DE2611523C2 - Graphit enthaltender Dichtungsring und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

IO Die Erfindung betrifft einen Graphit enthaltenden Dichtungsring, der besonders für die Abdichtung umlaufender Wellen oder in Axialrichtung bewegter Stangen und speziell als Kurbelwellendichtung einsetzbar ist. Es ist bekannt, zu diesem Zweck aus Graphitpulver gepreßte Ringe einzusetzen. Diese weisen aber nur eine geringe Bruchdehnung auf, so daß Sorgfalt beim Einbau geboten ist und bei betriebsmäßigen Versetzungen der abzudichtenden Welle die Gefahr eines Bruches des Ringes und damit einer Undichtigkeit besteht. Obwohl die Temperatur-Einsatzgrenzen und die seibstschmierendcn Eigenschaften des Graphits aus diesem Material gefertigte Ringe für die Abdichtung von Kurbelwellen geeignet erscheinen lassen, stellen doch die durch Verschleißerscheinungen in den Lagern bedingten Radialschlägc von Kurbelwellen ein Hemmnta für den Einsatz von aus Graphit bestehenden Dichtungsringen dar. Zu beanstanden ist in diesem Zusammenhang auch die sehr geringe ölspeicherfähigkeit von Graphitringen.

Bekannt ist es farner, Graphitexpandat, d.h. ein mit einem speziellen Verfahren gewonnenes Graphitprodukt mit einem sehr geringen Schüttgewicht von beispielsweise 25 g/l zu Formkörper zu verpresscn. Solche Formkörper lassen sich einfach und unter Anwendung von nur geringem Preßdruck verarbeiten und zeigen auch ein gewisses Aufnahmevermögen für Schmiermittel. In manchen Fällen sind Formkörper aus Graphitexpandai wegen ihrer geringen mechanischen Festigkeit für Dichtungszweckc nicht geeignet, da bereits bei der Montage erhebliche Sorgfalt zur Vermeidung eines Bruches aufgewendet werden muß. Ein Einsatz bei unruhigen Wellen, besonders mit Radialschlag behafteten Kurbelwellen, ist daher nicht möglich.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Dichtungsring zu schaffen, der bei einfacher und preisgünstiger Herstellung eine hohe Temperatureinsatzgrenze und eine die selbsisehmiercnde Eigenschaft des Graphits ergänzende ölspeicherfähigkeit mit einer ela-

M Mischen, bis zum Eintritt eines Bruches auch erheblichen plastischen Verformbarkeit in sich vereinigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dichtungsring aus einem Gefüge von aus komprimiertem Graphitexpandat gebildeten flachen Körper aufgebaut ist. welche die Form von Kissen oder Scheiben aufweisen, deren größte seitliche Ausdehnung ein mehrfaches ihrer Dicke beträgt und die unter Belassung von Hohlräumen über- und nebeneinander mit ihren größten seitlichen Ausdehnungen im wesentlichen in

H) zur Längsachse des Dichtungsringes senkrechten Ebenen liegend ;ingeordnel sind und daß nur Teile der Oberfläche der Körper durch Brücken aus FEP-Material (TctrafliKiräthylcn-Perfluorpropylcn-CopolyiTierisat) miteinander verbunden sind.

Ein derart erfindungsgemäß ausgebildeter Dichtungsring weist eine über 200"C liegende Tcmpcralur-Einsat/grenze auf und vermag in seinen miteinander in Verbindung stehenden Hohlräumen beträchtliche Öl-

mengen zu speichern, die die Notlaufeigenschaftcn verbessern. Der erfindungsgemäße Ring besitzt ferner eine die Bruchgefahr beim Einbau und im Betrieb gegen unruhige Wellen praktisch völlig ausschaltende hohe elastische Verformbarkeit. Unabhängig davon ist der Dichtungsring bei der Einwirkung einer örtlich höheren Flüchenpressung auch plastisch verformbar und kann sich daher bei ungenauem Einbau an die Welle anschmiegen, wobei speziell keine Gefahr einer übermäßig hohen Kantenpressung gegeben ist.

