DE2010487A1

DE2010487A1 - poetry

Info

Publication number: DE2010487A1
Application number: DE19702010487
Authority: DE
Inventors: Marvin Cedric Metamora 111. Keys (V.St.A.)
Original assignee: Caterpillar Tractor Co., Peoria, 111. (V.St.A.)
Priority date: 1969-03-07
Filing date: 1970-03-05
Publication date: 1970-09-24
Also published as: BE746993A; JPS4936892B1; GB1307082A; FR2037777A5; CA924746A

Description

In den vergangenen Jahren sind Versuche unternommen worden, eine wirtschaftlichere und zuverlässigere Dichtung beispielsweise zur Verwendung in einer Wasserpumpe herzustellen. Bei dem Versuch, die Zuverlässigkeit der Dichtung zu verbessern, ist man auf die Verwendung von Ringen aus einer Wolframlegierung verfallen, die für gewöhnlich an dem sich drehenden Teil angebracht werden, um an einem sich nicht drehenden Kohlenstoffring anzuliegen. Vom Kostenstandpunkt her sind jedoch Wolframringa vielleicht zehnmal teurer als Ringe, die aus anderen Stoffen bestehen, wie z.B« aus keramischen Stoffen. Andererseits sind erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich der Verlässlichkeit von Keramikringen aufgetreten, die die Neigung zur Bildung von Rissen aufzuweisen scheinen·Attempts have been made in recent years to provide a more economical and reliable seal for example for use in a water pump. While trying to check the reliability of the seal to improve, one has fallen for the use of rings made of a tungsten alloy, which is usually on attached to the rotating part to abut a non-rotating carbon ring. From a cost standpoint however, tungsten rings are perhaps ten times ago more expensive than rings made of other materials such as ceramic materials. On the other hand are significant Difficulties in the reliability of ceramic rings which seem to have a tendency to form cracks

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PatentanwälteDipWnfl.Martin Licht, DioL-Wirfieh-Inn. Av-I n«».»,«— rv~i bl...Patent AttorneysDipWnfl.Martin Licht, DioL-Wirfieh-Inn. Av-I n «». »,« - rv ~ i bl ...

Während der Forschungsarbeiten ist entdeckt worden, daß eine hohe Drehmomentbelastung an der Zwischenfläche der zusammenpassenden Ringe in einer Dichtung vorhanden ist_a Diese Drehmomentbelastung scheint sich innerhalb eines bestimmten Ringsatzes erheblich zu ändern, bei den Versuchen wurde festgestellt, daß bei Anstieg des Drehmomentes von einem geringen Drehmoment zu einem hohen Drehmomeut innerhalb ziemlich kurzer Zeit der Wärmeaufbau in dem keramischen liing derart ist, daß der Ring der neigung zur Rißbildung unterworfen ist. Ein derartiger Wechsel von geringen Drehmomentwerten zu hohen Drehmomentwerten führt ferner zu Drehschwingungen oder einer konstanten periodischen bewegung des kohle listoffringes, so daß die Mittel, die den Hing in seiner Lagerschale halten, innerhalb einer kurzen Zeitspanne abgenutzt werden, so daß der Kohlenstoffring auf die Fläche des mit ihm gepaarte» Hinges au schlagen beginnen kann, wodurch ein erhöhter Verschleiß und/oder der Ausfall der Dichtungsbestandteile hervorgerufen werden kann,During the research it has been discovered that a high torque load at the interface of the mating rings in a seal is present _a This torque load seems to change substantially within a given ring set, in the experiments, it was found that with increase of the torque from a low torque to a high torque within a fairly short time, the heat build-up in the ceramic liing is such that the ring is subject to the tendency to crack. Such a change from low torque values to high torque values also leads to torsional vibrations or a constant periodic movement of the carbon listoffringes, so that the means that hold the Hing in its bearing shell are worn out within a short period of time, so that the carbon ring on the surface of the »Hinges paired with it can begin to strike, which can lead to increased wear and / or failure of the sealing components,

bei herkömmlichen keramischen Ringen ist normalerweise eine rauhe Oberfläche vorgesehen, die nahezu unmittelbar nach beginn der ersten benutzung der Dichtung mit Kohlenstoff von dem Kohlenstoffring gefüllt wird, Dadurch wird nämlich eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dichtung anstelle einer kohlenstoff—with conventional ceramic rings is normally a rough surface is provided almost immediately after When the seal is first used, it is filled with carbon from the carbon ring Carbon-carbon seal instead of a carbon-

