DE534200C - Sealing ring manufactured according to the method according to patent 519880 - 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.The subject of the invention is a further embodiment of that protected by patent 519,880 Sealing ring and the process for its manufacture. The main patent mentioned self-tightening sealing rings placed under protection, which comes into effect in the sealing direction Overvoltage is granted, this overvoltage being caused by a on the circumference of the The layer treatment of the ring is that according to the progressive wear at ring height by gradual Loss of the tensioning force counteracting the overvoltage in the ring the back-insulated Overvoltage comes into its own again and thus as constant as possible Contact pressure of the ring on the sealing surface (cylinder wall, rod or Wave surface) persists.

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. In order to carry out the above-mentioned task, it appears to be particularly advantageous if, as the invention provides, the end faces of the ring to which affect the ring stresses Treatment of the inner and (or) outer ring layers alone or in addition are used, then this Layer treatment of the end faces through notches of various types and directions caused at the outer and (or) inner end face zones and the stress magnitude of the various ring layers different depth, width and length of the notches and is regulated by different notch angles. It is true in the layer treatment of the outer or inner circumferential surface of Self-tensioning sealing rings have become known, length, spacing, depth and direction of the Notch impressions for the respective conditions for generating the desired hoop stress to be chosen accordingly and to vary even with one and the same ring. It is the same known to arrange circumferential and notch-like grooves in the end faces of such sealing rings. In these known ring shapes, however, these depressions are not used for production of opposing ring stresses within the meaning of the present invention, but mostly for Improving the lubricating effect or bringing about greater elasticity in the stronger ring parts exposed to bending stress.

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-For the application of the new procedure it should be noted that under certain circumstances one Changing the material, the same treatment method will produce an opposite effect can. So it is known that notches, for example, wrought iron rods. Curving upside down as under the same circumstances Cast iron bars. You can also use the

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.Turning this special kind of layer treatment of the ring front surfaces into any combination apply with the already mentioned types of tension generation in the ring. So you can see in the sealing direction acting clamping forces and the counter forces - possibly with simultaneous use the well-known cutting process - partly by treating the outside of the ring and (or) the inside of the ring, partly caused by front surface treatment. A simultaneous Application of both types of treatment can be carried out in the same ring layer. the Carrying out the layer treatment on the end faces of the rings can also be carried out in this way take place that the tension forces on certain parts of the rings are particularly large or particularly get small.

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.The subject of the invention has particular advantages, if one goes over to it, for the Sealing rings to use favorable cross-sectional profiles. Take one, for example U-shaped cross-section, so it is possible to create the layer tension required Surface treatment on more than two faces of the ring. Except for the immediate extension of the The service life of rings according to the invention is also indirectly delayed in this way of becoming unusable instead of being tied to the previously usual dimensions with the ring dimensions, but can use larger ring thicknesses under certain circumstances. Exceeding a certain Ring thickness was previously impossible and when using the known manufacturing process, because the ring was otherwise identical Circumstances due to the bending stress expected of him during installation to break would go.

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.The drawing illustrates in Figs. 1 to 5 different embodiments of the new ring; for the sake of simplicity, each of the parts shown in Fig. 1 and 2 rings shown four different possible combinations of voltage generation has been indicated in the individual ring layers.

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.In the case of the ring shown in Fig. 1, section I shows an embodiment in which an outward pressing beyond the usual amount is brought about in the previously usual manner by means of the known cutting method. This hoop stress, referred to as overstress, is partially eliminated by treating the outer layer α , so that the required shape for the ring is produced. Due to the wear of the ring on the outer surface α , the counter-tension which removes the overvoltage gradually disappears, so that despite the wear, or rather precisely due to the wear of the ring, there is always sufficient surface pressure against the sealing surface. The other embodiments of the new ring shown in FIG. 1 and briefly described below also behave in a corresponding manner. Thus, in the ring section II of Fig. 1, the case is shown that the clamping force acting in the sealing direction is caused by stretching the inner surface and its counterforce by stretching the outer surface of the ring, this stretching can be done by pressing in or rolling in notches b. The ring section III in Fig. 1 shows the possibility of how the tension forces acting in the sealing direction can be produced partly by the usual cutting method and partly by treating the inner surface of the ring with layers, for example by means of notch strikes c. The counter-tension is produced here only by treating the outer circumferential surface with layers. In the ring section IV of Fig. 1, the case is indicated that the tension force acting in the sealing direction is produced by the cut-out method, but the counter-tension by layer treatment of an originally thicker ring. This is then subsequently brought to the required usable dimension by turning or grinding the circumferential surface until the notches d disappear, so that it has a well-sealing outer surface. The tension effect reaching into the deeper layers of the ring through the notch is only partially canceled by this subsequent twisting off. This method is of particular value when it comes to generating the necessary tension forces by layer treatment without the finished ring having any visible impressions of the layer treatment.

