DE2210253A1

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Info

Publication number: DE2210253A1
Application number: DE19722210253
Authority: DE
Inventors: Karl Gustav Stockholm Ahlen
Original assignee: SRM Hydromekanik AB
Current assignee: SRM Hydromekanik AB
Priority date: 1971-03-05
Filing date: 1972-03-03
Publication date: 1972-10-05
Also published as: GB1388682A; US3810640A; SE378446B; IT949892B; CS177820B2; CA966870A

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. V/.Beyer
Dipl.-Wirtseh.-Ing. B.Jochem

Frankfurt am Main Freiherr-vom-Stein-ßbr. 18

In Sachen:

S.R.M. Hydromekanik AB
Stockholm-Vällingby l/Schweden

Kolbenringanordnung zur Abdichtung zwischen zxvei einander umschließenden und relativ zueinander drehbaren Teilen.

Die Erfindung betx'ifft eine Kolbenringanordnung zur Abdichtung zwischen zwei einander umschließenden und relativ zueinander drehbaren Teilen,insbesondere bei einem hydrodynamischen Drehmomentwandler, wobei der Kolbenring in einer Ringnut an der Außenfläche des inneren Teils angeordnet ist und gegen eine zylindrische Fläche des äußeren Teils dichtet.

Zur Abdichtung gegenüber dem Durchtritt von Öl ist es bei solchen Anordnungen bekannt, einen gewöhnlichen Kolbenring, wie er bei Brennkraftmasehinen mit hin- und hergehenden Kolben verwendet wird, in eine Ringnut in der drehbaren ; Welle einzusetzen und gegen eine glatte zylindrische Oberfläche aus Stahl anliegen zu lassen. Eine solche Kolbenringanordnung ist jedoch nur für einfache Drehmomentwandler mit begrenzten Druckunterschieden (für Öle oberhalb SAE 5W) und vergleichsweise geringe Umfangsgeschwindigkeiten brauchbar, wenn eine vernünftige Lebensdauer angestrebt wird.

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Eine verbesserte Ausführungoform, wie gIo oft bei g Drehmomentwandlern verwendet wird, die mit höheren Relativgeschwindigkeiten und unter größeren Druckdifferenzen arbeiten, umfaßb einen Bronzering, der in eine in Umfang:;-richtung der Oberfläche der gehärteten Stahlwelle e^akt eingeschliffene Ringnut eingesetzt ist und gegen eine einsatzgehärtete und geschliffene zylindrische Stahlober— fläche gleitend anliegt. Derartige Koibenringanordnungen sind bis zu Druckdifferenzen von 20 kp/cm bei Umfangsgeschwindigkeiten von 10 m/Sek. und Druckdifferenzen bis zu 10 kp/cm bei Umfangsgeschwindigkeiten von 20 m/Sek. mit Erfolg betrieben worden. Die Härte der Welle und doi zylindrischen Oberfläche ist ausschlaggebend und sollte oberhalb 60 RockwelC betragen. Eine Härte von 58 RockwelC führt im Vergleich zu 60 RockwelC zu einer erheblichen Verminderung der Lebensdauer der Dichtung.

Das Erreichen der ausschlaggebenden Härte bringt Herstellungsechwierigkeiten mit sich, da die Wellen während der Wärmebehandlung dazu neigen, sich zu verziehen, was sowohl unerwünscht ist in bezug auf die Maßgenauigkeit wie auch in Hinblick darauf, daß die nachfolgende Schleifbearbeitung notwendigerweise erschwert wird und lange Zeit in Anspruch nimmt.

Weiterhin ist es notwendig, eine gehärtete zylindrische Stahlbuchse, beispielsweise zwischen dem Wandlergehäuse und der Welle vorzusehen, und dies orfordert wiederum die Anordnung einer weiteren Dichtung zwischen der StalilbucJu.c und dem Gehäuse.