Das im Dichtungsring enthaltene FEP-Malerial soll einen Gewichtsanteil von 5—25%, insbesondere von 8—15% des Gewichts des Graphitexpandats bilden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Graphit fernhaltenden Dichtungsringes, bei dem Graphit-Expandat in eine Preßform eingebracht und bei Umgebungstemperatur zur Dichtung verpreßt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß von Graphit-Expandat in Form von diskreten Teilchen (Granulat, Flocken, kurzen Abschnitten von Extrusior.ssträngen od. ahn!.) mit Abmessungen angenähert in der Größenordnung von einem Mi'ismetcr ausgegangen wird, diesem Graphit-Expandat vor seiner Einbringung in die Preßform FEP-Pulvcr (Teirafluoräthylen-Perfluorpropylen-Copolymerisat) in einem Gewichtsanteil von 5—25% trocken zugegeben wird, beide Komponenten bis zur gleichförmigen Verteilung des FEP-Pulvers unter minimaler mechanischer Einwirkung auf die Graphit-Expandat-Teiichen gemischt werden, das Gemisch durch Druckeinwirkung in der Ring-Längsachse verpreßt wird und der Ring auf eine Temperatur von 280—340^cC mindestens 3 Minuten aufgeheizt wird.

Bei einem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigten Dichtungsring werden für die ölspeicherfähigkeit maßgebliche und speziell in radialer Richtung miteinander in Verbindung stehende Hohlräume erzielt und gleichzeitig die besonders für die Verwendung bei unruhigen Wellen erwünschten elastisch-plastischen Materialeigenschaften erreicht. Die geringe spezifische Wichte des Dichtungsringes bietet darüber hinaus dann Vorteile, wenn dieser in Radialrichtung elastisch gelagert wird, da dann bei mit Radialschlag behafteten Wellen nur geringe Beschleunigungskräfte auf den Ring einwirken, der demzufolge den radialen Wellenbewegungen ohne Verschleißerscheinungen folgen kann. Die erhebliche, bis zum Eintritt eines Bruches mögliche plastische Verformbarkeit des erfiudungsgemäßen Ringes erlaubt es neben seiner Anpassung an nicht genau mit ihm fluchtenden Wellen auch, mit einfachen Mitteln, beispielsweise Pressen oder Walzen, geringfügige nachträgliche Fonnveränderungen durchzuführen, beispielsweise Rückfördernuten einzudrücken.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren wesentliche schonende Mischung der Graphitexpandat-Teilchen und des FEP-Pulvers wird vorzugsweise durch Verwendung eines Taumelmischers erreicht. Vorteilhaft wird ferner die Aufheizung des Ringes nicht in der Preßform selbst, sondern erst nach dessen Entnahme daraus vorgenommen, Hierdurch wird einerseits ein Ankleben des Ringes in der Preßform vermieden, während andererseits die relativ teuere Preßform schneller für das Pressen eines weiteren Ringes freigemacht wird.

In weiterer Ausbildung des crfindungsgcmiißen Verfahrens wird der bei eil:, gepreßte Ring auf eine Temperatur von 300—310⁰C ui^ftjehci/.l. Vorteilhaft wird das FEP-Pulver mit einer Teilchengröße von 300— 700 μιπ und mit einem Gewichisanteil von 8—15% zugegeben.

Es wurde ferner festgestellt, daß es zweckmäßig ist, das FEP-Pulver, bevor es dem Graphitexpandat zugegeben und mit diesem vermischt wird, mit einem um ca.

zwei Größenordnungen geringeren Gewichtsanteil an Aluminium-Pulver (AI^Oj) trocken zu vermischen, wobei das Aluminiumoxyd-Pulver zweckmäßig einen Gewichtsanteil von 0.2—1% des FEP-Pulvers ausmachen soll.

ίο Das Aluminiumoxyd-Pulver soll eine Teilchengröße von ca. 20 μπι, aufweisen.

