DE3014866A1

DE3014866A1 - Dichtring und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3014866A1
Application number: DE19803014866
Authority: DE
Inventors: Nobuyoshi Masumoto; Akira Hirakata Osaka Sui; Naohiko Yokoshima
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1980-04-17
Filing date: 1980-04-17
Publication date: 1981-10-22
Also published as: DE3014866C2; FR2480893A1; FR2480893B1

Description

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER KoitiatSU

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Dichtring gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Der erfindungsgemäße Dichtring ist insbesondere für Antrie-. be, Lager etc. von Baufahrzeugen vorgesehen.

Bei einer schwimmenden oder gleitenden Dichtanordnung der hier in Betracht kommenden Art liegen zwei Dichtringe gegeneinander an, und zwei O-Ringe befinden sich auf den Dichtringen. Die äußeren Seiten der Dichtringe auf gegenüberliegenden inneren seitlichen Flächen bilden glatte Oberflächen mit einer Aussparung in ihrem Mittelbereich, und die inneren Bereiche der Seitenflächen sind abgeschrägt. Wenn Teile der glatten Oberflächen gegeneinander anliegen, bilden sie einen Dichtbereich, der das Eintreten von Sand und Schlamm von außen ebenso wie das Austreten von Schmiermitteln verhindert.

Wenn eine derartige schwimmende oder gleitende Dichtung über einen längeren Zeitraum in Gebrauch ist, verschleissen die in Berührung stehenden Dichtflächen durch das Eindringen feiner Teilchen von Erde und Sand, so daß die Breite des Dichtkontaktes verringert wird. Dadurch erhöht sich der Flächendruck, und der weitere Verschleiß wird beschleunigt, so daß die in Berührung stehenden Dichtflächen nach und nach keilförmig von innen her auseinander laufen.

Die verbleibende wirksame Dichtflächenbreite ist dabei ein Maßstab für die verbleibende Lebensdauer der Dichtungsanordnung.

Aus diesem Grunde ist es notwendig, daß die Dichtringe aus sehr hartem Material bestehen. Sie sind daher aus Rohlingen aus abriebfestem Spezialgußeisen mit einer Härte II 65 - 70 hergestellt worden. Dieses Material enthält die

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Bestandteile Fe, Cr, W, Mo, Ni, V und Mn etc. .

Somit wird ein Dichtringkörper aus einem abriebfesten Eisen durch Guß hergestellt, und nach Bearbeitung der Seiten des Dichtringkörpers, die dessen Dichtfläche gegenüberliegt, wird die Dichtfläche zur Bildung einer glatten Oberfläche bearbeitet. Weiterhin werden ringförmige Nuten in den Dichtringkörper eingearbeitet, und sodann wird die abgeschrägte innere Oberfläche poliert und anschließend die Dichtfläche, bis ein Dichtring mit vorgegebener Form entsteht.

Es sind daher zahlreiche Arbeitsvorgänge erforderlich, und sogar die Herstellung des Rohlings ist kompliziert und aufwendig, so daß die Herstellungskosten dieser Dichtringe insgesamt hoch liegen.

Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, einen Dichtring für gleitende oder schwimmende Dichtungen herzustellen, dessen Herstellung wesentlich einfacher und kostengünstiger erfolgen kann. Daneben soll der Dichtring eine ausgezeichnete Haltbarkeit und gute Dichtwirkung aufweisen»

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs,

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Dichtring wie folgt hergestellt.

Zunächst wird ein Dichtring-Grundkörper aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hergestellt, und zwar durch Kaltverformung bzw. Kaltschmieden und anschließende Bearbeitung. An diesem Dichtringkörper wird eine Dichtfläche vorgesehen, die durch Plasmastrahlbehandlung mit einem metallkeramischen Material, das Wolframkarbid (WC) und Nickel (Ni) enthält, mit einem Überzug dieses Materials versehen wird. Der überzug wird poliert bzw. geläppt, bis

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ein fertig bearbeiteter Dichtring entsteht, der einen Überzug aus einem metallkeramischen Material im Dichtbereich aufweist.

