DE534200C - Nach dem Verfahren gemaess Patent 519880 hergestellter Dichtungsring - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine weitere Ausbildung des durch das Patent 519 880 geschützten Dichtungsringes und des Verfahrens zu seiner Herstellung. Durch das genannte Hauptpatent werden selbstspannende Dichtungsringe unter Schutz gestellt, denen eine in der Dichtungsrichtung zur Wirkung gelangende Überspannung erteilt ist, wobei diese Überspannung durch eine auf die am Umfang des Ringes .liegenden Verschleißstellen verlegte Schichtenbehandlung desselben so weit aufgehoben ist, daß entsprechend dem fortschreitenden Verschleiß an Ringhöhe durch allmählichen Verlust der der Überspannung im Ring entgegenwirkenden Spannkraft die zurückgedämmte Überspannung wieder stärker zur Geltung kommt und so ein möglichst gleichbleibender Anpressungsdruck des Ringes auf die Dichtungsfläche (Zylinderwand, Stangen- oder Wellenoberfläche) dauernd, bestehen bleibt.

Für die Durchführung der vorerwähnten Aufgabe erscheint es besonders vorteilhaft, wenn, wie es die Erfindung vorsieht, die Stirnflächen des Ringes zu der die Ringspannungen beeinflussenden Behandlung der inneren und (oder) äußeren Ringschichten allein oder zusätzlich herangezogen werden, wobei dann diese Schichtenbehandlung der Stirnflächen durch Einkerbungen verschiedener Art und Richtung an den äußeren und (oder) inneren Stirnflächenzonen hervorgerufen und die Spannungsgröße der verschiedenen Ringschichten durch verschiedene Tiefe, Breite und Länge der Kerben und durch verschiedene Kerbwinkel geregelt ist. An sidh ist es zwar bei der Schichtenbehandlung der äußeren oder inneren Umfangsfläche von Selbstspannerdichtungsringen bekannt geworden, Länge, Abstand, Tiefe und Richtung der Kerbeindrücke den jeweiligen Bedingungen für die Erzeugung der gewünschten Ringspannung entsprechend zu wählen und auch bei ein und demselben Ring zu variieren. Ebenso ist es bekannt, in den Stirnflächen solcher Dichtungsringe umlaufende und kerbartige Nuten anzuordnen. Bei diesen bekannten Ringformen dienen diese Vertiefungen aber nicht zur Erzeugung von gegensätzlichen Ringspannungen im Sinne vorliegender Erfindung, sondern meistens zur Verbesserung der Schmierwirkung oder Herbeiführung einer größeren Elastizität in den stärker der Biegungsbeanspruchung ausgesetzten Ringteilen.

Für die Anwendung des neuen Verfahrens ist zu beachten, daß unter Umständen bei einem Wechsel des Werkstoffes dieselbe Behandlungsweise eine entgegengesetzte Wirkung hervorrufen kann. So ist es bekannt, daß Kerbschläge beispielsweise Schmiedeeisenstäbe um-. gekehrt krümmen wie unter gleichen Umständen Gußeisenstäbe. Auch läßt sich bei der An-

Wendung dieser besonderen Art der Schichtenbehandlung der Ringstirnflächen jede Kombination mit den bereits erwähnten Arten der Erzeugung von Spannungen im Ring anwenden. So kann man die in der Dichtungsrichtung wirkenden Spannkräfte und die Gegenkräfte — gegebenenfalls unter gleichzeitiger Verwendung des bekannten Ausschnittverfahrens — teils durch Ringaußen- und (oder) Ringinnenflächenbehandlung, teils durch Stirnflächenbehandlung hervorrufen. Dabei kann auch eine gleichzeitige Anwendung beider Behandlungsarten in derselben Ringschicht vorgenommen werden. Die Durchführung der Schichtenbehandlung auf den Stirnflächen der Ringe kann auch derart erfolgen, daß die Spannungskräfte an bestimmten Teilen der Ringe besonders groß oder besonders klein werden.

