Ring für Dichtungszwecke, Futter und Lager und Verfahren zu dessen Herstellung. Die Erfindung betrifft einen Ring für Dichtungszwecke, Futter und Lager, der einen Innenring aus Grafitkohle aufweist. Unter den Begriff "Ring" im Sinne der Er findung sollen auch Hohlzylinder von einer gewissen Höhe fallen, wie sie z. B. als Lauf büchsen für Zylinder oder als Lagerbüchsen verwendet werden.
Der umfangreichen Verwendung von Grafitkohleringen für Dichtungs- und ähn liche Zwecke steht der Nachteil im Wege, dass die Widerstandsfähigkeit derartiger .Ringe verhältnismässig gering ist, derart, dass sie bei der Benutzung leicht zertrümmert werden und infolgedessen für die meisten Verwendungszwecke häufigen Ersatz erfor derlich machen. Diesem Übelstand der bisher gebräuchlichen Ringe und sonstigen zylin drischen Hohlkörper aus Grafitkohle wird durch vorliegende Erfindung abgeholfen.
Gemäss der Erfindung besteht der Ring für Dichtungszwecke, Futter und Lager aus einem Innenring aus Grafitkohle und einem den Innenring eng umschliessenden Mantel aus widerstandsfähigerem und sich in, der Hitze erheblich stärker als Grafifkohle aus dehnendem metallischem Material, wie Stahl, nichtrostendem Stahl, Eisen, Bronze oder dergl. Wie sich gezeigt hat, zeichnen sich derartige, mit einem widerstandsfähigen Mantel versehene Ringe aus Grafitkohle durch sehr hohe Widerstandsfähigkeit aus, so dass sie für sehr viele verschiedenartige Zwecke anwendbar werden,
wo die Verwen dung von gohlezylindern und -ringen allein gar nicht in Frage kam.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Ringe erfolgt gemäss einem ebenfalls Gegen stand der Erfindung bildenden Verfahren so, dass ein Hohlzylinder aus Grafitkohle, dessen Aussendurchmesser grösser ist als der Innendurchmesser eines zur Bildung eines Mantels dafür dienenden metallischen Hohl zylinders bei normaler Temperatur, nach Er hitzen des letzteren in ihn hineingedrückt wird. Infolge der Ausdehnung des Metall zylinders bei dieser Erhitzung gelingt das Eindrücken des gohlezylinders in diesem Zustande leicht.
Dabei wählt man das Ver hältnis des Aussendurchmessers des hohlen Kohlezvlinders zum Innen(lurchniesser des Metallmantels zweclzmässig so, dass es für die Einfügung des hohlen Kohlezylinders in den Metallmantel einer Erhitzung des letzteren a.uf solche Höhe bedarf, wie sie bei Benut zung des Kohleringes im Gebrauch nicht in Frage kommt, also beispielsweise auf Rot glut.
Dadurch wird erreicht, dass. die Ver- hindung zwischen dem Kohleteil und seinem Metallmantel auch bei Erreichung der Be- nutzungs-Höchsttemperaturen nicht aufhört, der Kohleteil also auch dann nicht aus dein Metallmantel herausfallen oder -rutschen kann.
Wie sich weiter gezeigt hat" wird bei der n- --ebenen Herstelluno-sweise der Kohle a<B>a</B> e, LI teil durch den sieh bei der Abkühlung wieder zusaminenziehendenMetallmantel zusammen gepresst, derart, dass infolge dieser Zusammen- pressung der Innendurchmesser des Kohle teils kleiner wird als er ursprünglich war, dass aber bei erneuter Ausdehnung des Me- tallmanfels unter der Wirkung der Erhitzung der Kohleteil sieh gleichfalls wieder aus dehnt.
Die Ausdehnung des letzteren ist da bei aber nicht etwa eine unmittelbare Folge der Erhitzung (denn Kohle dehnt sich be kanntlich unter der Wirkung der Hitze so gut Wie gar nicht aus) sondern eine Folge, der #\--uisdehiiung des den Kohleteil umklam- inernden Metallmantels. Es erweist sich also, dass der Kohleteil durch den Metallmantel bei der Herstellung unter Spannung gesetzt wird und derartige Elastizität besitzt, dass er beim Nachlassen der Umklammerung durch den Metallmantel sich wieder ausdehnt.
Diese ganz unerwartete Eigenschaft des Kohleteils ist für die Anwendungsmöglich- keit der Ringe gemäss der Erfindung von sehr grosser Bedeutung. Will man derartige um mantelte Grafitkohleringe als Dichtungsringe für die Stopfbüchse einer Heissdampf-Höchst- druck-Kolbendampfmaschine benutzen, deren Kolben eine sehr grosse Hubzahl hat und Wofür diese Ringe besonders geeignet sind,
so wählt man den Innendurchmesser der Gra- fitkohleringe so, dass sie bei der Montage mit Gleitsitz auf die Stange passen. Steigt dann nach Inbetriebsetzung der Maschine die Tem peratur mater der Wirkung des Heissdampfes stark an, so dehnt sieh einerseits die stählerne Kolbenstange, anderseits aber auch der Meta.ll- inantel < ins Stahl oder dergl. entsprechend aus.
