden Aufbringen von Werkstoff auf die eine Mantelfläche des ersten Ringes wird der zweite Ring gebildet, der dadurch, daß der aufgebrachte Werkstoff in alle Vertiefungen der Mantelfläche des,ersten Ringes eindringt, eine Mantelfläche erhält, die vollständig und bis in alle Einzelheiten das Negativ der Mantelfläche des ersten Ringes darstellt. Aus dieser Tatsache erklärt sich auch, weshalb Ungenauigkeiten im Profil des ersten Ringes überhaupt keine Rolle spielen.During the subsequent application of material to the one lateral surface of the first ring, the second ring is formed by the fact that the applied Material penetrates into all depressions of the outer surface of the first ring, one The jacket surface is completely and down to the last detail the negative of the Represents the outer surface of the first ring. Explained from this fact also, which is why inaccuracies in the profile of the first ring do not matter at all to play.

Beim nächsten Verfahrensschritt wird dann durch Aufweiten des äußeren Ringes und/oder durch Schrumpfen des inneren Ringes schließlich der erforderliche Dichtspalt erzeugt. Dabei ergibt sich von selbst, daß es durch dieses Verfahren möglich ist, die Breite des Dichtspaltes in weiten Grenzen zu verändern. Je nachdem, wie weit das Auf-weiten und/ oder Schrumpfen des einen oder anderen Riüges getrieben wird, können Dichtspalte ganz unterschiedlicher Breite hergestellt werden.The next step is then to expand the outer Ring and / or by shrinking the inner ring finally the required Sealing gap generated. It goes without saying that it is through this procedure it is possible to change the width of the sealing gap within wide limits. Depending on, how far the widening and / or shrinking of one or the other ridge is carried out , sealing gaps of very different widths can be produced.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der zuerst hergestellte Ring an seiner äußeren Mantelfläche mit Werkstoff unigossen, umspritzt, umsintert od. dgl. werden, der leichter verformbar ist als der Werkstoff des ersten Ringes. Wenn auf diese Weise der zweiteRang gebildet ist, können nach der Erfindung daran anschließend die beiden Ringe einem Walzvorgang unterworfen werden, wobei der äußere, aus einem leichter verformbaren Werkstoff bestehende Ring derart aufgeweitet wird, daß zwischen beiden Ringen ein Dichtspalt entsteht. Dabei hängt die Breite des entstehenden Dichtspaltes ausschließlich davon ab, wie lange der Walzvorgang andauert bzw. mit welcher Kraft die Walzen angedrückt werden. Auf diese Weise hat man es also in .der Hand, dem -Dichtgpält-jede -gewünschte Breite zu geben.According to a further proposal of the invention, the first prepared Ring on its outer circumferential surface uniquely cast, overmoulded, sintered with material Od. Like. Which is more easily deformable than the material of the first ring. If the second tier is formed in this way, then according to the invention then the two rings are subjected to a rolling process, with the outer, ring consisting of a more easily deformable material is widened in such a way that that a sealing gap is created between the two rings. It depends on the width of the resulting Sealing gap depends exclusively on how long the rolling process lasts or with what force the rollers are pressed on. So this is how you have it in the Hand to give the -Dichtgpält-any desired width.

-,Zum gleichen Ergebnis- führt ein anderer erfin-,dungsgeniäßer-,Weg,#-.-bei dem in einen ersten auf beliebige - Weise - hergestellten Ring zur Bildung des zweiten Ringes Werkstoff mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten eingegossen oder eingespritzt wird,' wobei- beim Abkühlen dieses Werkstoffes infolge Schrumpfung zwischen den beiden Ringen ein Dichtspalt entsteht. Die Breite des so entstehenden Dichtspaltes kann durch die Auswahl eines geeigneten We-rkstoffes für den zweiten Ring beeinflußt werden.- On the same earnings other inventions, dungsgeniäßer-, path # -.- leads in which in a first in any desired - Weise - material is poured with a higher coefficient of thermal expansion or injected prepared ring to form the second ring, 'wobei- When this material cools, a sealing gap is created between the two rings as a result of shrinkage. The width of the resulting sealing gap can be influenced by the selection of a suitable material for the second ring.

'. Wenn auf diese Weise nur ein zu enger Dichtspalt erreicht werden kann, dann ist es nach einem weiteren Vorschlag -der-Erfindung möglich, anschließend an das Schrumpfen.-des inneren Ringes den Dichtspalt durch nachträgliches Aufwalzen des äußeren Ringes noch zu'vergrößern.'. If only too narrow a sealing gap can be achieved in this way can, then it is possible after a further proposal of the invention, then to the shrinking of the inner ring, the sealing gap by subsequent rolling on of the outer ring still to be enlarged.

- In den Zeichnungen ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren an Hand von Beispielen dargestellt. Es zeigen -.- Ab b. 1 bis 4 ein eifindungsgemäßes Herstellungsverfahren in seinen einzelnen Verfahrensschritten, Ab b. 5 bis 8 ein andersartiges Herstellungsverfahren nach der Erfindung und A b b. 9 eine nach der Erfindung hergestellte Dichtung im eingebauten Zustand. - In the drawings, the manufacturing method according to the invention is shown on the basis of examples. It show -.- From b. 1 to 4 a manufacturing process according to the invention in its individual process steps, from b. 5 to 8 a different production method according to the invention and A b b. 9 shows a seal produced according to the invention in the installed state.

- Bei dem in den Ab b. 1 bis 4 dargestellten Herstellungsverfahren- wird zunächst entsprechend A b b. 1 ausgegangen von einem Ring 1, der eine glatte Bohrung 2 und eine sägezahnförmig profilierte Außenmantelfläche 3 aufweist. Dieser Ring 1 kann z. B. durchispanatbliebende Fertigung, durch Sintern od dgl. hergestellt werden. - In the case of the abb. 1 to 4 shown manufacturing process is initially according to A b b. 1 is based on a ring 1, which has a smooth bore 2 and a sawtooth-shaped profiled outer jacket surface 3. This ring 1 can, for. B. byispanatbliebende production, by sintering od the like. Be made.

- Waich der Erfindung wird dann gemäß A b b. 2 durch Aufbringen von Werkstoff auf die profilierte Außenmantelfläche 3 -des Ringes 1 der äußere Ring 4 gebildet. Das Aufbringen des Werkstoffes kann durch Umgießen, Umspritzen, Umsintern des Ringes 1 oder durch jedes sonstige geeignet erscheinende Verfahren erfolgen. Wie die A b b. 2 erkennen läßt, füllt nach dem Aufbringen des Werkstoffes dieser die profflierte Mantelfläche 3 des Ringes 1 vollständig aus. - Waich of the invention is then according to A b b. 2, the outer ring 4 is formed by applying material to the profiled outer jacket surface 3 of the ring 1. The material can be applied by casting around, overmolding, sintering around the ring 1 or by any other method that appears suitable. Like the A b b. 2 shows, after the material has been applied, it completely fills the profiled outer surface 3 of the ring 1 .

Im nächsten in Ab b. 3 dargestellten Verfahrensschritt werden die beiden so gebildeten und zunächst dicht aneinanderliegenden Ringe 1 und 4 gemeinsam einem Walzvorgang unterworfen. Zu diesem Zweck wird beispielsweise in die Bohrung des Ringes 1 ein Walzdorn eingeführt, der diese Bohrung voll ausfüllen kann. Dieser Walzdorn ist mit 5 bezeichnet. Es ist jedoch auch möglich, wie später noch gezeigt wird, einen Walzdorn zu verwenden, der in seinem Durchmesser geringer als die Bohrung des Ringes 1 ist. Auf den äußeren Ring 4 wirkt unter Druck die Walze 6 ein. Wenn nun diese Walze 6 unter Druck umläuft, dann wird der äußere Ring 4.- der aus einem leichter verformba- ren Werkstoff besteht als der Ring 1, aufgeweitet, wobei sich der Dichtspalt 7 bildet, dessen Breite von- der Dauer -des Walzvorganges und dem Druck der Walzen abhängt.In the next in Ab b. 3 , the two rings 1 and 4 thus formed and initially lying close to one another are jointly subjected to a rolling process. For this purpose, a rolling mandrel is inserted into the bore of the ring 1 , for example, which can completely fill this bore. This rolling mandrel is denoted by 5 . However, as will be shown later, it is also possible to use a rolling mandrel which is smaller in diameter than the bore of the ring 1 . The roller 6 acts on the outer ring 4 under pressure. If this roller 6 now rotates under pressure, then the outer ring 4, which consists of a more easily deformable material than the ring 1, is widened, the sealing gap 7 being formed, the width of which depends on the duration of the rolling process and depends on the pressure of the rollers.

Bei dem in den Ab b. 5 bis 8 dargestellten Herstelhing'sverfahren wird entsprechend A b b. 5 zunächst ausgegangen von einem Ring 8, der eine.glatte Außenmantelfläche 9 und eine profilierte Bohrung 10 aufweist. Auch dieser Ring kann ebenso wie der Ring 1- nach jedem brauchbar erscheinenden Verfahren hergestellt werden. Die Profifierung der Bohrung des Ringes 8 wurde bei diesem Ausführungsbeispiel anders als bei dem vorhergehenden gewählt.- Bei die#-ser Gelegenheit soll darauf hingewiesen werden, daß bei -der Anwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens praktisch jede denkbare Profilform verwendet werden kann. Im einfachsten Falle könnte beimvorliegenden Beispiel der Ring 8 auch mit einer glatten Bohrung versehen werden, wodurch sich ein gerader zylindrischer Dichtspalt ergeben würde.In the case of the abb. 5 to 8 shown manufacturing process is according to A b b. 5 is initially based on a ring 8 which has a smooth outer jacket surface 9 and a profiled bore 10 . This ring, like ring 1-, can also be produced by any method that appears useful. The Profifierung the bore of the ring 8 is in this embodiment, unlike the preceding gewählt.- In the # -ser opportunity should be noted that when - the application of the manufacturing method according to the invention any possible profile shape can be practically used. In the simplest case, in the present example, the ring 8 could also be provided with a smooth bore, which would result in a straight cylindrical sealing gap.