Noch eine andere von der Anordnung einer Buchse zwischen dem Gehäuse und der Welle resultierende Schwierigkeit besteht darin, daß in Abhängigkeit von der konstruktiven Ausbildung des Wandlers Öl aus einem Raum innerhalb des Gehäuses auf der einen Seite der Buchse in einen Hohl-

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innerhalb dor Welle fließen muß. Hierzu muß die Buchse spanend bearbeitet werden, um darin Bohrungen oder Schlitze beispielsweise zwischen einem Paar \on Bronzeringdichtungen zu schaffen, durch welche das Öl strömen kann. In Hinblick auf die endgültige Härte, die Ausbildung und die Einbaulage der Hülse,bringt dies Schwierigkeiten mit sich.

Schließlich war es bisher vor dem Zusammenbau notwendig, die Stahlbuchse abzukühlen und die oft aus Aluminium bestehenden rückwärtige Abdeckung eines Drehmomentwandlers zu erwärmen, um einen Preßsitz zu einhalten, der bis zu Temperaturen von '170° C aufrechterhalten bleibt. Ein Drehmomentwandler arbeitet aber in einem Temperaturbereich zwischen -20° C bis herauf zu 170° C.

Die Erfindung beruht deshalb auf dem Bedürfnis, eine Öldichtung zu schaffen, die in der Lage ist, Druckdifferenzen von 20 kp/cm² für plus 120° C-Öle vom Typ SAE 5W bei Umfangsgeschwindigkeiten zu widerstehen, die zumindest 2000 UpM bei einem Dichtungsdurchmesser von .100 mm entsprechen und bei denen die mit dem Kolbenring zusammenwirkenden Oberflächen der Nut und des Außenteils keine Wärmebehandlung erfordern. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Kolbenringanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in der Lage ist, Druckdifferenzen bis zu

20 kp/cm bei Umfangsgeschwindigkeiten bis zu 10 - 15 m/Sek, ohne das Erfordernis besonderer Wärmebehandlungen weder der Nuten noch der äußeren Laufflächen zu widerstehen und die gleichzeitig eine ausreichende Lebensdauer unter den vorerwähnten Laufbedingungen für ein Öl mit einer Viskosität von SAE 5 besitzt, auch wenn das Öl nicht ganz sauber ist. Die Dichtung sollte somit nicht sonderlich empfindlich gegenüber hindurchtretenden harten Partikeln sein, und es ist ferner erwünscht, die Dichtung mit ver-

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nünftigen niedrigen Kosten herzustellen. Weiterhin coil die Verwendung von Bonze vermieden werden, um die Dichtung weniger empfindlich gegenüber säurehaltigen Ölen zu machen.

Erfindungsgcmäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest eine der aufeinander gleitenden Dichtflächen porös ist und von einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten gebildet ist. ,Vorzugsweise ist dabei mindestens eine der aufeinander gleitenden Dichtflächen mit einem porösen Überzug aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten bedeckt, wozu es besonders zweckmäßig ist, wenn der Überzug aus durch Flammaufspritzen oder Flammplattiercn auf die Dichtfläche aufgebrachtem Molybdän oder einem ähnlichen metallischen oder keramischen Material besteht. In beiden Fällen läßt sich ein normaler standarisierter Kolbenring aus Stahl oder vorzugsweise Gußeisen verwenden, der entweder auf den erwähnten Molybdän-Oberflächen gleitet oder selbst mit einer Molybdänoberfläche versehen ist. Dabei soll der Kolbenring mit überlapptem Stoß ausgeführt sein.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung vermindert in der Tat die Drehmomentverluste innerhalb der Dichtung und Testversuche über 1000 Stunden Laufzeit haben gezeigt, daß die Abnutzung der hierfür am meisten empfindlichen Oberflächen auf ein Drittel im Vergleich mit der bei herkömmlichen Kolbenringanordnungen auftretenden Abnutzungen sinkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in ein die Kolbenringanordnung aufnehmenden Aluminiumgohäuse Stahlringe eingegossen, welche die Berührungsflächen für einen mit Molybdän überzogenen Kolbenring bilden. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung liegt der mit

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Molybdän überzogene Kolbenring gegen Aluminiumoberflächen innerhalb der Nut an, wozu die mit der Nut in Berührung stehenden Oberflächen des Kolbenrings geschliffen sind, und der Kolbenring liegt gegen das Außenteil mit einer Oberfläche an, die mit Molybdän überzogen, jedoch nicht geschliffen ist, um eine größere Reibungskraft um dadurch eine Mitnahme des Kolbenringe zu erhalten.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kolbenringanordnung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 das Beispiel einer Anordnung von Kolbenringdichtungen in einem hydrodynamischen Drehmomentwandler,

Fig. 1a den in Fig. 1 mit einem Kreis umschlossenen Teil in vergrößerter Darstellung,

Fig. 2 bis 6 verschiedene Ausführungsbeispiele von Kolbenringdichtungen nach der Erfindung.

Die Fig. 1 und 1a zeigen, ,jeweils in der unteren Hälfte eine herkömmliche Anordnung von Kolbenringdiohtungen der erforderlichen Qualität, wobei die Kolbenringe 1 aus Bronze bestehen und die äußeren und inneren, relativ zueinander drehbaren Teile 2 und 3 notwendigerweise gehärtet und auf eine Härte von oberhalb 60 RockwelC gebracht sind. Der Außenteil 2 besteht aus einer getrennten Buchse 4.

In der oberen Hälfte der ^'ig. sind die Kolbenringe 5 erfindungsgemäßer Anordnung gezeigt, wobei eine Wärmebehandlung der Oberflächen nicht erforderlich ist und demzufolge besondere Buchsen weggelassen sind.

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Für den Vergleich ist zu beachten, daß die V/olle 6 und das Außenteil 7 -für die Dichtungen der oberen Figurenhälfte ohne Wärmebehandlung auskommen können, während in der unteren Hälfte die Welle 6 und das Außenteil 2 wärmebehandolt sind und in manchen Fällen besonderfe Buchsen 4 benötigen. In der oberen Hälfte, wo das Außen- und das Innenteil der Kolbenringanordnung aus Aluminium bestehen, sind Stahlbuchsen oder -ringe 8 in den das Außenteil 7 bildenden Aluminiumkörper eingegossen, die zusammen 'mit den Dichtungen nach der Erfindung eine ausreichende Oberflächenqualität sowohl in Hinblick auf die Oberflächengüte wie die Härte ergeben, wenn sie mit einem Schneidwerkzeug spanend bearbeitet worden sind.

Fig. 2 zeigt eine Kolbenringanordnung nach der Erfindung, bei welcher der Kolbenring 10 von einem standarisierten Gußeisenring mit überlapptem Stoß und die Oberfläche 11 des Außenteils und die Seitenflächen 12 der Ringnut des Innenteils mit Molybdänschichten 14 bzw. 15 überzogen und anschließend geschliffen sind. Das Material des Außenteils 16 und des Innenteils 17 kann Aluminium, Stahl oder Gußeisen sein.

Fig. ~⁷j zeigt eine Kolbenringanordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung, bei welcher ein Kolbenring 10a aus Stahl oder Gußeisen mit einem Molybdänbelag 15a überzogen und geschliffen ist und das Innenteil 17a und das Außenteil 16a aus Stahl mit einer Härte von vorzugsxveise nur über 250 HBr. bestehen und bei der ferner die Nutseitenflächen 12a und die Oberfläche 11a des Außenteils nicht notwendig geschliffen sind.

Fig. 4 zeigt eine Kolbenringdichtung der gleichen Art wie in Fig. 3, bei welcher jedoch ein Stahlring 18 in das aus Aluminium gefertigte Außenteil 16b eingegossen ist.

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Nach spanender Bearbeitung gibt die Stahlobcrflache eine ausreichend gute Dichtungsfläche ab, und es ist keine Wärmebehandlung der Oberfläche erforderlich.

Die Kolbenringdichtung nach Fig. 5 ist \viederum von gleicher Art wie in Pig. Z>\ bei dieser Aus führung s form ist jedoch ein Stahlring 19 in das Innenteil 17a, dar* aus Aluminium gefertigt ist, eingegossen, und auch hier bietet die Stahloberfläche nach spanender Bearbeitung eine ausreichend gute Dichtfläche und bedarf keiner Wärmebehandlung.

Fig. 6 zeigt die gleiche Art Kolbenringdichtung wie in Fig. 3» wobei sowohl die Außenfläche wie die Seitenflächen des Kolbenrings 1Od mit Molybdän überzogen sind, jedoch die Molybdän überzogene Außenfläche des Kolbenrings ungeschliffen ist, während die Seitenflächen geschliffen sind. Diese Art Dichtung hat geringfügig größere Leckverluste als die Dichtung nach Fig. 3, wo beide Seiten und die zylindrische Außenfläche des Kolbenrings geschliffen sind, zur Folge. Jedoch arbeitet auch diese Kolbenringanordnung unter gegebenen Bedingungen zufriedenstellend, auch wenn das Außenteil 16d und das Innenteil 17d aus gewöhnlichem, nicht· wärmebehandoltem Stahl bestehen, und selbst für den Fall, daß das Innen- und/oder das Außenteil aus Aluminium besteht, arbeitet sie noch bis zu einer Druckdifferenz von 6 kp/cm zufriedenstellend.

Mit Ausnahme von Dichtungen, bei denen der mit Molybdän überzogene Kolbenring 1Od unmittelbar auf Aluminiumflächen des Außen- und Innenteils 16d bzw. 17d läuft, können die erfindungsgemäßen Dichtungsanordnungen Druckdifferenzen bis zu 20 kp/cm bei Differenzgeschwindigkeiten bis zu 15m/Sek. und auch ziemlich dünnflüssigen Ölen wie SAE J?W bei Temperaturen oberhalb 100° C wider-

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stehen. Für den Fall, daß der mit Molybdän überzogene und p;o:;o.h.l L ri'ejio Kolbenring uniai. ti. ι: l.b.'n¹ auf :ui:; Aluminium bestehenden Außen- und Innenlcilon IUuI¹U, .ist die Abdichtung; nur zufriedcnsteilend bis zu Geschwindigkeiten von O bis 10 m/Sek. für Druckdifferenzen von vorzugsweise nur 6 bis 8 kp/cm oder maximal 10 kp/cm'". Die Verwendung einer Kolbenringanordnung gemäß der Erfindung führt offensichtlich zu einer beträchtlichen Verminderung der Herstellungskosten und einem Ansteigen der Güte des Drehmomentwandlers .

2s kann leicht festgestellt werden, daß der Wegfall der Wärmebehandlung und des Schleifvorganges in erster Linie die Verwendung billigerer Stahlsorten erlaubt, und der zeitliche Durchlauf der Stücke durch die Werkstatt wird gleichzeitig vermindert wie auch die Herstellungskosten gesenkt werden. Im Falle von beispielsweise einfachen Drehmomentwandlern, wo nur geringe Üldruckdifferenzen auftreten* können die mit Molybdän überzogenen Kolbenringe unmittelbar auf .Aluminiumflächen bei Druckdifferenzen bis

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zu 6 bis 10 kp/cm und bei Differenzgeschwindigkeit bis zu 8 bis 10 m/Sek. laufen, wo bisher Gußeisenbuchsen erforderlich waren.

Der Grund für die Erzielung des vorerwähnten guten Ergebnisses liegt nicht nur in den wohlbekannten Eigenschaften von Molybdän bezüglich eines niedrigen Reibungskoeffizienten, sondern auch in dem Umstand, daß das Öl ständig den Molybdänüberzug aufgrund von dessen Porosität passiert, wodurch sichergestellt wird, daß im Betrieb nie eine metallische Berührung auftritt, da ein Ölfilm gebildet wird, der den Ring trägt, was für die in Betracht gezogenen Dichtungsarten, wo die Ülviskosität ziemlich niedrig liegt, und eine bestimmte Leckage zugelassen wird und auch er-

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wünscht ist, nützlich ist. Der niedrige Boibungckoeffizient von Molybdän kommt in erster Linie beim Anlaufen der Dichtung aus dem Stillstand heraus und bei derart niedrigen Differenzgeschwindigkeiten zwischen den zueinander drehenden Teilen in Betracht, bei denen noch*kein Ölfilm aufgebaut wird.

Auch wenn ein Molybdänüberzug zur Bildung einer Überzugsschicht auf den Dichtflächen am vorteilhaftesten zu betrachten ist, kann der Überzug auch im gleichen Verfahren mit Jedoch anderen Metallen wie Bronzelegierungen, verschiedenen Arten von Molybdänlegierungen und ebenso Chrom oder Nickel und Kupfer gebildet werden, sofern das Material nur in der angewendeten Form porös ist. Eine Variante der Erfindung besteht in der Herstellung des gesamten Kolbenringes aus beispielsweise Sintermaterial von Molybdän oder Bronze oder Molybdänlegiorungen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1.) KoIbenringanordnung zur Abdichtung zwischen zwei einander umschließenden und relativ zueinander drehbaren Teilen_v wobei ein Kolbenring in einer Ringnut an der Außenfläche des inneren Teils angeordnet ist und gegen eine zylindrische Innenfläche des äußeren Teils dichtet, dadurch gekennzeichnet, daß zu-

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mindest eine aufeinander gleitenden Dichtflächen porös ist und von einen Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten gebildet ist.

2. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; , daß mindestens eine der aufeinander gleitenden Dichtflächen mit einem porösen überzug (14·, 15) aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten bedeckt ist.

3. Kolbenringanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Überzug (14-, 15) aus durch Flammaufspritzen oder Flammplattieren auf die Dichtfläche aufgebrachtem Molybdän besteht.

4. Kolbenringanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die flachen porösen Oberflächen geschliffen sind.

5· Kolbenringanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Oberflächen des Kolbenrings (10a; 10b; 10c) geschliffen sind und daß die mit diesen zusammenwirkenden Oberflächen des äußeren und/oder inneren Teils aus spanend bearbeitetem Stahl bestehen.

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G. Ko Uuuir i ncauordnune; nach cijhmii ilrr V{>:'lHM'f';<;li'M:d<'n Λ11: ι ρ ι * ί i (·. 1 u ? _> bei wi'lt'lim* da:¹, μπημί: und/oder da:; /iuliciv; ¹IVi ! (Ui:; Aluminium bor.l.ohL, d a d u j· ei h r; ο I; ο η ιϊ zeichnet; , daß in dao aus Aluminium bestehende Teil (16b, 17c) ein Ring oder eine Buchse (18, 19) auc Aluminium' zur Bildung der Berührungsfläche mit der porigen Dichtungöoberflache des Dichtungsring (10b, 10c) eingegossen ist.

7. Kolbenringanordnung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenringoberflächen überzogen sind und daß nur die Seitenflächen des Kolbenringes geschliffen sind, während die äußere zylindrische Oberfläche des Kolbenrings (10b) ungeschliffen ist, und daß sowohl das äußere ü?eil (16d) wie das innere Teil (i7cQ aus Aluminium bestehen.

8. KoIbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet , daß sie sich swisehen der Turbinenv/elle (6) und demjenigen Teil (7) des stationären Gehäuses eines hydraulischen Drehmomentwandler-s befindet _% in welchem Flüssigkeit dem Wandler zu-und abgeführt wird, wobei die porige Dichtungsoberfläche des Kolbenrings gegen die Stahlflächen sowohl des Außen- wie des Innenteils dichtet.

9. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Dichtung zwischen der Welle (6) und dem rotierenden Gehäuse (7) der Wandlerkammer eines hydrodynamischen Drehmomentwandiers befindet, wobei die porige Dichtungsfläche des Kolbenrings gegen die Stahlflächen sowohl am Außen- wie am Innenteil dichtet.

10. Kolbenringanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Porosität der porigen Dichtungsoberflache eine solche ist, daß ein begrenzter Ölfluß aufgrund des Differenzdruckes von der einen zur anderen Seite der Dichtung zu fließen vermag.

11. Kolbenringdichtung nach Anspruch 10, bei welcher der Kolbenring porig ist und eine poröse Außenfläche hai: und gegenüber einem relativ dazu drehenden Teil dichtet, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität des porigen Teils eine solche ist, daß ein begrenzter Ölfluß in Axialrichtung von der einen Seite der Dichtung zur anderen aufgrund der Druckdifferenz ermöglicht wird.

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