Da nun der Grafitkohlering ursprünglich un ter hoher Spannung durch seinen Stahlman tel gehalten war und diese Spannung mit der Ausdehnung des Stahlmantels entsprechend nachlässt, so wird trotz der Ausdehnung der Kolbenstange in der Hitze die Reibung zwi- sclien ihr und der Innenfläche des Grafit kohleringes nicht übermässig gross, und es kommt infolgedessen nicht zur Zerreibung dieses Ringes bezw. zu einem Festklemmen der Stange.
Gleichzeitig tritt liier die vor- zÜgliche Schmier- und Gleiteigenschaft der Grafitkohle besonders günstig in Erschei- ninig. Sind die Temperaturen niedriger, bezw. gehen sie entsprechend herab, so schrumpfen die Kolbenstange und der Stahl mantel wieder entsprechend zusammen und letzterer press@t dann den Grafitkohlerhig wieder in einer dem Schrumpfen der Kolben stange entsprechenden Weise zusammen,
so dass auch dann die Abdichtung durch den Grafitkoblering an der Kolbenstange in gün stigster Weise erhalten bleibt.
Ein anderes Anwendungsgebiet der be schriebenen. mit Metallmantel versehenen hohlen Grafitkohlezylinder besteht in ihrer Verwendung als ölloses Lager. Bei allen bisher in dieser Beziehung mit gewöhnlichen hohlen Grafitkohlezylindern gemachten Ver suchen erwiesen sich diese lediglich da als brauchbar, wo nur geringe Drucke auftraten. Bei starken Belastungen hingegen zerspran gen oder zerbröckelten die hohlen Kohle zylinder.
Kupferkohle, die höhere Wider- sIandsfähigkeit besitzt, hat gegenüber reiner Grafitkohle aber nur geringe Schmierfähig keit, so dass eine Verwendung von hohlen Kuliferkohlezylindern oder -ringen als Lager bei hohen Temperaturen und bei hoher Be lastung nicht in Frage kommt. Bei Benut zung der mit widerstandsfähigem Metall mantel aus Stahl oder andern geeigneten Ma terial versehenen, hohlen Grafitkohleringe gemäss der Erfindung als Lager aber tritt ein Zerbröckeln oder Zerspringen der Grafit kohleteile nicht ein.
Dabei kann man je nach Bedarf und Beanspruchung des Lagers eine grössere oder geringe Anzahl solcher Ringe verwenden. Nötig ist natürlich nur, diese Ringe bei der Benutzung an der einen Seite im Lagergehäuse wie in einer Stopfbüchse lagernd festzuhalten. Lager dieser Art be dürfen infolge der Schmier- und Gleitfähig keit der Grafitkohle keiner Schmierung durch Öl, die ja bei Verwendung jenes Materials auch gar nicht am Platze wäre; die Ölschmie- rung wird in diesem Falle also erspart.
Statt zur Bildung des Lagers eine Anzahl von mit Metallmantel versehenen Grafitkohleringen neben einander anzuordnen, kann man auch einen einzigen Hohlzylinder entsprechender Länge aus Grafitkohle verwenden, der mit einem gleichlangen Mantel aus Stahl oder anderem widerstandsfähigem und durch Wärme ausdehnbarem Material versehen ist.
Schliesslich kann der mit Metallmantel versehene Grafitkohlering eine sehr vorteil hafte Anwendung als Zylinderfutter für Kolbendampfmaschinen, Luftkompressoren, Explosionsmotore und dergl. finden. Dabei kann der Einbau und die Anordnung dieser Ringe in dem Kolbenzylinder in ganz ent sprechender Weise erfolgen wie für die Bil dung des öllosen Lagers oder auch auf irgendeine andere Weise, zum Beispiel durch genaue achsiale Passung.
Auch kann man hier ebenso wie beim öllosen Lager an Stelle einer Anzahl neben einander angeordneter ummantelter Grafitkohleringe einen mit Stahlmantel oder dergl. versehenen Grafit- kohlezylinder entsprechender Höhe verwen den, das heisst von einer Höhe, die dem Hub des Kolbens entspricht. Es wird so ein ölloser Zylinder geschaffen, dem kein Schmieröl zu geführt zu werden braucht, und es können so die ausserordentlich grossen Schmieröl mengen erspart werden, die bisher für die Kolbenzylinder nötig waren.