Gemäß Ab b. 6 wird nach der Erfindung in den Ring 8 Werkstoff zur Bildung des inneren Ringes 11 eingegossen oder eingespritzt. Beim Abkühlen des eingegossenen oder eingespritzten Werkstoffes schrumpft dieser, wodurch der Ring 11 eine Durchmesserverringerung erfährt, so daß sich der Dichtspalt 12 ausbildet. Durch Wahl eines Werkstoffes mit einem geeigneten Wärmeausdehnungskoeffizienten für den Ring 11, kann erreicht werden, daß der Diühtspalt eine ausreichende Breite erhält.According to Ab b. 6 , material for forming the inner ring 11 is cast or injected into the ring 8 according to the invention. When the poured or injected material cools, it shrinks, as a result of which the ring 11 experiences a reduction in diameter, so that the sealing gap 12 is formed. By choosing a material with a suitable coefficient of thermal expansion for the ring 11, it can be achieved that the air gap is given a sufficient width.

Sollte jedoch auf diese Weise keine ausreichende Breite des Dichtspaltes 12 zu erreichen sein, dann ist es möglich, die Ringe 8 und 11 ebenso wie im vorherigen Ausführungsbeispiel einem zusätzlichen Walzvorgang zu unterwerfen. Wie in A b b. 8 dargestellt, können hierzu die Walzen 13 und 14 verwendet werden, von denen die eine in der Bohrung des inneren Ringes 11 angeordnet ist und die andere auf die äußere Mantelfläche des Ringes 8 einwirkt. Der Walzvorgang selbst ist der gleiche wie beim vorherigen Beispiel.If, however, a sufficient width of the sealing gap 12 cannot be achieved in this way, then it is possible to subject the rings 8 and 11 to an additional rolling process, as in the previous exemplary embodiment. As in A b b. 8 , the rollers 13 and 14 can be used for this purpose, one of which is arranged in the bore of the inner ring 11 and the other acts on the outer circumferential surface of the ring 8. The rolling process itself is the same as in the previous example.

In Ab b. 9 ist schließlich eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Dichtung im eingebauten Zustand dargestellt. Bei diesem Beispiel ist eine Welle 15 in der Bohrung 16 eines Gehäuses 17 unter Zwischenschaltung von in einem Käfig 18 untergebrachten Lagemadeln 19 gelagert. Die Ab- dichtung dieser Lagerstelle erfolgt durch eine Spaltdichtung, die aus dem Innenring 20 und dem Außenring 21 besteht. Die beiden Ringe weisen zwischen sich einen sägezahnförmigen Dichtspalt 22 auf. Die Abbildung läßt erkennen, daß es mit Hilfe der Dichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, selbst in diesem Einbaufalle eine einwandfreie Abdichtung zu schaffen, obwohl die zur Verfügung stehende radiale Spaltbreite nur dem Durchmesser der Lagernadeln von nur wenigen Mil-Emetern entspricht.In Ab b. 9 , finally, a seal produced by the method according to the invention is shown in the installed state. In this example, a shaft 15 is mounted in the bore 16 of a housing 17 with the interposition of position pins 19 accommodated in a cage 18. The sealing off of this bearing point is made by a gap seal, which consists of the inner ring 20 and the outer ring 21st The two rings have a sawtooth-shaped sealing gap 22 between them. The figure shows that with the aid of the seal according to the method according to the invention it is possible to create a perfect seal even in this installation trap, although the available radial gap width only corresponds to the diameter of the bearing needles of only a few millimeters.

Claims

Claims: 1. A method for producing a gap or labyrinth seal, consisting of an outer and an inner ring, which have between them a sealing gap formed by two uniformly designed boundary surfaces, d a - characterized in that, starting from a longitudinal section Profile finish-machined ring, by applying material to the outer or inner surface of the second ring is formed close to the first adjacent ring, whereupon the sealing gap is generated by subsequent expansion of the outer ring and / or shrinking of the inner ring.

2. The method according to claim 1, characterized in that the first ring on its outer circumferential surface to form the second ring with more easily deformable material encapsulated, encapsulated, sintered or the like. Is. 3. The method according to claim 2, characterized in that the two rings are subjected to a rolling process, the outer ring consisting of a more easily deformable material is widened in such a way that a sealing gap is created between the two rings. 4. The method according to claim 1, characterized in that material with a higher coefficient of thermal expansion is poured or injected into the first ring to form the second ring, a sealing gap being created between the two rings as this material cools due to shrinkage. 5. The method according to claim 4, characterized in that the sealing gap is enlarged by subsequent rolling on of the first ring. 6. The method according to claims 1, 2 and 4, characterized in that the first ring is provided with a profile on its outer surface facing the second ring.