Vorzugsweise wird der Dichtbereich vor der Plasmastrahlbehandlung einer Kugel- oder Sandstrahlbehandlung ausgesetzt. Die Dicke des metallkeramischen Überzuges sollte vorzugsweise im Bereich von 0,07 bis 0,15 mm, insbesondere im Bereich von 0,0 9 bis 0,12 mm liegen.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Dichtungsanordnung für das Antriebssystem für Baumaschinen und dergleichen;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Dichtringe, bei denen der äußere

Dichtbereich verschlissen und ein etwas übertrieben dargestellter Keilwinkel entstanden ist;

Fig. 3 zeigt in einem schsmatischen Querschnitt

eine für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Plasmastrahlvorrichtung;

Fig. 4 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Vergleichs der Haltbarkeit zwischen dem erfindungsgemäß hergestellten Dichtring und einem herkömmlichen Dichtring. 35

Anschließend soll die Erfindung im einzelnen anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte

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Zeichnung erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine bekannte schwimmende oder gleitende Dichtung 10, die zwei Dichtringe 12 aus abriebfestem Gußeisen und zwei elastomere Halteglieder, wie etwa O-Ringe umfaßt, die es gestatten, daß einer der Dichtringe in bezug auf den anderen in dichtender Berührung gleitet. Derartige Dichtungen dienen beispielsweise zur Montage des Achsensystems eines Reduktionsgetriebes etc. von Baumaschinen, wie etwa Raupen oder Baggern und dergleichen. Sie sind dazu vorgesehen, ein Austreten von Schmieröl zwischen den Dichtringen zu verhindern und zugleich das Eintreten von Boden, Sand oder anderen Arten von abrasiven Stoffen auszuschließen. Da die schwimmende Dichtung 10 üblicherweise unter sehr rauhen Bedingungen eingesetzt wird, bestehen die Dichtringe 12 aus sehr hartem, abriebfestem Gußeisen, das zusammengesetzt ist aus Fe, Cr, W, Mo, Ni, V and Mn und dergleichen, wie es oben erwähnt wurde. Die Erfindung beruht darauf, daß abriebfeste Eigenschaften nur in einer sehr dünnen Schicht der Dichtringe erforderlich sind, die von der Oberfläche des Dichtbereichs ausgeht. Die etwa erforderliche Tiefe dieser Schicht kann berechnet werden. Fig. 2 zeigt in übertriebener Darstellung erste Dichtbereiche 16 der Dichtringe 12, die durch eingedrungene Stoffe wie Erde und Sand verschlissen sind, und zweite Dichtbereiche 18, die sich nach wie vor in Dichtungsberührung befinden. In Fig. 2 ist die Tiefe D der Schicht, die eine hohe Härte benötigt, aus folgender Gleichung, zu ermitteln,

D = t χ sin c<-

In dieser Gleichung ist t die Breite der in Dichtberührung befindlichen Dichtbereiche der Dichtringe, und oo ist ein Keilwinkel, der sich aus den abgeschrägten Abschnitten 20,20 ergibt.

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Beispielsweise beträgt die Breite der Dichtbereiche herkömmlicher Dichtringe mit einem Durchmesser von 100 mm etwa 1,0 bis 2,0 mm, und der Winkel cL liegt im Bereich von einem bis zwei Grad. Wenn daher t mit 2 mm und cc mit 2° angesetzt werden, kann D aus der zuvor genannten Gleichung errechnet werden als D = 0,07 mm.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtringes für eine schwimmende oder gleiten- de Dichtung, bei dem ein Dichtringkörper aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt durch Kaltverformung bzw. Kaltschmieden und Bearbeitung hergestellt wird und bei dem der Dichtbereich des Dichtringkörpers einer Plasmastrahlbehandlung mit einem Material hoher Härte (H_RC über 65) ausgesetzt wird. Anschließend wird die durch Plasmastrahlbehandlung aufgebrachte Schicht poliert bzw. geläppt, so daß ein fertig bearbeiteter überzug hoher Härte mit einer Stärke von etwa 0,07 bis 0,15 mm entsteht. Die Stärke des entstehenden Überzuges sollte vorzugsweise über 0,09 bis 0,12 mm liegen. Im übrigen ist es vorteilhaft, vor der Plasmastrahlbehandlung eine Sandstrahl- oder Kugelstrahlbehandlung vorzusehen» Wesentliches Merkmal ist es jedoch, einen überzug mit hoher Härte und hoher Abriebfestigkeit im Dichtbereich der Dichtringe durch Plasma-Strahlbehandlung herzustellen. Daher soll anschließend eine geeignete Plasmastrahlvorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben werden.

Die Plasmastrahlvorrichtung umfaßt ein geräuschgedämpftes, Staub auffangendes Gehäuse 22 aus Stahlplatten und Glaswolle mit einem Boden 24, auf dem eine drehbare Platte 2 8 montiert ist, die in einer waagerechten Ebene mit Hilfe eines Motors 26 gedreht werden kann. Auf der Platte 2 8 ist ein ringförmiger Magnet 30 befestigt, der einen Dichtring 12 anzieht und festhält. Ein Plasmastrahlrohr 32 ist frei schwenkbar gegenüber der Dichtfläche des Dichtringes angeordnet. Das Plasmastrahlrohr 32 ist über

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ein Gestänge 34 mit einem Motor 36 verbunden. Dadurch wird das Plasmastrahlrohr während der Plasmastrahlbehandlung der Dichtfläche des Dichtringes 12 hin- und hergeschwenkt, während der Dichtring 12 gedreht wird. 5

Mit 38 ist ein Zufuhrschlauch für Gase, mit 40 eine Zufuhrleitung für Kühlwasser, die zugleich als eine Elektrode dient, mit 42 eine Rücklaufleitung für Kühlwasser, mit 44 ein Verbindungsstutzen zur Verbindung mit einem Staubbehälter und mit 46 eine Sprüdüse für einzuführendes Material bezeichnet.

Das durch den Zufuhrschlauch 38 zugeführte Gas enthält N2 und H~. Diese Gase werden durch das Plasmastrahlrohr 32 auf hohe Temperatur erhitzt und in der Plasmaform ionisiert, so daß die Sprühdüse am vorderen Ende des Plasmastrahlrohres 32 Plasma mit einer Temperatur von mehreren tausend Grad abgeben kann. Folglich wird das Sprühpulver, das durch die Sprühdüse 46 zugeführt wird, mit Hilfe des Plasmas geschmolzen und mit einem Strahl auf die Dichtfläche des Dichtringes 12 aufgebracht. Das Sprühpulver sollte vorzugsweise ein metallkeramisches Material auf der Basis von Wolframkarbid (WC) und Nickel (Ni) sein.

Anschließend soll ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden.

Beispiel 1

Ein Rohr oder ein flacher, plattenförmiger Rohling aus Stahl mit der Bezeichnung SS 41 gemäß japanischem Industriestandard, also einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, wurde durch Kaltverformung und Bearbeitung zu einem Dichtringkörper vorgegebener Form mit einem Außendurchmesser von 100 mm verarbeitet» Anschließend wurde der Dichtringbereich des Dichtringkörpers einer Kugeloder Sandstrahlbehandlung ausgesetzt, bei der Strahlma-

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terialien WA No. 20 bis 24 verwendet wurden, so daß die Oberfläche des Dichtbereiches einen Rauhheitsgrad von etwa 30μ aufwies. Nachdem sichergestellt worden war, daß der Dichtbereich frei von öl, Rost und dgl. war, wurde der Dichtringkörper auf die Platte 28 (Fig. 3) gelegt und dort durch den Magneten 30 angezogen. Die Plasmastrahlvorrichtung, die in diesem Falle verwendet wurde, entsprach dem System 7 M der Firma METCO Inc., und als Sprühpulver wurde das Pulver 4 39 NS-2 der Firma METCO Inc. verwendet. Das Pulver 439 NS-2 ist ein metallkeramisches Material mit WC und Ni als wesentlichen Bestandteilen. Der Durchsatz des Sprühpulvers betrug 0,95 bis 1,0 g/sec, und die Plasmastrahlbehandlung erfolgte über 10 Sekunden bei einem Abstand des vorderen Endes des Plasmastrahlrohres 32 von dem Dichtring 12 von etwa 75 mm und einer Drehung des Dichtringes 12 mit 930 1/min. Während der Plasmastrahlbehandlung führte das Plasmastrahlrohr 32 Schwenkbewegungen aus, und zwar mit einer Amplitude von 4 mm und einer Frequenz von 5 Hz. Die Dicke des Plasmastrahl-Überzuges.

wurde mit etwa 1,5 mm gemessen. Anschließend wurde der einer Plasmastrahlbehandlung unterworfene überzug des Dichtbereiches geläppt, so daß ein fertiggestellter überzug mit hoher Härte bei einer Dicke von etwa 0,09 mm entstand.

Fig. 4 veranschaulicht die Ergebnisse einer Haltbarkeitsuntersuchung für einen erfindungsgemäß hergestellten Dichtring und einen herkömmlichen, gegossenen Dichtring bei gleichen Bedingungen. Der Außendurchmesser der Dichtringe betrug 100 mm und der Innendurchmesser 80 mm. In dem Diagramm beziehen sich durchgezogene Linien auf erfindungsgemäß hergestellte Dichtringe und gestrichelte Linien auf herkömmliche Dichtringe.

Es ist erkennbar, daß die Haltbarkeit der erfindungsgemäß hergestellten Dichtringe größer ist als diejenige der herkömmlich hergestellten Dichtringe,

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Da erfindungsgemäß der Dichtringkörper hergestellt werden kann, indem ein verhältnismäßig weicher Stahl einer Kaltverformung und Bearbeitung unterworfen wird, können diese Bearbeltungsvorgänge vereinfacht und mit wesentlich geringeren Kosten durchgeführt werden, als es bei den herkömmlichen Gußverfahren der Fall ist. Da im übrigen der Dichtbereich des Dichtringkörpers mit einem Material hoher Härte durch Plasmastrahlbehandlung überzogen werden kann, ist die Herstellung insgesamt in kurzer Zeit und wirksam möglich.

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Claims

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PAT E N TA N WA LTE

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

Beim Europaischen Patentamt zugelassene Vertreter Prof. Representatives before the European Patent Office - Mandatalres agrees pres !'Office european des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister

Dipl.-lng. F. E. Müller Siekarwal! 7

Triftstrasse 4, biekerwall 7,

D-8000 MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD 1

FP 80-16-Ger.

st/n 1 7. April 1980

KABUSHIKI KAISHA KOMATSU SEISAKUSHO 3-6, 2-chome Akasaka, Minato-ku, TOKYO, Japan

DICHTRING UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG

PATENTANSP RÜCHE

1 .J Dichtring, insbesondere für schwimmende oder gleitende Dichtungen, in denen zwei Dichtungen durch zwei elastomere Haltekörper paarweise in gleitende Dichtberührung gedrückt werden, gekennzeichnet durch einen Dichtringkörper mit einem auf diesem vorgesehenen Dichtbereich (18), auf dem ein durch Plasmastrahlbehandlung hergestellter überzug aus einem metallkeramischen, Wolframkarbid und Nickel enthaltenden Material mit einer Dicke von etwa 0,07 bis 0,15 mm hergestellt ist.
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2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des metallkeramischen Überzuges im Bereich von etwa 0,09 bis 0,12 mm liegt.

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3. Verfahren zur Herstellung eines Dichtringes gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e k e η η -' zeichnet, daß auf einem Dichtringkörper mit niedri*· gem Kohlenstoffgehalt durch Plasmastrahlbehandlung ein Überzug aus metallkeramischem, Wolframkarbid und Nickel enthaltenden Material als Dichtbereich hergestellt wird, und daß der überzug anschließend geläppt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß der Dichtbereich vor der Plasmastrahlbehandlung einer Kugel- oder Sandstrahlbehandlung zur Reinigung ausgesetzt wird,
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Stärke des Überzugs nach dem Läppen auf 0,07 bis 0,15 mm gebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Überzugs 0,09 bis 0,12 mm beträgt.
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