Auch kann man dabei an Stelle der bisher verwendeten guss- eisernen Kolbenringe solche aus hochwerti gem Stahl benutzen, die daher bruchsicher sind und die man infolgedessen viel schmaler ausführen kann als die bisher gebräuchli chen gusseisemen Kolbenringe.
Der Erfindungsgegenstand wird durch die Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Aus führungsform eines Ringes gemäss der Erfin dung, Fig. 2 einen Querschnitt durch diesen Ring, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Ringes und Fig. 4 eine mit solchen Ringen versehene Stopfbüchse.
In der Zeichnung ist der Grafitkohleteil mit 3, sein Metallmantel mit 4 bezeichnet. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ist der Metallmantel 4 an der Aussenfläche mit Zinken oder Spitzen, bezw. zugeschärften Stegen oder Rippen 5 versehen. Dadurch wird ein leichteres und besseres Anpassen der Ringe im Packungsraum, Lagergehäuse, Zylinder oder dergl. ermöglicht. Auch kön nen die Zwischenräume zwischen diesen Zin ken oder Rippen 5 mit Grafit oder dergl. ausgeschmiert werden, um so die Abdichtung noch zu verbessern.
Während gemäss Fig. 2 radial stehende Zinken 5 vorgesehen sind, können, wie Fig. 3 zeigt, auch schräg ste hende Zinken 6 angeordnet werden. Dadurch wird die Federung zwischen dem Gehäuse boden und dem ummantelten Ring erhöht.
Bei der in Fig. 4 veranschaulichten Aus führungsform einer mit ummantelten oder gepanzerten Grafitkohleringen ausgestatteten Stopfbüchse sind abwechselnd mit diesen ge panzerten Grafitkohleringen 3, 4 Hohlringe 1 aus Kupfer angeordnet, die in bekannter Weise mit Grafit gefüllt und ebenfalls mit Panzerringen 2 aus Stahl oder dergl. umge ben sind.
Die Stopfbüchse ist mit 8, ihr Boden mit 9, die Kolbenstange mit 7 be zeichnet. 10 ist ein Schlitz für Einführung eines Werkzeuges zum Herausdrücken der Dichtungsringe bei ihrer Auswechselung.
Die beschriebene und dargestellte Pak- kung eignet sich, wie erwähnt, vorzugsweise für die Stopfbüchsen der modernen Ileiss- dampf-Höchstdruck-Kolbendampfmaschinen, insbesondere von Dampfwagen, bei denen die Htil>zahl des Kolbens eine sehr grosse ist, (etwa 1000 pro Minute) und deswegen, sowie wegen der auftretenden hohen Temperaturen Dichtungsmaterialien anderer Art nicht in Betracht kommen.
Denn Sehnurdichtungen aus Asbest werden unter der Einwirkung einer Temperatur von etwa 450' C bei 100 Atm. schnell zerrieben, und es würde dadurch die Stange sehr schnell abgenutzt werden, -NVeichmetallpacliungen kommen we gen der hohen Temperaturen nicht in Frage und massive Packungen aus hitzebeständi gem Material, wie Bronze, Kupfer und dergl., bedürfen vorzüglicher Schmierung, die aber bei derartigen Maschinen deswegen auf Schwierigkeiten stösst,
weil selbst das beste Zvlin(leröl bei den auftretenden hohen Tem peraturen verdampft bezw. sich zersetzt. Durch die im vorstehenden beschriebene Packung wird hingegen eine vollkommene Abdichtung bei langer Haltbarkeit von Pak- kung und Stange erzielt, und zwar ohne dass dabei eine Ölschmierung anzuwenden wäre.
Dabei erfüllen die ummantelten oder gepan zerten Grafitli:olileriiige noch den besonderen Zweck, den Kolben der zumeist horizontal arbeitenden Maschinen, der auch nicht durch gehend ist, mitsamt der Stange zu tragen. Es bedarf hier also keiner besonderen tra gend angeordneten Grundringe, die sich auch bei der hohen Habzahl und den hohen Tem peraturen sehr schnell ausschleifen würden.
Auch bei Benutzung der gcl)a.nzerten Grafitkohleringe 3, 4 als öllose Lager bezw. Zylinderfutter kann man sich mit Vorteil solcher Ringe bedienen, deren Metallmantel mit Spitzen, Zinken, Rippen oder dergl. nach Art der bei 5 und 6 in den Fig. 1 und 2 dargestellten versehen ist.
Natürlich kann man finit besonderem Vor teil Zylinderfutter aus solcben gepanzerten Grafitkohleringen hezw. -liolilzylindern für die gleichen Maschinen anwenden, für deren Packung die gepanzerten Grafitkohleringe in der vorher beschriebenen Weise verwendet werden. Die so ausgestatteten Maschinen be dürfen dann überhaupt keiner Ölschmierung mehr.