Durch die Zugabe des Aluminiumoxyd-Pulvers kann eine bessere Verteilung und Einmischung des FEP-Pulvers in das Graphitexpandat erreicht werden. Dies ist auch insofern zweckmäßig, als die Mischzeit von'FEP-Pulver und Graphitexpandat vermindert werden kann und dadurch eine Reduzierung der mechanischen Einwirkung auf letzteres eintritt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Dichtungsring:

¹B-

F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung des Gefüges des erfindungsgemäßen Dichtungsringes in einer zu seiner Längsachse parallelen Schnittansicht.

Der in rfen Fig.! und 2 veranschaulichte, für eine umlaufende Welle bestimmte Dichtungsring 1 hat die Gestalt eines kurzen Rohrabschnittes. In der zylindrischen Innenwand 2 sind Rückfördernuten 3 in Form eines mehrgängigen Gewindes ausgespart.

Die Steigerungsrichtung der Rückfördernuten 3 ist so gewählt, daß bei einer vorgegebenen Drehrichtung der koaxial zur Längsachse 4 des Dichtungsringes 1 angeordneten und von dessen Innenwand 2 anliegend oder

J5 mit minimalem radialen Abstand umschlossenen Welle (nicht dargestellt) das flüssige Medium wieder in den abzudichtenden Raum zurückgefördert wird.

Der Dichtungsring I besteht aus einem Gefüge (Fig.3), dessen volumen- und gewichtsmäßig größter Anteil von Körpern 6 gebildet wird. Diese Körper weisen die Gestalt unregelmäßig geformter Kissen oder Scheiben auf, deren größte seitliche Ausdehnung ein mehrfaches ihrer Dicke beträgt. Sie sind dergestalt über- und nebeneinander angeordnet, daß sK; jeweils mit ihrer größten seitlichen Ausdehnung im wesentlichen in zur Ring-Längsachse 4 senkrechten Ebenen liegen, wobei Hohlräume 7 verbleiben.

Die Körper 6 bestehen aus Graphit in Form von Graphiiexpandat, das eine Pressung in Richtung der Längs-

■30 achse 4 erfahren hat. Die Körper sind durch Brücken 8 aus FEP-Material (Tetrafluoräthylen-Perfluorpropylen-Copo'lymerisat) verbunden, die auch an den Stellen praktisch unmittelbarer Berührung der unregelmäßigen Oberflächen der Körper als flache Klebestellen ausgebildet sind. Die Brücken 8. d. h. das FEP-Material, füllen die Hohlräume 7 nicht völlig aus.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Dichtungsringes wird von Graphitexpandat in Form von diskreten Teilchen, vorzugsweise Granulat,

W) Flocken oder kurzen Abschnitten von Extrusionssträngen, ausgegangen, Die Teilchengröße soll in der Größenordnung von einem Millimeter liegen.

Die Graphitexpandat-Teilchen werden mit einem Gewichtsanteil von 8—15% FEP-Pulver, das vorher sei-

b^r) nerseits mit pulverförnigem Aluminiumoxyd innig gemischt worden war, bis zur gleichmäßigen Verteilung gemischt. Hierbei ist dafür Sorge zu tragen, daß die auf die Graphitexpandat-Teilchen einwirkenden mechani-

sehen Kräfte gering bleiben, damit diese nicht zerbrechen und damit die Bildung feiner Partikel aus Graphitexpandat möglichst unterbleibt. Zur Herstellung der Mischung hat sich die Verwendung eines Taumelmischers bewährt. ι

Das FEP-Pulver soll eine Teilchengröße von 300—700 μρη aufweisen. Der Anteil an Alutniniumoxyd im FEP-Pulver beträgt 0,2— 1%, wobei das Aluminiumoxydpulver eine Teilchengröße von ca. 20 μιη aufweisen soll. to

Die Mischung aus Graphitexpandat-Teilchen, FEP-Pulver und Aluminiumoxyd-Pulver wird in eine an einer Stirnseite offene Preßform eingefüllt und durch einen in der Längsachse 4 (vergl. F i g. 2) des zu formenden Dichtungsringes bewegten Preßstempel bei Umgebungs- r> temperatur komprimiert. Der gepreßte Ring zeigt bereits eine für die weitere Handhabung ausreichende Festigkeit und läßt sich leicht aus der Preßform entnehmen.