Keramik-Dichtung hervorgeruf <-;:j , Wenn bei einer derartigen Dichtung Wasser als Schmiermittel verwendet wird, bleibt das an der¹ Zwisohf-n f.^r Lache' auftretende Drehmomeut verhältnismäßig niedrig, Weaa jedoch ein lösliches Ol oder eine Gefrierschutz— lösung eingeführt wire?, erhobt sich da:> Drehmoment erheblich, was zu den o'oen beschriebenen Ausfällen führen kann. Die Poren in den! Keramj.kriiig, die zu der !''.Lüche hin geöffnet sind, sammeln ÖL und Kohl'-■·:..stoff, so daü die /wischenX Lache eine KohLenstoff-Kohleus toif-ii.-i.ohtungsf lache wird, v-is zu einem schueLleu und erheblichen Ansteigen dee Drehmcrumics führt,»Ceramic seal hervorgeruf <- ;: j, when water is used as a lubricant in such a seal is that at the ^1-n f ^r Zwisohf pool 'occurring Drehmomeut relatively low, however WEAA a soluble oil or an antifreeze solution introduced. wire ?, erhobt up there:> torque significantly, which can lead to the o'oen described failures. The pores in the! Ceramic kriiig, which are open to the! ''. Hole, collect oil and carbon, so that the / wipeX pool becomes a carbon-carbon pool v-is to a considerable increase schueLleu and dee Drehmcrumics leads »

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Als Ergebnis dieser Versuche wurde festgestellt, daß
die Keramikringe glatte harte Flächen haben sollten.As a result of these experiments, it was found that
the ceramic rings should have smooth hard surfaces.

Bei der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß ein erheblich verbessertes Ergebnis durch zwei einander gegenüberliegende und berührende Flächen erzielt wird, die harte Oberflächen aufweisen, bei denen so große Plateaus (Abstand zwischen Poren) wie möglich für die Oberflächenanlage vorhanden sind. In diesen Flächen sollten so wenig Poren oder Vertiefungen vorhanden sein, wie es bei der wirtschaftlichen Herstellung der verwendeten Stoffe erzielbar ist. Die Verwendung derartiger Stoffe ergibt Laufflächen, die sehr geringe Drehmomentwerte haben, die durch den Reibungskontakt erzeugt werden, und die verhältnismäßig konstant über den gesamten Bereich der Betriebstemperaturen des Motorkühlmittels bleiben, ungeachtet der
Zusammensetzung des Kühlmittels.In the present invention it has been found that a significantly improved result is achieved by having two opposing and contacting surfaces which have hard surfaces with as large plateaus (spacing between pores) as possible for the surface abutment. In these areas there should be as few pores or depressions as can be achieved in the economical production of the substances used. The use of such materials results in treads which have very low levels of torque generated by the frictional contact and which remain relatively constant over the entire range of engine coolant operating temperatures, regardless of the
Composition of the coolant.

Daher besteht die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in der Schaffung einer verbesserten Dichtung.It is therefore the object of the present invention to provide an improved seal.

Ferner soll erfindungsgemäß eine Dichtung geschaffen
werden, die verhältnismäßig unporöse Anlageflächen zwischen den Teilen der Dichtung aufweist, die sich gegeneinander drehen.Furthermore, according to the invention, a seal is to be created
which has relatively non-porous contact surfaces between the parts of the seal that rotate against each other.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung
gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung hervor, in
der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht ist. Es ist darauf hinzuweisen,
daß andere AusfUhrungsformen der Erfindung, die auf den
gleichen oder gleichwertigen Grundsätzen beruhen, verwendet werden können, und daß der Fachmann bauliche Veränderungen
vornehmen kann, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung
und der beigefügten Ansprüche zu verlassen„Other objects and advantages of the present invention
emerge from the following description and claims with reference to the accompanying drawing, in
of a preferred embodiment of the present
Invention is illustrated. It should be pointed out
that other embodiments of the invention based on the
The same or equivalent principles can be used and that the person skilled in the art can make structural changes
can make without the scope of the present invention
and to leave the attached claims "

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In der Zeichnung sindIn the drawing are

Fig. 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Dichtung in einer Umgebung, in der die Dichtung verwendet werden kann,Fig. 1 is a simplified sectional view of the seal according to the invention in an environment in which the Seal can be used

Pig_B 2 eine Endansicht des nichtdrehbaren Ringes derPig _B 2 is an end view of the non-rotatable ring of FIG

Dichtung, in der die Art und Weise veranschaulicht ist, mit der der Ring in starrer Stellung gehalten wird,Seal illustrating the manner in which the ring is held in a rigid position will,

Fig. 3 und k Darstellungen einer repräsentativen Kurve eines OberflächenprUfgeräts und eine Darstellung der Porengrbße des keramischen Ringes, der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und3 and k are representations of a representative curve of a surface tester and a representation of the pore size of the ceramic ring used in accordance with the present invention;

Fig. 5 und 6 deyfrig. 3 bzw. k ähnliche Ansichten, inFig. 5 and 6 deyfrig. 3 and k similar views, in

denen die gleichen Gesichtspunkte eines Keramik— ringes gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht sind_o which the same points of view of a ceramic ring of the prior art are illustrated _o

In Fig. 1 ist eine Dichtung 10 gezeigt, die in einem Wasserpumpengehäuse 12 angebracht ist, das eine Welle Ik umschließt. In einer vereinfachten Beschreibung besteht die Dichtung aus einem schalenartigen Teil Ib, das einen Balg 18 und eine Feder 20 trägt. Die Feder übt einen Druck auf einen Kohlenstoffring 22 aus, der an einem Keramikring 2k in Reibungsberührung an einer Zwischenfläche "$k anliegt. In Fig. 1, a seal 10 is shown which is mounted in a water pump housing 12 which encloses a shaft Ik. In a simplified description, the seal consists of a shell-like part 1b which carries a bellows 18 and a spring 20. The spring exerts a pressure on a carbon ring 22 which rests on a ceramic ring 2k in frictional contact at an intermediate surface "$ k.

Der Keramikring wird über eine Gummibuchse 2b angetrieben oder kann direkt an einem PumpenflUgelrad 28 angebracht sein.The ceramic ring is driven via a rubber bushing 2b or can be attached directly to a pump impeller 28.

Wie es deutlicher in Fig. 2 gezeigt ist, wird der Kohlenstoffring durch Vertiefungen 30 in dem Schalenteil Ib an der Drehung gehindert, die in Ausschnitte 32 in dem Kohlenstoffring eingreifen.As it is shown more clearly in Fig. 2, the carbon ring is by recesses 30 in the shell part Ib on the Prevented rotation in cutouts 32 in the carbon ring intervention.

Wenngleich die obige Beschreibung eich auf eine typische Umgebung für die Dichtung bezieht, ist es ersichtlich, daßAlthough the above description is a typical one Environment relates to the poetry, it can be seen that

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die Dichtung auch in vielen anderen Umgebungen als in Yasserpumpen verwendet werden kann. Wie oben erläutert, muß das Drehmoment an der Zwischenfläche 34 gering gehalten werden, wenn Verschleiß und Ausfall der Dichtung durch Hißbildung so gering wie möglich gehalten werden sollen, da ein geringes Drehmoment die Wirkung der Drehschwingung verringert.the seal also in many other environments than in water pumps can be used. As explained above, the torque at the intermediate surface 34 must be kept low, if wear and failure of the seal due to crack formation are to be kept as low as possible, then a low one Torque reduces the effect of torsional vibration.

Um das Drehmoment auf einem Mindestwert zu halten, ist festgestellt worden, daß die genaue Auswahl und Ausbildung der in dem Kohlenstoffring und in dem Keramikring verwendeten Stoffe außerordentlich wichtig ist.In order to keep the torque to a minimum, it has been found that the precise selection and design of the Substances used in the carbon ring and in the ceramic ring are extremely important.

