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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
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von in Gleitringdichtungen verwendeten, einen keilförmig zur Achse
geöffneten Spalt als Schmiermittelzugang begrenzenden Gleitringen aus Metall gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Mit Gleitringdichtungen dieser Art lassen sich Rollen- und Achslager
nach außen zuverlässig abdichten, bei denen von außen ein starker Andrang von verschmutzenden
Partikeln besteht. Hierbei kann es sich um die Naben von Räder-Laufwerken und Achsen,
aber auch um die Lager der Lauf-lStütz- und Umlenkrollen von Gleisketten handeln.
Denn diese Maschinenteile sind nicht nur der abrasiven Wirkung von Staub, Sand,
Steinen, Erdreich u.dgl., sondern auch dem korrodierenden Angriff von außen ausgesetzt.
Gleitringdichtungen dieser Art funktionieren durch das Zusammenwirken von zwei metallischen
Gleitringen gleicher geometrischer Kontur, welche axial mit Runddichtringen elastisch
vorgespannt sind, wobei die als Feder wirkenden Runddichtringe die axiale Dichtpressung,
die statische Dichtung zwischen Gleitring und Aufnahmebohrung und die Reibmomentübertragung
übernehmen. Die Dichtung ist dabei im allgemeinen so aufgebaut, daß einer der beiden
Gleitringe rotiert, während der andere stillstehend gelagert ist.
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Solche Gleitringdichtungen müssen einlaufen. Die Anfangsberührungsflächen
der Gleitringe verlagern sich im Betrieb der Dichtung infolge des eingangs.
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erwähnten Spaltes bei eintretendem Verschleiß des Ringwerkstoffes
kontinuierlich zum Innendurchmesser
hin. Dadurch ist eine Verschleißreserve
gegeben, welche aufgebraucht ist, wenn die Gleitflächen der Gleitringe bis zum Innendurchmesser
der Gleitringe hin sich verlagert haben. Für diese Funktion der Dichtung ist die
Anwesenheit eines Schmiermittels auf den Berührungsflächen der Gleitringe erforderlich.
Ob es sich hierbei um öl oder um Fett handelt, hängt von den jeweiligen Betriebsbedingungen
der Dichtung ab. Das Schmiermittel vermindert die Reibung auf den Berührungsflächen,
kühlt den Werkstoff der Dichtringe, um ihn vor thermischen Schäden zu bewahren und
dichtet andererseits auf den Berührungsflächen ab, was durch einen am äußeren Dichtspalt
auftretenden Schmierfilm sichtbar wird.
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Voraussetzung für den Eintritt dieser Wirkungen sind allerdings ein
geeigneter Werkstoff der Gleitringe und eine Oberflächenvergütung der Berührungsflächen
der Gleitringe. Der Werkstoff muß eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen abrasive
Wirkungen und u.a. bei erhöhten Wärmebeanspruchungen aufweisen.
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Die Qualität der Oberflächenvergütung auf den Berührungsflächen der
Gleitringe ist erforderlich, um bis zum Einlaufen der Gleitringdichtung deren Zerstörung
zu verhindern.Bereits nach relativ kurzen Laufzeiten haben sich die aufeinandergleitenden
Flächen der Gleitringe eingelaufen. Dadurch entsteht eine Lauforientierung der Gleitflächen,
welche Leckagen verhindert. Die Berührungsflächen der Gleitringe sollen diese Wirkung
bis zur Beendigung des Einlaufvorganges hervorrufen.
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Die Erfindung geht von einem vorbekannten Herstellungsverfahren aus.
Hierbei trägt man den Anforderungen an den Werkstoff der Gleitringe durch einen
besonderen Hartguß Rechnung. Dieser bringt einerseits die notwendige Härte mit und
gewährleistet andererseits eine ausreichende Korrosionsfestigkeit. Die Oberflächenvergütung
der Berührungsflächen der Gleitringe erfolgt durch Läppen der Gleitringe auf einer
Breite von ca. 2,5 mm. Im allgemeinen werden nach diesem Verfahren hergestellte
Gleitringe zusammen mit Elastomerteilen verwendet, welche in Standardausführung
aus Nitril-Butadien-Kautschuk bestehen und bei-höheren thermischen Beanspruchungen
auch aus Fluorkautschuk hergestellt werden.
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Die Herstellung und Verarbeitung von Gleitringdichtungen aus dem beschriebenen
Hartguß ist an sich schon außerordentlich aufwendig. Die Oberflächenvergütung durch
Läppen ist ein Zerspanungsvorgang, welcher bei der Härte des zu bearbeitenden Materials
ebenfalls mit beträchtlichen Aufwänden verbunden ist. Besonders hinderlich wirkt
sich aber aus, daß das Herstellungsverfahren den Ringdurchmesser begrenzt, der u.a.
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noch mit den üblichen Läppmaschinen bearbeitet werden kann. Die Folge
davon sind begrenzte Anwendungsmöglichkeiten der Gleitringdichtungen, insbesondere
auf die eingangs beschriebenen Maschinenarten und die Notwendigkeit, größere Lager
auf andere und weniger zweckmäßige Weise abzudichten, obwohl diese Lager ähnlichen
Verschleißbeanspruchungen wie die beschriebenen Maschinen ausgesetzt sind.
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Mit dem vorbekannten Herstellungsverfahren hat die aufwendige Oberflächenvergütung
der Berührungsflächen der Gleitringe aber auch unerwünschte Nebenwirkungen.
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Die extrem glatten Oberflächen, welche aus Gründen der Vermeidung
übermäßiger Wärmebelastungen erforderlich sind, haben die unerwünschte Wirkung,
daß sie aufeinander abdichten und dadurch den Transport des Schmiermittels nach
außen erschweren oder gar unterbinden. Dadurch ist bis zum Einlaufen einer solchen
Gleitringdichtung die Schmier- und Kühlwirkung nicht ausreichend, was zu erhöhten
Wärmebelastungen der Gleitringe oder gar zum Kaltverschweißen der Dichtflächen führen
kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorbekannte Herstellungsverfahren
so zu führen, daß sich hiernach Gleitringe für die beschriebenen Gleitringdichtungen
mit großen und größten Durchmessern herstellen lassen, wobei die vergleichbaren
Herstellungskosten und Aufwände gesenkt werden.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches
1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Werkstoff für die Gleitringe
ein spannungsfrei geglühter Stahl verwendet. Das ist erheblich billiger als die
Herstellung aus Hartguß und ermöglicht gleichzeitig die gewünschten großen Durchmesser,
weil die Ringe beispielsweise aus einem Rohrmaterial abgetrennt werden können. Die
Hartverchromung der
serührungsflächen läßt den durch das Spannungfreiglühen
der Ringe erreichten Gefüge zustand des Ringmaterials unverändert, weil dabei keine
nennenswerten Temperaturerhöhungen auftreten. Die Hartverchromung hinterläßt aber
eine extrem glatte Oberfläche, welche die Reibung in dem gewünschten Umfang herabsetzt,
wenn die sich berührenden Flächen aufeinandergleiten.
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Andererseits ist die Hartchromschicht außerordentlich dünn. Dadurch
bleiben die durch die Oberflächenrauhigkeiten der Dichtringe bedingten Unregelmäßigkeiten
der Berührungsflächen unter der Chromschicht erhalten, d.h. sie bewirken eine Unregelmäßigkeit
der Oberfläche. Es hat sich herausgestellt, daß durch die Hartchromschicht das erforderliche
Einlaufen der Berührungsflächen erzielt werden kann, daß aber dabei die Unregelmäßigkeiten
mitwirken, indem sie mehr Schmierstoff transportieren und auf diese Weise die Schmier-
und Kühlwirkung verbessern.
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Gemäß der Erfindung wird also aus relativ einfachem und billigen Ausgangswerkstoff
mit einem von dem jeweiligen Ringdurchmesser unabhängigen Bearbeitungsverfahren
eine Gleitringherstellung ermöglicht, die mit einer Oberflächenvergütung der Berührungsflächen
abschließt, welche praktisch den Gleitringdurchmesser nicht begrenzt, weil sie lediglich
von der Größe des Chrombadbehälters abhängt. Das Einlaufen dieser Gleitringe ist
auch bei hohen Drehzahlen der abgedichteten Lager gewährleistet. Deswegen läßt sich
die Gleitringdichtung, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,
auf zahlreiche Laufwerke anwenden. Dazu gehören u.a. die Gestängeführungen für Saugbohren
und Raisebohren.
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Vorzugsweise und mit den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 gewinnt man
die Ringe auf einfache Weise aus einem den gewünschten Ringaußen- und Ringinnendurchmesser
aufweisenden Rohrmaterial, das man zuvor spannungsfrei geglüht hat; die Gleitflächen
werden feingedreht, weil mit diesem Bearbeitungsvorgang kein Verzug der Ringe verbunden
ist. Dieses Feindrehen hinterläßt andererseits eine Oberflächenrauhigkeit, welche
nach der Hartverchromung die beschriebenen Wirkungen auslöst.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert; es zeigen Fig. 1 schematisch eine Vollschnittmaschine des Berg-
und Tunnelbaus mit einem rotierenden Bohrkopf als Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße
Gleitringdichtung und Fig. 2 einen Schnitt durch die Gleitringdichtung gemäß der
mit X bezeichneten Einzelheit der Fig. 1.
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In der Fig. 1 ist lediglich das Vorderteil einer Vollschnittmaschine
dargestellt,die allgemein mit 1 bezeichnet ist. Der aktive Teil dieser Maschine
besteht aus einem um die Längsachse 2 der Strecke 3 drehenden Bohrkopf 4, welcher
seinerseits aus einem tellerförmigen Bohrwerkzeugträger 5 und einer Mehrzahl von
Rollenbohrkronen 6 besteht, welche die Ortsbrust 7 bearbeiten. Die Abstützung erfolgt
an den zylindrischen Stößen 8 der Strecke 3 mit Hilfe von feststehenden Stützen
9 bzw. 10. Jede dieser Stützen besitzt ein
vorderes und ein hinteres
Drehlager 11 bzw. 12 für eine Welle 13, 14, die zur Zuführung von Bewegungsenergie
zum Bohrkopf 4 verwendet wird. Das Lager, welches bei X in Fig. 1 angedeutet ist,
besteht im wesentlichen aus den in Fig. 2 wiedergegebenen Einzelheiten. Danach handelt
es sich um einen feststehenden Lagerring 15, welcher eine Wellenbuchse 16 umgibt,
die sich auf Kugeln 17 eines Radiallagers dreht. Die Abdichtung des Lagerspaltes
18 erfolgt durch je eine Gleitringdichtung 19 bzw. 20. Die Gleitringdichtungen 19,
20 sind spiegelsymmetrisch zur Ebene 21 des Lagers 11 angeordnet.
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Mit der Buchse 16 dreht ein Gleitring 21, der sich auf einer radial
äußeren Ringfläche 22 mit einem feststehenden Gleitring 23 berührt. Ein Runddichtring
24 wirkt aufgrund seiner Abstützung auf den Sitzflächen einer Aussparung 25 des
feststehenden Ringes 15 als Feder, welche den Gleitring 23 axial auf die Berührungsfläche
22 preßt. Außerdem wirkt der Runddichtring als Dichtung zwischen Gleitring 23 und
Aussparung 25. Schließlich überträgt der Runddichtring die durch die Reibung der
Ringe 21 und 23 auf der Fläche 22 erzeugten Momente. Wenn die Welle und damit die
Buchse 16 rotiert, rotiert der Ring 21, während der Ring 23 steht.
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Jcder der beschriebenen Ringe ist aus einem Rohrhergestellt, das den
erforderlichen Innen- und Außendurchmesser aufweist, wobei die Form der Ringe durch
Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden hergestellt worden ist. Insbesondere
betrifft das die winkelkonischen Flächen 26, 27 beider Ringe
21,
23, welche einen sich keilförmig zur Achse der Welle hin öffnenden Spalt entstehen
läßt. Hierdurch hat das Schmiermittel einen guten Zutritt zu der eigentlichen Dichtfläche
22. Außerdem bewirkt diese Formgebung, daß sich die Dichtfläche 22 nach Einlaufen
der Gleitringe bei eintretendem Verschleiß kontinuierlich zum Innendurchmesser hin
verlagern kann, wodurch eine hohe Verschleißreserve besteht.
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In der Darstellung der Fig. 1 ist angenommen, daß das Lager noch nicht
eingelaufen ist, so daß die Berührungsfläche 22 den Anfangszustand wiedergibt.
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Diese Fläche ist nach der Fertigbearbeitung der Gleitringe 21, 23
zunächst feinst abgedreht worden.
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Die sich dadurch auf der Fläche 22 jedes Ringes ergebenden Nuten sind
auch nach der anschließenden Hartverchromung noch vorhanden. Die Hartverchromung
erfolgt galvanisch, so daß keine nennenswerten Temperaturen hierbei auftreten. Infolgedessen
kann der fertige Gleitring sich nicht verziehen, was die Fertigung von Gleitringen
mit großen und größten Durchmessern erheblich begünstigt.
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Im Betrieb wird Schmiermittel aus dem Raum 28 durch die Fliehkräfte
und durch die Pumpwirkung auf der Fläche 22 nach außen getrieben. Diese Wirkung
wird durch die feinen Nuten begünstigt, welche nach dem Hartverchromen auf der Fläche
22 noch vorhanden sind. Haben sich die Flächen 22 eingelaufen, so ergibt sich eine
entsprechende Lauforientierung der aufeinandergleitenden Flächen der Ringe, welche
einen absolut dichten Spalt 28 hinterläßt.
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Es hat sich ergeben, daß nach dem beschriebenen Verfahren einwandfrei
funktionierende Gleitringdichtungen der vorstehend dargestellten und beschriebenen
Art hergestellt werden können, welche Durchmesser von 600 mm und mehr aufweisen.