Der gepreßte Ring wird anschließend mit seiner ebenen Stirnseite auf einen Träger mit ebener Oberfläche gelegt (bzw. auf eine einer nicht ebenen Stirnseitenausbildung des Ringes angepaßte Oberfläche), mit diesem Träger in einen Ofen eingebracht und auf eine Temperatur von 300—310⁰C aufgeheizt. Diese Temperatur wird mindestens 3 Minuten aufrecht erhalten. Der nach Abkühlung fertige Dichtungsring erfordert in der Regel keine weitere Nachbehandlung. Es ist aber möglich, nachträglich und im kalten Zustand eine weitere plastische Verformung vorzunehmen, insbesondere Rückfördernuten 3 (vergl. F i g. 1 und 2) durch Pressen oder Walzen einzudrücken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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W)

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Graphit enthaltender Dichtungsring, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (1) aus einem Gefüge von aus komprimiertem Graphitexpandat gebildeten flachen Körpern (6) aufgebaut ist, welche die Form von Kissen oder Scheiben aufweisen, deren größte seitliche Ausdehnung ein Mehrfaches ihrer Dicke beträgt und die unter Belassung von Hohlräumen (7) über- und nebeneinander mit ihren größten seitlichen Ausdehnungen im wesentlichen in zur Längsachse (4) des Dichtungsringes senkrechten Ebenen liegend angeordnet sind und daß nur Teile der Oberfläche der Körper durch Brücken (8) aus FEP-Matcrial (Tetrafluoräthylen-Perfluorpropylen-Copolymcrisat) miteinander verbunden sind.

2. Dichtungsring nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das FEP-Matcrial einen Gewichtsante«*von5—25% bildet.

3. Dichtungsring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das FEP-Matcrial einen um ca. zwei Größenordnungen geringeren Anteil am Aluminiumoxyd (Al)Oi) in einer Teilchengröße von ca. 20 μπι enthält.

4. Verfahren zur Herstellung eines Graphit enthaltenden Dichtungsringes, bei dem Graphit-Expandat in eine Preßform eingebracht und bei Umgebungstemperatur zur Dichtung verpreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von Graphit-Expandat in Form von diskreten Teilchen (Granulat. Flocken, kurzen Abschnitten von Ex;rusion<-irängen od.ähnl.) mit Abmessungen angenähert in der Größenordnung von einem Millimeter ausge, angcn wird, diesem Graphit-Expandat vor seiner Einbringung in die Preßform FEP-Pulver (Tetrafluoräthylcn-Pcrfluorpropylen-Copolymerisat) in einem Gewichtsanteil von 5—25% trocken zugegeben wird, beide Komponenten bis zur gleichförmigen Verteilung des FEP-Pulver unter minimaler mechanischer Hinwirkung auf die Graphiiexpandat-Teilchen gemischt werden, das Gemisch zu einem Ring durch Druckeinwirkmng in der Ring-Längsachse verpreßt wird und der Ring auf eine Temperatur von 280—340" Celsius mindestens 3 Minuten aufgeheizt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Graphitexpandat-Teüchen und des FKP-Pulvers in einem Taumclmischer vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des Ringes nach Entnahme aus der Preßform vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring auf eine Temperatur von 300-310" Celsius aufgeheizt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das FEP-Pulver mit einer Teilchengröße von 300—700 um zugegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4 oder 8. dadurch gekennzeichnet, daß das FEP-Pulver mit einem Gewichtsanteil von 8— 15% zugegeben wird.

10. Verfahren mich Anspruch 4. 8 oder 9. dadurch gekennzeichnet, daß vor seiner Zugabe /um Graphit-Expandat das FEP-Pulver mit einem um ca. /wei Größenordnungen geringeren Gewichtsantsil an Aluminiumoxyd-Pulvcr (ΛΙ.-Oi) trocken vermischt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxyd-Pulver mit einem Gewichtsanteil von 0,2—1% dem FEP-Pulver zügegeben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxyd-Pulver in einer Teilchengröße um 20 μίτι zugegeben wird.