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 MöglichkeitFig. 2 shows the various possibilities, forming the subject of the invention, of completely or partially replacing the layer treatment according to Fig. 1 with a treatment of the ring end faces for the purpose of generating tension forces in the ring. In section I of the ring according to Fig. 2, the clamping force acting in the sealing direction is caused by an internal notch, similar to that in section II of Fig. 1. The counter-tension has, however , been generated by indentations e in the ring end faces, which means that the outer circumferential layer of the ring can be influenced more in depth. This type of end face treatment can also be used at the same time in connection with a treatment of the outer circumferential surface of the ring by providing it with notches f . In section II of Fig. 2 there is the possibility

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 liegendenindicated, the sealing force and its counterforce only by sufficiently effective Produce end face notch of the outer and inner end face parts. Section III shows a similar embodiment in which the clamping force acting in the sealing direction only after the cutting process, but their counterforce only through end face treatment the one lying on the outer circumference

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.ίο ring layer is brought about. Finally is indicated in section IV of Fig. 2, as one can by different length and depth of the Face notches can determine the depth of the layers in which the hoop stresses are generated and should have an effect.

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.It should be noted that in the above information only individual possible combinations the different ways of generating tension forces and their counter-forces in the ring are given, and that for the production of the latter also other combinations possible are.

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.Fig. 3 shows the cross-sectional shape of an embodiment of the ring. Here, the notches g on the sealing surface h extend only over part of the latter, so that annular surfaces that are not notched still remain on both ring edges. In contrast to this, the layer treatment of the inner ring zones is carried out by means of notches i , which extend over the entire width of the ring.

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.Fig. 4 shows the cross-sectional shape of a ring in which one side of the ring has a comb-shaped cross-section, while the other side has a substantially U-shaped cross-section. The layer treatment for the purpose of achieving the tension forces in the ring can be carried out partly from the inner surface, partly from the outer surface of the ring, as indicated, for example, at point k , and also by machining the end faces at points I and m the inner end faces of the individual annular ribs are machined as it is, for. B. is indicated at the point η.

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.Fig. 5 shows a ring with an essentially H-shaped cross-sectional shape and rounded incisions, the inner surfaces of which are machined at points 0 and p in one of the ways described above to generate the tension forces and counterforces.

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.Cross-sectional shapes of the rings as shown in Figs. 4 and 5 still have a special one Advantage that they form labyrinth-like seals. The Rib height or the depth of cut made approximately equal to the allowable wear height of the ring. For those rings that act simultaneously or mainly as scraper rings the layer treatments can also be carried out on the ring-shaped scraping devices proper of the rings are made.

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.Fig. 6 shows sight lines of piston rings of the known types of self-tensioning on the one hand and piston rings according to the invention on the other hand. In the coordinate system of the diagram, the radial ring thicknesses, as they result from wear, are entered in millimeters in the horizontal, the specific surface pressures in the vertical in kg / cm ² . It can be clearly seen that with the ring produced only according to the known cutting method, the permissible wear strength is lowest (see. Sight line 9) and that the normal ring with the known internal hammering allows twice the wear strength (see. Sight line 8). The display lines 5, 6 and T indicate the course and size of the surface pressure for piston rings, which are prepared according to various possible embodiments of the invention ^1. One can even see from the course of the sight lines how not only a flatter course of the surface pressure line is made possible by releasing the counter-tension in the ring due to the wear of the latter, but that even a certain increase in the surface pressure can be brought about.

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.This latter possibility also offers particular advantages of a practical nature. It succeeds namely in this way to produce piston rings that at the moment of their installation a have relatively low surface pressure and are therefore easier to assemble than if the rings are the maximum size required of them for whatever reason from the outset give to surface pressure. Furthermore, the service life is precisely with such rings especially great because with them the point in time from which a gradual, but 'still The specific surface pressure decreases within the permissible limits, is postponed exceptionally far. With the right choice of Tension forces or the resulting tension force of the ring achieve that the complete The range of the permissible specific surface pressure is fully utilized.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 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.1. O-ring manufactured according to the method of patent 519880, thereby characterized in that the end faces of the ring to the influencing the ring stresses Treatment of the inner and (or) outer ring layers are used alone or in addition. 2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenbehandlung durch schräg oder radial gerichtete Einkerbungen verschiedener Art2. Sealing ring according to claim 1, characterized in that the layer treatment by inclined or radially directed notches of various kinds der äußeren und (oder) inneren Stirnflächenzone hervorgerufen ist.the outer and (or) inner end face zone is caused. 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.3. Sealing ring according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage magnitude of the various ring layers by ' different depth, width and length of notches and notch angles is regulated. 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.4. Sealing ring according to claims 1, 2 or 3 with a profiled cross section, for example Labyrinth cross-section, scraper ring cross-section o. The like., Characterized in that its profile surfaces alone or are used in addition to the layer treatment. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings