DE3014866C2 - Dichtring für schwimmende oder gleitende Dichtungen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Dichtring für schwimmende ode- gleitende Dichtungen mit zwei durch zwei elastomere Haltekörper paarweise in gleitende Dichtberührang gedrückten Dichtringkörpern, die auf den in gleitender Berührung stehenden Dichtbereichen mit einem nach dem Aufbringen geläppten Überzug aus nietaHkeramischem Material versehen sind, der insbesondere für Antriebe, Lager etc. von Baufahrzeugen geeignet ist.

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 Bereiehe 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 Hrc 65—79 hergestellt worden. Dieses Material enthält die 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 Dichtringköper eingearbeitet, und sodann wird die abgeschrägte innere Oberfläche poliert und anschließend die Dichtfläche, bis ein Dicbtring 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 DE-OS 20 30 556 beschreibt Kolbenringe mit einer Gleit- oder Lauffläche, die mit einem harten porösen Metall oder mit einer harten porösen Metallegierung, beispielsweise einer Wolframcarbidlegierung beschichtet ist, wobei die Poren der Beschichtung jnit einem festen Antifriktionsmittel imprägniert sind. Es ist angegeben, daß die Beschichtung mit dem harten porösen Metal! oder der harten porösen Metallegierung auch mittels eines Plasmastrahles bewirkt werden kann.

Gegenstand der US-PS 35 60 006 sind Kolbenringe, die durch Flammspritzen mit einer Molybdänkeramik in einer Schichtdicke von 0,1 bis 0,2 mm versehen sind.

Die GB-PS 9 70 198 beschreibt die schwimmende Dichtringkörper, die auf den Gleitoberflächen mit einem Keramiküberzug auf der Grundlage von Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid oder Zirkoniumsilicat versehen sind, der durch Läppen auf die gewünschte Dicke und Oberflächenqualität gebracht worden ist.

Aus der DE-OS 20 24 319 ist ein Verfahren zur Herstellung von Zahn- oder Schneckenrädern bekannt, deren Zahnflanken durch thermisches Aufspritzen einer Pseudolegierung mit einer Verschleißschicht versehen sind, die gesintert und anschließend auf die richtigen Maße abgearbeitet wird.

Schließlich beschreibt die GB-PS 13 03 798 Kolbenringe mit einer harten Oberflächenschicht aus einer Wolframlegierung, die beispielsweise mit Hilfe einer Plasmastrahlbehandlung aufgebracht werden kann und zwar unter anderem unter Verwendung von Wolframcarbid und Nickel enthaltenden Pulvermischungen. Dabei erfolgt die Plasmastrahlbehandlung unter oxidierenden Bedingungen, um die in dem Sprühpulver enthaltenen Wolframcarbidteilchen zu Wolfram zu oxidieren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Dichtring für gleitende oder schwimmende Dichtungen der eingangs angegebenen Gattung derart zu verbessern, daß der durch das Eindringen von Fremdmaterialien verursachte Verschleiß verringert und gleichzeitig der gewünschte dichtende Kontakt mit dem zweiten Dichtring durch eine Steigerung der Zähigkeit des Materials verbessert wird.

Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Dichtrings gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstandes.

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 Oberzug dieses Materials versehen wird. Der Oberzug wird poliert bzw. geläppt, bis 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 Oberzuges sollte vorzugsweise im Bereich von 0.07 bis 0,15 mm, insbesondere im Bereich von 0,09 bis 0,12 mm liegen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 ist ein Querschnitt durch eine Dichtungsanördnung für das Antriebssystem für Baumaschinen und dergleichen;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Dichtringe, bei denen der äußere Dichtbereich verschlissen und ein etwas übertrieben dargestellter Keilwinkel entstanden ist;

F i g. 3 zeigt in einem schematischen Querschnitt eine für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Plasmastrahlvorrichtung;

F i g. 4 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Vergleichs der Haltbarkeit zwischen dem erfindungsgemäß hergestellten Dichtring und einem herkömmlichen Dichtring.

Anschließend soll die Erfindung im einzelnen anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert werden.

F i g. 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 Reduktionsbetriebes 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 und 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 Dichtberdches ausgeht Die etwa erforderliche Tiefe dieser Schicht kann berechnet werden. F i g. 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 F i g. 2 ist die Tiefe D der Schicht, die eine hohe Härte benötigt, aus folgender Gleichung zu ermitteln.

60

D = / χ sin«

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

Beispielsweise beträgt &e Breite der Dichtbereiche herkömmlicher Dichtringe mit einem Durchmesser von 100 mm etwa 1,0 bis 2,0 mm, und der Winkel α liegt im Bereich von einem bis zwei Grad. Wenn daher t mit 2 mm und ä 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 gleitende 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 (Hrc 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 Sandnrahl- oder Kugelstrahlbehandlung vorzusehen. Wesentliches Merkmal ist es jedoch, einen Überzug mit hoher Härte und hoher Abriebfestigkeit im Dichtbereich der Dichtringe durch Plasmastrahlbehandlung herzustellen. Daher soll anschließend eine geeignete Plasmastrahlvorrichtung unter Bezugnahme auf F i g. 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 28 montiert ist, die in einer waagerechten Ebene mit Hilfe eines Motors 26 gedreht werden kann. Auf der Platte 28 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 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.

Mi" 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 Sprühdüse für einzuführendes Material bezeichnet

Das durch den Zufuhrschlauch 38 zugeführte Gas enthält N2 und H2. Diese Gase werden durch das Plasmastrahlrohr 32 auf hohe Temperatur erhitzt und in der Plasmaform ionisiert, so daß die Sprühdose 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.

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 japanischen 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 Dicht-

ringkörpers einer Kugel- oder Sandstrahlbehandlung ausgesetzt, bei der Strahlmaterialien WA No. 20 bis 24 verwendet wurden, so daß die Oberfläche des Dichtbereiches einsn Rauhheitsgrad von etwa 30 μ 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 Ine, und als SprOhpulver wurde das Pulver 439 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 I.Og/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 Ί2 mit 930 i/min. Während der Plasma Strahlbehandlung 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.

F i g. 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 herkömmliehe Dichtringe.

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

Da erfindungsgemäß der Dichtringkörper hergestellt werden kann, indem ein verhältnismäßig weicher Stahl einer Kaltverformung und Bearbeitung unterworfen wird, können diese Bearbeitungsvorgänge 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dichtring für schwimmende oder gleitende Dichtungen mit zwei durch zwei elastomere Haltekörper paarweise in gleitende Dichtberührung gedrückten Dichtringkörpern, die auf den in gleitender Berührung stehenden Dichtbereichen mit einem nach dem Aufbringen geläppten Oberzug aus metallkeramischem Material versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberzug Wolframkarbid und Nickel als wesentliche Bestandteile enthält und durch Plasmastrahlbehandlung unter Verwendung von N₂ und H₂ als Plasmagas und des Sprühpulvers 439 NS-2 der Firma Metco erzeugt worden ist und daß die Dicke des Oberzuges 0,07 bis 0,15 mm beträgt

2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Überzugs im Bereich von 0,09 bis 0,ii mm liegt

3. Dichtring nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtbereich vor der Plasmastrahlbehandlung einer Kugel- oder Sandstrahlbehandlung zur Reinigung ausgesetzt worden ist