Der Kohlenstoffring sollte aus mit Harz imprägniertem Kohlenstoff bestehen, der eine einprozentige verfügbare Porös,!« tat und eine Härte im Bereich von C 80 der Rockwell—Harteskaia aufweist. Derartige Ring sind gegenwärtig im Handel erhältlich»The carbon ring should be made from impregnated with resin Carbon, which had a one percent available porosity! «And a hardness in the range of C 80 from Rockwell-Harteskaia having. Such rings are currently commercially available »

Hinsichtlich des Keramikringes kann die allgemeine Form des Ringes gleich der Form von Ringen sein, die in früheren Modellen der Dichtung verwendet wurden, aber die Material« struktur und die Ober,- Xäc&enbesohaffenheit muß erheblich ver— schieden von früher verwendeten Ringen sein.Regarding the ceramic ring, the general shape of the ring may be the same as the shape of rings used in previous ones Models of the seal were used, but the material " structure and the upper, - Xäc & enbesohlichkeit must be considerably changed be different from previously used rings.

Wie bereits oben erläutert, war man lange der Ansicht, daß ein rauher, poröser Keramikring in einer Dichtung von Nutzen ist, da die Poren bestrebt sind, Kohlenstoff von dem Kohlenetoffring aufzunehmen und eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Zwischenfläche zu ergeben, Eine derartige Zwischenfläohenberührung ruft ein verhältnismäßig geringes Drehmomtnt hervor, solange das Kühlmittel nur aus Wasser besteht. Wenn jedoch lösliches Öl oder Gefrierschutzmittel dem .Kühlwasser zugesetzt wird, steigt da· Drehmoment an der Kolilenstoff-Koiileii- _x stoff-Zwischenfl&.he ichnell an, und ±n vielen Fällen gammelt ■loh eine "klebrige Maate" an der Zwischenflttohe«As discussed above, it has long been believed that a rough, porous ceramic ring is useful in a seal because the pores tend to pick up carbon from the carbon ring and provide a carbon-carbon interface. Such interfacial contact occurs relatively low torque as long as the coolant consists only of water. However, if soluble oil or antifreeze is added to the .Kühlwasser because increases · torque at the Kolilenstoff-Koiileii- _x fabric-Zwischenfl & .he ichnell, and ± n many cases bums ■ loh a "sticky mates" at the Zwischenflttohe "

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Es wird nunmehr Bezug auf die Fig. 3 bis 6 genommen. Der keramikring, der ungeachtet des verwendeten Kühlmittels das Drehmoment auf einem geringen Wert halt, sollte in einem Oberflächeiiprüfgerät eine Kurve hervorrufen, die der in Fig. 3 gezeigten ähnlich ist, wobei der Hing eine Porosität haben sollte, die zwar nicht genau dargestellt ist, aber in Fig. k angedeutet ist. In den Fig. 3 und 5 bedeuten die Zwischenräume zwischen den waagerechten Linien eine Strecke von 0,00025^ mm, und die Abstände zwischen den senkrechten Linien eine Strecke von 0,0508 mm,Reference is now made to FIGS. 3-6. The ceramic ring, which keeps the torque at a low value regardless of the coolant used, should produce a curve in a surface testing device which is similar to that shown in FIG is indicated in Fig. k. In Figs. 3 and 5, the spaces between the horizontal lines mean a distance of 0.00025 ^ mm, and the distances between the vertical lines mean a distance of 0.0508 mm,

Eine Prüfung der Unterschiede der Kurven des Oberflächen— Prüfgeräts gem. den Fig. 3 und 5 und die Ringporositäten, die in den Fig. h und 6 veranschaulicht sind, ergeben wohl eine geeignete V'eranschaulichung der Verbesserung der Oberflächenbeschaffeuheit, die bei der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Der Zweck der Veranschauiichung dieses Vergleichs, insbesondere hinsichtlich der Fig. k und 6, besteht darin, auf die Wichtigkeit einer genauen Steuerung sowohl der Porosität als auch der Oberflächenbeschaffenheit hinzuweisen. Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, würde der Versuch, die in Fig_o 6 gezeigte Fläche 50 zn bearbeiten, um die Überflächenrauheit //u verringern, nur zur Öffnung neuer Poren in dieser Fläche führen.Examination of the differences in the surface tester curves of Figures 3 and 5 and the ring porosities illustrated in Figures h and 6 would provide a suitable illustration of the improvement in surface texture which the present invention provides is required. The purpose of illustrating this comparison, particularly with respect to Figures k and 6, is to point out the importance of precise control of both porosity and surface finish. As is readily apparent, try the area shown in Figure 6 _o would work 50 zn to the Überflächenrauheit and reduce // only lead to the opening of new pores in this area.

Daher wurde zur Erzie1uug des gewünschten Ergebnisses festgestellt, daU der Keraiiiii-rring sine Härte von etwa k^ N 7H, gemessen auf der Rooiiwel 1-->süu tessk;·. in , Itaben syllte, sollten sich bei einer Oüerf χ a/.;ho^; 'uialyse mit eiue« f Lachen prüf gerat, dessen üj-.xtae f ^: ^ien Haüi-.ifj "^n 0,^^25'* ra» .hat, ja u_t"7d\: ^m Sohn.i ι Ιλύοκ,. αΐή..;¹^ ' -:u\n ach' nir'.;u aiiör Ver-Therefore, in order to obtain the desired result, it was found that the keraiii-ring has a hardness of about k ^ N 7H, measured on the Rooiiwel 1 -> süu tessk; ·. in , Itaben syllte, should be at an Oüerf χ a / .; ho ^; 'uialyse with eiue «f laughter check device, whose üj-.xtae f ^: ^ ien Haüi-.ifj" ^ n 0, ^^ 25' * ra ».has, yes u _t " 7d \: ^ m son.i ι Ιλύοκ,. αΐή ..; ¹ ^ ' -: u \ n oh' nir '.; U aiiör ver

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größer ist, als 2,5k M « Ferner sollte für die besten Ergebnisse der Durchmesser einer Pore nicht größer sein als 0,0381 mm. "is greater than 2.5kM «Also, for best results, the diameter of a pore should not be greater than 0.0381mm. "

Damit ist eine Dichtung offenbart worden, die einen echten technischen Portschritt mit sich bringt, da die Dichtung wirtschaftlicher und zuverlässiger ist, als die verschiedenen Arten von bisher bekannten und verfügbaren Dichtungen,, Wenngleich nur ein einziges Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann klar, daß Änderungen in der Ausbildung der Dichtung und in den Ring-Parametern vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsrahmen gemäß der nachfolgenden Ansprüche zu verlassen.A seal has thus been disclosed which involves a real technical step, since the seal is more economical and is more reliable than the various types of previously known and available seals, if only a single embodiment of the invention has been illustrated and described, it will be clear to those skilled in the art that changes in the design of the seal and in the ring parameters can be made without departing from the scope of the invention according to the following claims.

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Claims

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3. Diolitun;:; nacli claim 1, dadureh gtkreauze j.chi'et, ■ · - ■ - ^'1 ^ about vorljaiidene in the He ibmi / rs surface pores niiht ti eggs as above, O5O8 / <are.

k, A seal according to claim 1, characterized geitennzeicij.net, Ua: 3 as known in the Ueibungsflache pores are not deeper than 2.54 M.

Patent attorneys Dipl.-ing. Martin Licht, Dipl.-Wirlsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÜNCHEN 2, TH ERESIEN STRAS SE 33 ■ Telephone: 281202 ■ Telegram address = LipalH / Mönchen Hayer Veremsbank Munich. Zwetysl. Oskar-von-M: ller-RinB, account no. 882495 Postscheck Konio: Munich No. 1633 97

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5. Seal according to claim i, characterized in that the maximum of eight pores each 0.762 mm with an upper «
surface testing device is measured, which has a tip radius of 2.54 / Λ.

6, seal according to claim 5 »characterized in that no pore, which with such a surface testing device
can be measured has a depth greater than 2.5
is.

7. A seal according to claim 5, characterized in that no pore with such a surface testing device
can be measured has a diameter greater than about 0.0381 mm.

8. Seal according to claim 1, characterized in that the abrading surface of the ceramic ring has a hardness that
is not less than 45 N 78 as measured on the Rockwell hardness scale,

9 »Seal according to claim i, characterized in that the carbon ring made of a carbon impregnated with resin with no more than about a little available porosity consists.

10. Seal according to claim 9 »characterized in that the friction surface of the Koiale fabric ring has a hardness of about C 80, measured on the RookweXX hardness scale.

BATH ORIGINAL

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