Der Erfindungsgegenstand zeitigt besondere Vorteile, wenn man dazu übergeht, für die Dichtungsringe günstige Querschnittsprofile zu verwenden. Nimmt man beispielsweise einen U-förmigen Querschnitt, so ist es möglich, die zur Herstellung der Schichtenspannungen erforderliche Oberflächenbehandlung auf mehr als zwei Stirnflächen des Ringes vorzunehmen. Außer der unmittelbaren Verlängerung der Lebensdauer von Ringen nach der Erfindung findet auch noch mittelbar eine solche Hinauszögerung des Unbrauchbarwerdens dadurch statt, daß man mit den Ringabmessungen nicht mehr an die bisher üblichen Maße gebunden ist, sondern unter Umständen größere Ringdicken anwenden kann. Das Überschreiten einer bestimmten Ringdicke war bisher und bei Anwendung der bekannten Herstellungsverfahren unmöglich, weil der Ring unter sonst gleichen Umständen infolge der ihm zugemuteten Biegungsbeanspruchung beim Einbau zu Bruch gehen würde.

Die Zeichnung veranschaulicht in den Abb. 1 bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele des neuen Ringes; dabei sind der Einfachheit halber an vier Umfangsteüen jedes der in den Abb. 1 und 2 dargestellten Ringe vier verschiedene Kombinationsmöglichkeiten der Spannungserzeugung in den einzelnen Ringschichten angedeutet worden.

Bei dem in Abb. 1 dargestellten Ring ist im Abschnitt I eine Ausführungsform dargestellt, bei der eine über das übliche Maß hinausgehende Anpressung nach außen in der bisher üblichen Weise mittels des bekannten Ausschnittverfahrens zustande gebracht ist. Diese als Überspannung bezeichnete Ringspannung ist jedoch durch Behandlung der Außenschicht α teilweise aufgehoben, so daß die für den Ring verlangte Gebrauchsform hergestellt wird. Durch den Ringverschleiß an der Außenfläche α verschwindet allmählich die die Überspannung aufhebende Gegenspannung, so daß trotz des Verschleißes oder vielmehr gerade durch den Verschleiß des Ringes immer ein genügender Flächendruck gegen die Dichtungsfläche vorhanden ist. In entsprechender Weise verhalten sich auch die anderen in Abb. 1 dargestellten und nachstehend kurz beschriebenen Ausführungsformen des neuen Ringes. So ist im Ringabschnitt II der Abb. 1 der Fall dargestellt, daß die in der Dichtungsrichtung wirkende Spannkraft durch Strecken der innenfläche und ihre Gegenkraft durch Strecken der Außenfläche des Ringes hervorgerufen ist, wobei dieses Strecken durch Einpressen oder Einwalzen von Kerben b erfolgen kann. Der Ringabschnitt III in Abb. 1 zeigt die Möglichkeit, wie die in der Dichtungsrichtung wirkenden Spannkräfte teils durch das übliche Ausschnittverfahren und teils durch Schichtenbehandlung der Innenfläche des Ringes, beispielsweise mittels Kerbschläge c, herzustellen sind. Die Gegenspannung ist hier lediglich durch Schichtenbehandlung der äußeren Umfangsfläche hergestellt. Im Ringabschnitt IV der Abb. 1 ist der Fall angedeutet, daß die in der Dichtungsrichtung wirkende Spannkraft nach dem Ausschnittverfahren hergestellt ist, die Gegenspannung jedoch durch Schichtenbehandlung eines ursprünglich dickeren Ringes. Dieser ist dann nachträglich durch Abdrehen oder Abschleifen der Umfangsfläche bis zum Verschwinden der Kerben d auf das erforderliche Gebrauchsmaß gebracht worden, so daß er eine gut dichtende Außenfläche besitzt. Die durch die Kerbung bis in tiefere Schichten des Ringes greifende Spannungswirkung wird durch dieses nachträgliche Abdrehen nur zum Teil wieder aufgehoben. Dieses Verfahren ist besonders dann von besonderem Wert, wenn es sich darum handelt, durch Schichtenbehandlung die erforderlichen Spannungskräfte zu erzeugen, ohne daß der fertige Ring irgendwelche sichtbaren Eindrücke der Schichtenbehandlung besitzen soll.

Abb. 2 zeigt die den Gegenstand der Erfindung bildenden verschiedenen Möglichkeiten, die Schichtenbehandlung nach Abb. 1 zwecks Erzeugung von Spannkräften im Ring ganz oder zum Teil durch eine Behandlung der Ringstirnflächen zu ersetzen. Im. Abschnitt I des Ringes nach Abb. 2 ist die in der Dichtungsrichtung wirkende Spannkraft durch Innenkerbung, ähnlich wie.im Abschnitt II der Abb. 1, hervorgerufen. Die Gegenspannung ist jedoch durch Kerbeindrücke e in den Ringstirnflächen erzeugt worden, wodurch eine mehr in die Tiefe gehende Beeinflussung der äußeren Umfangsschicht des Ringes möglich ist. Diese Stirnflächenbehandlungsart kann gleichzeitig auch in Verbindung mit einer Behandlung der äußeren Umfangsfläche des Ringes angewandt werden, indem man diese noch mit Kerben f versieht. Im Abschnitt II der Abb. 2 ist die Möglichkeit

angedeutet, die Dichtungskraft und ihre- Gegenkraft lediglich durch ausreichend wirkende Stirnflächenkerbung der äußeren und inneren Stirnflächenpartien herzustellen. Abschnitt III zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei der die in der Dichtungsrichtung wirkende Spannkraft nur nach dem Ausschnittverfahren, ihre Gegenkraft jedoch nur durch Stirnflächenbehandlung der am äußeren Umfang liegenden

ίο Ringschicht zustande gebracht ist. Endlich ist im Abschnitt IV der Abb. 2 angedeutet, wie man durch verschiedene Länge und Tiefe der Stirnflächenkerben die Tiefe der Schichten bestimmen kann, in denen die Ringspannungen erzeugt werden und zur Wirkung gelangen sollen.

Bemerkt sei, daß in den obigen Angaben lediglich einzelne Kombinationsmöglichkeiten der verschiedenen Arten der Erzeugung von Spannkräften und ihren Gegenkräften im Ring angegeben sind, und daß zur Erzeugung der letzteren auch noch sonstige Kombinationen möglich sind.

Abb. 3 zeigt die Querschnittsform einer Ausführungsform des Ringes. Hier erstrecken sich die Kerben g auf der Dichtungsfläche h nur über einen Teil der letzteren, so daß an beiden Ringkanten noch ungekerbte Ringflächen bestehen bleiben. Im Gegensatz dazu ist die Schichtenbehandlung der inneren Ringzonen durch Kerben i vorgenommen, die sich über die ganze Ringbreite hinziehen.

Abb. 4 zeigt die Querschnittsform eines Ringes, bei der die eine Ringseite einen kammförmigen Querschnitt hat, die andere dagegen einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt. Die Schichtenbehandlung zwecks Erzielung der Spannungskräfte im Ring kann teils von der Innenfläche, teils von der Außenfläche des Ringes aus erfolgen, wie beispielsweise bei der Stelle k angedeutet ist, und außerdem auch noch durch Bearbeitung der Stirnflächen an den Stellen I und m. Ferner können auch die inneren Stirnflächen der einzelnen Ringrippen bearbeitet werden, wie es z. B. an der Stelle η angedeutet ist.

Abb. 5 zeigt einen Ring mit im wesentlichen H-förmiger Querschnittsform und ausgerundeten Einschnitten, deren Innenflächen an den Stellen 0 und p in einer der oben beschriebenen Weisen zur Erzeugung der Spannkräfte und Gegenkräfte bearbeitet sind.

