DE102012201340A1

DE102012201340A1 - Verfahren zum Herstellen einer Gleitringdichtung und Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE102012201340A1
Application number: DE201210201340
Authority: DE
Inventors: Heinz Breunig; Wolfgang Gläntz; Fabian Hudert
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitringdichtung (1), wobei die Gleitringdichtung (1) einen Gleitring (2) mit einer ersten Anlauffläche (3) und einen Gegenring (4) mit einer zweiten Anlauffläche (5) umfasst, wobei der Gleitring (2) in einem Dichtungsträger (6) angeordnet und mittels eines Federelements (7) in eine axiale Richtung (A) gegen den Gegenring (4) vorgespannt ist, wobei die erste Anlauffläche (3) und/oder die zweite Anlauffläche (5) mit einer Beschichtung (8) versehen wird. Um eine verbesserte Haltbarkeit der Gleitringdichtung durch eine bessere Anhaftung der Beschichtung zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass die Beschichtung (8) aus einem Hartstoffmaterial besteht und mittels eines Flammspritzprozesses (HVOF-Prozess) aufgebracht wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Gleitringdichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitringdichtung, wobei die Gleitringdichtung einen Gleitring mit einer ersten Anlauffläche und einen Gegenring mit einer zweiten Anlauffläche umfasst, wobei der Gleitring in einem Dichtungsträger angeordnet und mittels eines Federelements in eine axiale Richtung gegen den Gegenring vorgespannt ist, wobei die erste Anlauffläche und/oder die zweite Anlauffläche mit einer Beschichtung versehen wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Gleitringdichtung.
Gleitringdichtungen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Um einen guten Dichtungseffekt zu erreichen, wird eine hinreichende axiale Vorspannkraft mittels des Federelements zwischen Gleitring und Gegenring aufrecht erhalten. Bei solchen Dichtungen sind im Gleitkontaktbereich eine hoher Materialhärte der Kontaktpartner, eine hohe Verschleißsicherheit und eine gute Oberfläche wesentliche Funktionsparameter.
Damit die Funktion in dauerhafter Weise sichergestellt ist und Oberflächenbeschädigungen vermieden werden, ist es bekannt, auf den Gleitring bzw. auf den Gegenring eine diamantartige Beschichtung (DLC-Beschichtung – Diamond Like Coating) aufzubringen, wozu das chemische oder physikalische Gasphasenabscheideverfahren eingesetzt wird (CVD- oder PVD-Verfahren). Die hiermit erzeugbare diamantartige Schichten liegen im Dickenbereich von ca. 10 µm. Nachteilig ist, dass die Beschichtungen zwar eine hohe Härte aufweisen, aber relativ niedrige Oberflächenbindungskräfte haben. Dadurch kommt es häufig zu einem frühzeitigen Abplatzen der Beschichtung und somit zu einem vorzeitigen Ausfall der Funktionsschicht und der Gleitringdichtung. Als Material des Gleitrings bzw. Gegenrings wird dabei zumeist Silizium-Karbid (SiC) verwendet, was entsprechende Kosten verursacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäßes Verfahren so weiterzubilden, dass es in einfacherer und kostengünstigerer Weise möglich wird, eine dauerhafte Beschichtung auf dem Gleitring bzw. dem Gegenring aufzubringen, die bei möglichst geringen Kosten eine hohe Beschichtungsgüte und -haltbarkeit aufweist. Demgemäß soll eine verbesserte Haltbarkeit der Gleitringdichtung durch eine bessere Anhaftung der Beschichtung erreicht werden. Damit soll auch eine entsprechende Gleitringdichtung zur Verfügung gestellt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einem Hartstoffmaterial besteht und mittels eines Flammspritzprozesses (HVOF-Prozess) aufgebracht wird.
Vorzugsweise wird nach Aufbringung der Beschichtung die Oberfläche der Beschichtung geschliffen. Die somit hergestellte genaue Geometrie stellt ein gutes Laufverhalten des Gleitrings auf dem Gegenring sicher.
Das aufzubringende Hartstoffmaterial der Beschichtung wird bevorzugt in Pulverform einer Flammspritzvorrichtung zugeführt.
Das Aufbringen der Beschichtung auf den Gleitring und/oder auf den Gegenring kann dabei erfolgen, indem eine Austragsdüse einer Flammspritzvorrichtung radial verfahren wird, während gleichzeitig der Gleitring und/oder der Gegenring um seine Drehachse rotiert.
Die vorgeschlagene gattungsgemäße Gleitringdichtung, umfassend einen Gleitring mit einer ersten Anlauffläche und einen Gegenring mit einer zweiten Anlauffläche, wobei der Gleitring in einem Dichtungsträger angeordnet und mittels eines Federelements in eine axiale Richtung gegen den Gegenring vorgespannt ist, wobei die erste Anlauffläche und/oder die zweite Anlauffläche mit einer Beschichtung versehen ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Beschichtung aus einem Hartstoffmaterial besteht, das durch einen Flammspritzprozess (HVOF-Prozess) aufgebracht ist.
Das Hartstoffmaterial der Beschichtung ist bevorzugt Wolframkarbid; zum Einsatz kommen können aber auch andere Stoffe, die gut gleitverschleißbeständig sind und eine hohe Härte aufweisen.
Die Dicke der Beschichtung liegt bevorzugt zwischen 50 µm und 200 µm, besonders bevorzugt zwischen 75 µm und 125 µm.
Das die Beschichtung tragende Material des Gleitrings und/oder des Gegenrings ist bevorzugt Stahl; dabei kommt vor allem Wälzlagerstahl (100 Cr 6) oder rostfreier Stahl (insbesondere Duplexstahl mit zweiphasigem Gefüge) in Frage.
Die Oberfläche der Beschichtung weist bevorzugt einen Mittenrauwert (R_a) zwischen 0,05 µm und 0,4 µm auf.
Erfindungsgemäß wird durch den Einsatz des HVOF-Flammspritzverfahrens (High Velocity Oxygen Fuel-Verfahren) also beispielsweise Wolframcarbid bevorzugt in Pulverform auf das Trägermaterial, d. h. auf den Grundkörper des Gleitrings bzw. des Gegenrings aufgebracht. Die sich so ergebende Beschichtung wird mit sehr hoher kinetischer Energie aufgespritzt. Die erreichbaren Schichtstärken liegen problemlos bei ca. 100 µm. Durch zusätzliche Nachbearbeitung, bevorzugt durch Schleifen mit Diamantscheiben, werden hohe Oberflächengüten erreicht. Durch die hohe kinetische Energie beim Flammspritzen mittels des HVOF-Verfahrens werden relativ hohe Oberflächenbindekräfte mit der Folge einer guten mechanischen Verbindung zwischen Beschichtungsmaterial und Trägerwerkstoff erreicht, so dass die aufgespritzte Schicht gut am Gleitring bzw. am Gegenring anhaftet.
Die genannte HVOF-Technologie ist an sich bekannt. Sie stellt im Kern darauf ab, dass Partikel mit sehr hoher Geschwindigkeit (mit Überschallgeschwindigkeit) auf das Substrat aufgebracht werden. Damit können relativ dicke Schichten bei niedriger Oxidation aufgebracht werden. Das Trägersubstrat, d. h. vorliegend der Gleitring bzw. der Gegenring, werden durch den Prozess nur gering beansprucht.
Die hohe Partikelgeschwindigkeit beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen ergibt sich durch eine kontinuierliche Gasverbrennung eines Brenngas-Sauerstoff-Gemisches unter hohem Druck. Um eine optimale Haftung der Beschichtung zu erreichen, kann die zu beschichtende Oberfläche des Gleitrings bzw. des Gegenrings vor der Aufbringung der Beschichtung aufgeraut werden, was z. B. durch Sandstrahlen erfolgen kann.
Wenngleich die Brennertemperatur bis zu 3.000 °C betragen kann, wird dennoch der Beschichtungswerkstoff materialtechnisch nur wenig verändert. Als Brenngase sind Propan, Propen, Ethylen, Acetylen und Wasserstoff tauglich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den Radialschnitt durch ein Gehäuse, in dem eine Welle läuft, wobei die Abdichtung zwischen Welle und Gehäuse durch eine Gleitringdichtung hergestellt ist,
2 die Einzelheit „Y“ nach 1 und
3 die Einzelheit „Z“ nach 2.
In den Figuren sind eine Gleitringdichtung 1 bzw. deren Teile und Details dargestellt, mit der eine Welle 10 gegen ein Gehäuse 11 abgedichtet ist. Die Gleitringdichtung 1 weist als zentrale Komponenten einen Gleitring 2 und einen Gegenring 4 auf; der Gleitring 2 hat eine erste Anlauffläche 3, der Gegenring 4 hat eine zweite Anlauffläche 5.
Die beiden Anlaufflächen 3 und 5 werden im Betrieb der Dichtung gegeneinander gedrückt, so dass zwischen ihnen eine Dichtwirkung erzeugt wird. Hierfür befindet sich der Gleitring 2 in axiale Richtung A verschieblich in einem Dichtungsträger 6. Im Dichtungsträger 6 ist mindestens ein Federelement 7 angeordnet, das den Gleitring 2 in axiale Richtung A gegen den Gegenring 4 vorspannt.
Weitere Elemente wie Fixierungsstifte 12, Verschraubungen 13 und O-Ring-Dichtungen 14 sind bei Gleitringdichtungen üblich.
Um die Gebrauchsdauer der Gleitringdichtung ausreichend zu gestalten, ist sowohl auf dem Gleitring 2 als auch auf dem Gegenring 4 eine Beschichtung 8 aufgebracht; denkbar ist es auch, dass die Beschichtung 8 nur auf einem der Teile 2, 4 aufgebracht wird. Der Gleitring 2 und der Gegenring 4 bestehen vorliegend aus rostfreiem Stahl (Duplexstahl), die Beschichtung 8 besteht aus Wolframkarbid.
Das Aufbringen der Beschichtung 8 ist in 2 und 3 illustriert. Hierfür wird eine Austragsdüse 9 einer Flammspritzvorrichtung in radiale Richtung R geführt, während der Gleitring 2 (bzw. der Gegenring 4) um die Drehachse A rotiert, wobei die Drehachse der in 1 eingetragenen axialen Richtung entspricht. Eingesetzt wird hierfür das oben erläuterte HVOF-Verfahren.
Demgemäß wird per HVOF-Technologie Wolframkarbid-Pulver der Flammspritzvorrichtung zugeführt, das auf die stirnseitige Oberfläche des Gleitrings 2 bzw. Gegenrings 4 aufgebracht wird.
Die dabei vorgesehene Schichtdicke d, s. 3, liegt bevorzugt bis zu 100 µm. Es handelt sich dabei um eine Dicke, die mit dem bei Gleitringdichtungen vorbekannten DLC-Beschichtungsverfahren nicht erreicht werden kann.
Nach dem Beschichten des Gleitrings 2 bzw. Gegenring 4 wird die stirnseitige Oberfläche der Beschichtung 8 geschliffen. Damit wird eine geringe Rautiefe angestrebt, wobei der Mittenrauwert (R_a) bevorzugt zwischen 0,05 µm und 0,4 µm liegt.
Hiermit ist ein ruhiger Lauf der Gleitringdichtung sichergestellt. Dadurch, dass die Beschichtungspartikel mit sehr hoher Geschwindigkeit (Überschallgeschwindigkeit) aufgebracht werden, ist der Verbund zwischen Gleitring 2 bzw. Gegenring 4 und Beschichtung 8 sehr innig und stabil. Demgemäß weist die vorgeschlagene Gleitringdichtung eine hohe Gebrauchsdauer auf, da die beschichteten Oberflächen von Gleitring 2 und Gegenring 4 einen hohen Widerstand gegen Abplatzen aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Gleitringdichtung
2: Gleitring
3: erste Anlauffläche
4: Gegenring
5: zweite Anlauffläche
6: Dichtungsträger
7: Federelement
8: Beschichtung
9: Austragsdüse
10: Welle
11: Gehäuse
12: Fixierungsstift
13: Verschraubung
14: O-Ring-Dichtung
A: axiale Richtung / Drehachse
R: radiale Richtung
d: Dicke der Beschichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Gleitringdichtung (1), wobei die Gleitringdichtung (1) einen Gleitring (2) mit einer ersten Anlauffläche (3) und einen Gegenring (4) mit einer zweiten Anlauffläche (5) umfasst, wobei der Gleitring (2) in einem Dichtungsträger (6) angeordnet und mittels eines Federelements (7) in eine axiale Richtung (A) gegen den Gegenring (4) vorgespannt ist, wobei die erste Anlauffläche (3) und/oder die zweite Anlauffläche (5) mit einer Beschichtung (8) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8) aus einem Hartstoffmaterial besteht und mittels eines Flammspritzprozesses (HVOF-Prozess) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aufbringung der Beschichtung (8) die Oberfläche der Beschichtung (8) geschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartstoffmaterial der Beschichtung (8) einer Flammspritzvorrichtung in Pulverform zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Beschichtung (8) auf den Gleitring (2) und/oder auf den Gegenring (4) erfolgt, indem eine Austragsdüse (9) einer Flammspritzvorrichtung radial verfahren wird, während gleichzeitig der Gleitring (2) und/oder der Gegenring (3) um seine Drehachse (A) rotiert.
Gleitringdichtung (1), umfassend einen Gleitring (2) mit einer ersten Anlauffläche (3) und einen Gegenring (4) mit einer zweiten Anlauffläche (5), wobei der Gleitring (2) in einem Dichtungsträger (6) angeordnet und mittels eines Federelements (7) in eine axiale Richtung (A) gegen den Gegenring (4) vorgespannt ist, wobei die erste Anlauffläche (3) und/oder die zweite Anlauffläche (5) mit einer Beschichtung (8) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8) aus einem Hartstoffmaterial besteht, das durch einen Flammspritzprozess (HVOF-Prozess) aufgebracht ist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartstoffmaterial der Beschichtung (8) Wolframkarbid ist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) der Beschichtung (8) zwischen 50 µm und 200 µm, vorzugsweise zwischen 75 µm und 125 µm, liegt.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Beschichtung (8) tragende Material des Gleitrings (3) und/oder des Gegenrings (5) Stahl ist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl Wälzlagerstahl (100 Cr 6) oder rostfreier Stahl (Duplexstahl) ist.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Beschichtung (8) einen Mittenrauwert (R_a) zwischen 0,05 µm und 0,4 µm aufweist.