Querschnittsformen der Ringe etwa nach den Abb. 4 und 5 haben noch den besonderen Vorteil, daß sie labyrmthähnlich wirkende Dichtungen bilden. Zweckmäßig wird bei ihnen die Rippenhöhe oder die Einschnittiefe etwa gleich der zulässigen Verschleißhöhe des Ringes gemacht. Bei solchen Ringen, die gleichzeitig oder hauptsächlich als Schaberinge wirken sollen, können die Schichtenbehandlungen auch auf den ringförmigen eigentlichen Schabevorrichtungen der Ringe vorgenommen werden.

Abb. 6 zeigt Schaulinien von Kolbenringen der bekannten Selbstspannerarten einerseits und Kolbenringen gemäß der Erfindung anderseits. In dem Koordinatensystem des Schaubildes sind die radialen Ringstärken, wie sie sich beim Verschleiß ergeben, nach Millimetern in der Waagerechten eingetragen, die spezifischen Flächenpressungen in der Senkrechten in kg/cm². Man sieht deutlich, daß bei dem nur nach dem bekannten Ausschnittverfahren hergestellten Ring die zulässige Verschleißstärke am geringsten ist (vgl. Schaulinie 9) und daß der normale Ring mit der bekannten Innenhämmerung die doppelte Verschleißstärke zuläßt (vgl. Schaulinie 8). Die Schaulinien 5, 6 und T geben den Verlauf und die Größe der Flächenpressung für Kolbenringe an, die nach verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der¹ Erfindung hergestellt sind. Man kann aus dem Verlauf der Schaulinien sogar ersehen, wie durch das Aufheben der Gegenspannung im Ring durch den Verschleiß des letzteren nicht nur ein flacherer Verlauf der Flächenpressungslinie ermöglicht wird, sondern daß sogar noch eine gewisse Steigerung der Flächenpressung zustande gebracht werden kann.

Diese letztere Möglichkeit bietet noch besondere Vorteile praktischer Art., Es gelingt nämlich auf diese Weise, Kolbenringe herzustellen, die im Augenblick ihres Einbaues eine verhältnismäßig geringe Flächenpressung besitzen und daher leichter montierbar sind, als wenn die Ringe von vornherein das von ihnen aus irgendwelchen Gründen verlangte Höchstmaß an Flächenpressung hergeben. Weiterhin ist gerade bei solchen Ringen die Lebensdauer besonders groß, weil bei ihnen der Zeitpunkt, von dem an eine allmähliche, aber 'immer noch innerhalb der zulässigen Grenzen liegende Abnahme der spezifischen Flächenpressung stattfindet, außergewöhnlich weit hinausgeschoben wird. Dabei läßt sich bei richtiger Wahl der Spannungskräfte bzw. der resultierenden Spannungskraft des Ringes erreichen, daß der völlige Bereich der zulässigen spezifischen Flächenpressung ganz ausgenutzt wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Nach dem Verfahren gemäß Patent 519880 hergestellter Dichtungsring, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des Ringes zu der die Ringspannungen beeinflussenden Behandlung der inneren und (oder) äußeren Ringschichten allein oder zusätzlich herangezogen sind.

2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenbehandlung durch schräg oder radial gerichtete Einkerbungen verschiedener Art

der äußeren und (oder) inneren Stirnflächenzone hervorgerufen ist.

3. Dichtungsring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsgröße der verschiedenen Ringschichten durch' verschiedene Tiefe, Breite und Länge von Kerben und Kerbwinkeln geregelt ist.

4. Dichtungsring nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3 mit profiliertem Querschnitt, beispielsweise Labyrinthquerschnitt, Schaberingquerschnitt o. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß seine Profilflächen allein oder zusätzlich zur Schichtenbehandlung benutzt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen