Lager und Dichtungselemente

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LAGER- UND DICHTUNGSELEMENTE
FÜR DEN MASCHINENBAU
GRAPHITE COVA GMBH · GRÜNTHAL 1 – 6 · D-90552 RÖTHENBACH/PEGNITZ
Tel.: +49 911 57 08 – 283 · Fax: +49 911 57 08 – 211
E-mail: [email protected] · Web: www.graphitecova.com
GRAPHITE COVA GMBH
EINFÜHRUNG
Lager, Ringe und Leisten aus Kohlenstoff und Grafit stellen bewährte Bauelemente für die Lagerung
und Abdichtung von Wellen dar.
Die besonderen physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoff und Grafit, vor
allem ihre günstigen Gleiteigenschaften, die hohe Verschleißfestigkeit und ihre hervorragende Temperaturbeständigkeit, erklären die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten dieser Werkstoffe im Maschinenbau und in der Verfahrenstechnik.
Lager, Dichtungsringe und Leisten aus Kohlenstoff und Grafit finden als trocken laufende oder flüssigkeitsbenetzte Maschinenelemente Verwendung. Sie bewähren sich überall dort, wo eine oder
mehrere der nachstehend genannten Betriebsbedingungen vorliegen:
die Zufuhr üblicher Schmiermittel ist wegen hoher Betriebstemperaturen nicht mehr möglich;
der Einsatzbereich sollte frei von Ölen oder Ersatzschmiermitteln sein;
chemische Einflüsse schließen den Einbau anderer Werkstoffe aus;
störungsfreier Betrieb ist nur bei wartungsfreien Elementen möglich;
Trockenreibung und hohe Pressung erfordern einen mechanisch festen Werkstoff mit ausreichender Selbstschmierfähigkeit und guter Wärmeabfuhr;
Lager und Dichtungen sind im Maschinenteil vertikal oder schräg angeordnet, so dass die
Schmierhaltung erschwert ist.
Lager und Dichtungselemente aus Graphite COVA Werkstoffen bieten dem Konstrukteur vielseitige
Einsatzmöglichkeiten und sind auch in besonderem Maße für die Lösung schwieriger Lager- und Dichtungsprobleme geeignet.
LAGER- UND DICHTUNGSELEMENTE FÜR DEN MASCHINENBAU
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ALLGEMEINE ANWENDUNGSTECHNISCHE HINWEISE
FÜR GRAPHITE COVA LAGER- UND DICHTUNGSWERKSTOFFE
PHYSIKALISCHE UND MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN
gute Dimensionsstabilität (sehr kleiner thermischer Ausdehnungskoeffizient)
gute Wärmeleitfähigkeit
gute Temperaturbeständigkeit
gute Selbstschmierung
gutes Reibungsverhalten
gute Bearbeitbarkeit
niedriges Gewicht
EINSATZTEMPERATUR
Die Temperaturbeständigkeit in oxidierender Atmosphäre kann bei Graphite Cova Lagerqualitäten
mit max. 450°C angegeben werden. In nicht oxidierender Atmosphäre ist die Temperaturbeständigkeit durch die Temperaturbehandlung bei der Herstellung der einzelnen Qualitäten gegeben (z.B.
obere Einsatzgrenze von Grafit bei etwa 3000°C). Selbstverständlich wird die Temperaturbeständigkeit durch verschiedene Imprägnierungen beeinflusst. Bei Harzimprägnierung max. Einsatztemperatur 180°C, bei Bleiimprägnierung 200°C und bei Antimonimprägnierung 450°C.
CHEMISCHE BESTÄNDIGKEIT
Kohlenstoff und vor allem Grafit sind gekennzeichnet durch eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit gegenüber nahezu allen organischen und anorganischen Medien. Ausnahmen hiervon bilden
einige stark oxidierende Säuren, Laugen, Halogene sowie Alkalimetall-Schmelzen.
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REIBUNGSVERHALTEN
Grafit besitzt auf Grund seiner besonderen Kristallstruktur schmierende Eigenschaften. Der niedrige
Reibungskoeffizient beruht auf den geringen Bindungskräften zwischen den Gitterebenen, sie sind
deshalb gegeneinander leicht zu verschieben. Bei Anwesenheit von Wasserspuren oder von anderen
Dämpfen ist der Reibungskoeffizient besonders niedrig. Im Vakuumbetrieb ist der Reibungskoeffizient stark erhöht.
Exakte Angaben über Reibungskoeffizienten lassen sich wegen unterschiedlicher Einsatzbedingungen
nicht machen. Im Allgemeinen kann bei Gleitreibung mit folgenden Werten gerechnet werden:
trockene Reibung
0,10....0,30
Mischreibung
0,05....0,10
flüssige Reibung
0,01....0,05
Das Reibungsverhalten von Kohlenstoff und Grafit wird noch von folgenden Faktoren beeinflusst:
Einlauf
spezifische Belastung
Gleitgeschwindigkeit
Beim Einlauf von Kohlenstoff- und Grafitlagern geht der Reibungskoeffizient zurück, bis nach Glättung der Reibungsflächen ein konstanter Wert erreicht wird.
Bei konstanter spezifischer Belastung und steigender Gleitgeschwindigkeit oder konstanter Gleitgeschwindigkeit und steigender spezifischer Belastung nimmt der Reibungskoeffizient ebenfalls ab.
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ÄNDERUNG DES REIBUNGSKOEFFIZIENTEN µ BEIM EINLAUF
Reibungskoeffizient µ
0,30
0,25
spez.Belast.10 N/cm2
0,20
mittlere Gleitgeschw. 0,9 m/s
0,15
0,10
0,05
0,00
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Laufzeit [min]
Abbildung 1
REIBUNGSKOEFFIZIENT µ IN ABHÄNGIGKEIT VON DER MITTLEREN GLEITGESCHWINDIGKEIT
0,40
0,35
spez. Belastung 10 N/cm2
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0
2
4
6
8
10
mittlere Geschwindigkeit [m/s]
12
Abbildung 2
REIBUNGSKOEFFIZIENT µ IN ABHÄNGIGKEIT VON DER SPEZ. BELASTUNG
0,40
0,35
mittlere Gleitgeschw. 0,9 m/s
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0
20
40
60
spez. Belastung
[N/cm2]
80
100
120
Abbildung 3
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KONSTRUKTIONSHINWEISE
Die leichte Bearbeitbarkeit des Grafits gestattet eine Anpassung der Gestaltgebung an sämtliche in
der Praxis vorkommende Konstruktionen. Folgende Richtlinien sind dabei zu beachten:
Wandstärke:
Die Wahl der Wandstärke erfolgt nach mechanischen Gesichtspunkten. Auf
Grund praktischer Betriebserfahrungen sollten daher Grafitlager Wandstärken
erhalten, die angenähert der empirischen Gleichung S = 0,13 di + 2,8 ≥ 3 (mm)
entsprechen.
Lagerlänge:
Um überhöhte Kantenpressung und Eigenspannung im Lager zu vermeiden, wird
L = di ; L ≤ 2 . di empfohlen. Für Scheiben gilt eine Höhe L = 0,1 Da . L ≥ 3 mm.
Flansche:
Die Flanschstärke b soll mindestens gleich der Wandstärke s sein (b ≥ s).
Flanschübergänge ausrunden und Anlageflächen bearbeiten.
Allgemein gilt:
keine scharfen Übergänge, alle Ecken und Kanten brechen oder runden, möglichst einfache Formen.
GEGENLAUFWERKSTOFFE
gut geeignet:
Grauguss
unlegierter Stahl
legierter Stahl (Chromstahl)
nitrierter Stahl
Hartmetall
Keramik
Glas
bedingt geeignet:
Buntmetall
Chromnickelstahl
verchromte Werkstoffe
ungeeignet:
Aluminium und seine Legierungen
OBERFLÄCHENGÜTE DER GEGENLAUFWERKSTOFFE
Die Oberflächengüte des Gegenlaufwerkstoffes hat einen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer
von Kohlenstoff und Grafit. Zu empfehlen sind Gegenlaufflächen mit einer maximalen Rauhtiefe von
Rt < 1 µm. Für hohe Belastungen sind geläppte und superfinishte Gegenlaufflächen erforderlich mit
einer maximalen Rauhtiefe von Rt < 0,5 µm.
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ALLGEMEINE RICHTLINIEN
FÜR DIE BEARBEITUNG VON KOHLENSTOFF UND GRAFIT
Kohlenstoff und Grafit sind auf allen Bearbeitungs- und Werkzeugmaschinen bis zu engsten Toleranzen bearbeitbar. Während der Zerspanung bleibt das Werkstück dimensionsstabil und erfährt keine
Veränderung des Gefüges.
Absaugen:
Bei allen Bearbeitungen ist für gute Staubabsaugung zu sorgen (z.B. Industriestaubsauger mit mindestens 30 mbar Unterdruck und 20 m/s Luftgeschwindigkeit).
Geschmierte Maschinenantriebselemente müssen abgedeckt werden, bewegte
Teile bzw. Führungsbahnen sind fett- und ölfrei zu halten.
Kühlen:
Die Verwendung von Schneid- und Kühlflüssigkeit ist unzulässig. Lediglich für
Honen, Läppen und teilweise für Schleifen und Trennen wird Wasser als Kühlmittel verwendet.
Spannen:
Das Spannen der Teile muss vorsichtig und leicht erfolgen, der Spanndruck sollte
auf eine möglichst große Fläche verteilt werden. Bei Teilen mit geringer Wandstärke (< 0,1 d bzw. < 10 mm) muss eine Innenbearbeitung in Spannzangen oder
Spreizringen erfolgen. Zur Außenbearbeitung empfiehlt sich die Aufnahme des
Teiles auf einen Dorn.
Werkzeuge:
Generell gilt für alle Dreh-, Bohr- und Fräswerkzeuge: Freiwinkel α: 15°...25°;
Keilwinkel β: 65°...75°; Spanwinkel γ: ± 2°, große Schneideradien verhindern
Ausbrüche am Werkstück. Vorzugsweise werden die Hartmetallsorten k 05 und k
10 sowie Diamantwerkzeuge eingesetzt.
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BEARBETUNGSSCHNITTWERTE
Sägen:
HSS- und Bi-Metallbandsägeblätter 3 Zähne pro Zoll,
Schnittgeschwindigkeit: 100 m/min
Trennschneiden:
Siliziumcarbid-Scheiben, Körnung 36...60
Schnittgeschwindigkeit: 20...30 m/s
Diamant-Trennscheiben, Körnung 100...200µm,
Galvanik- und Bronzebindung
Schnittgeschwindigkeit: 30...50 m/s
Drehen:
Kohlenstoff
Grafit
Bohren:
Werkzeuge
Hartmetall k 10
Schruppen
Schnittgeschw.
m/min
100...150
Vorschub
mm/U
0,10...0,20
Spantiefe
mm
bis 15
Schlichten
150...200
0,05...0,15
0,10...0,30
Schruppen
100...200
0,20...0,50
bis 25
Schlichten
200...400
0,05...0,20
0,10...0,50
Schnittgeschw.
m/min
80
Vorschub
mm/U
0,10...0,30
150...300
0,10...0,50
Schnittgeschw.
m/min
50...100
Vorschub
mm/min
100...200
Spantiefe
mm
3
Schlichten
100
100...200
0,2...1
Schruppen
50...150
150...1000
15...30
Schlichten
100...200
150...600
0,2...2
Schnittgeschw.
m/s
Vorschub
mm/min
Spantiefe
mm
20...30
200...400
0,05...5
20...35
500...2000
0,05...10
Werkzeuge
Hartmetall k 10
Kohlenstoff
Grafit
Fräsen:
Kohlenstoff
Grafit
Schleifen:
Kohlenstoff
Grafit
Werkzeuge
Hartmetall k 10
Schruppen
Werkzeuge
SiC-Scheiben
Körnung: 24 - 60
Härte: F - J
Gefüge: 6 - 9
Kohlenstoff und Grafit lassen sich zur Einhaltung engster Toleranzen sehr gut läppen und honen.
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GRAPHITE COVA GLEITLAGER
ANWENDUNGSBEREICHE: MASCHINEN- UND APPARATEBAU
Auf vielen Gebieten des Maschinen- und Apparatebaus hat sich der Einsatz von Kohlenstoff- und
Grafitlagern bestens bewährt. Unter folgenden Bedingungen ist der Einsatz von GraphiteCOVALagerwerkstoffen zu empfehlen:
Bei hohen und tiefen Temperaturen, bei denen übliche Schmiermittel nicht eingesetzt werden
können.
In Medien mit ungünstigen Schmiereigenschaften (wässrige Lösungen, Benzin, Flüssiggase, Wasser)
In korrosiven Medien, welche die Verwendung von Gleitlagern aus anderen Werkstoffen ausschließen.
Wenn das Fertigungsgut nicht durch flüssige Schmiermittel verunreinigt werden darf (Nahrungsmittel, Arzneimittel)
Wenn mit Rücksicht auf die Umgebung ein Trockenlauf der Anwendung von flüssigen Schmiermitteln vorgezogen werden muß.
Lager mit naß/trockenem Wechsellauf
Versteckte, nicht wartungsfähige Maschinenlager
Abbildung 4: Ausführungen als Zylinder-, Bund-, Kalottenlager
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LAGER- EINBAURICHTLINIEN UND GESTALTUNG
Maßgebend für die Gestaltung von Radiallagern und Bundlagern aus Kohlenstoff und Grafit ist DIN
1850, Teil 4 „Buchsen für Gleitlager aus Kunstkohle“. Hinweise für die Anbringung von Schmiernuten
sind in DIN 1850, Teil 2 und DIN 1591 enthalten.
Für Radial- und Axiallager im Trockenlauf empfehlen wir glatte Bohrungen. Kohlenstoffradiallager für
Nasslauf können je nach Anwendungsfall Längsnuten enthalten. Für Axiallager im Nasslauf sind Nuten zu empfehlen.
Im Normalfall werden die Lager direkt in das Gehäuse oder in Metallbuchsen eingeschrumpft bzw.
eingepresst. Beim Einpressen und Einschrumpfen muss der niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient von Kohlenstoff und Grafit (3...5 x 10-6/K) berücksichtigt werden.
KALTEINPRESSEN
Für einen Kaltpresssitz in Stahl reicht eine Überschneidung entsprechend H7/s6 nur für Temperaturen bis etwa 100°C aus. Für Gehäusewerkstoffe mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Stahl ist die obere Temperaturgrenze entsprechend niedriger. Für das Einpressen sollte
ein Einpressdorn mit Bund, dessen Durchmesser etwa drei Toleranzfelder unter der Bohrungstoleranz der Kohlenstofflager im Anlieferungszustand liegt, verwendet werden. Je nach Qualität und Lagerabmessung verengt sich die Bohrung um 70 – 85% des Einpressübermaßes.
EINSCHRUMPFEN
Für Kohlenstofflager, die bei Betriebstemperaturen über 100°C zum Einsatz kommen, empfehlen wir
das Einschrumpfen direkt in die Metallfassungen. Beim Einschrumpfen der Lager legt man die Toleranzüberschneidung erfahrungsgemäß in den Bereich entsprechend H7 / x 8... z8 und wählt die Vorwärmtemperatur der Fassung so hoch, daß sich die kalten Lager leicht einsetzen lassen. Beim Einschrumpfen verengt sich die Kohlenstofflagerbohrung bei den obengenannten Schrumpfsitzen H7 / x
8... z8, je nach Wandstärkenverhältnis, um etwa 80 bis 100% des Einschrumpfübermaßes. Zur Erhaltung genauer Toleranzen empfiehlt es sich, die Lagerbohrung nach dem Einschrumpfvorgang auf
Maß nachzuarbeiten.
EINKLEBEN
Bei Lagern mit geringen Temperaturbelastungen (200°C) ist das Einkleben ins Gehäuse mit herkömmlichen Klebern (z.B. Technicoll 8280) möglich. Für höheren Temperatureinsatz müssen verkokbare
GraphiteCOVA – Spezialkleber eingesetzt werden.
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LAGERSPIEL
Bei Kohlenstofflagern ist allgemein ein etwas größeres Einbaulagerspiel vorzusehen
vo sehen als bei ölgeölg
schmierten Gleitlagern. Nachstehende Werte sind zu beachten:
Nasslauf:
1...3 ‰ vom Wellendurchmesser bei Betriebstemperatur
Trockenlauf:
3...5 ‰ vom Wellendurchmesser bei Betriebstemperatur
ZULÄSSIGE BELASTUNG UND GLEITGESCHWINDIGKEITEN
Abbildung 5:: p · v Diagramm Gleitlager
Die zulässige Lagerpressung richtet sich nach der Umfangsgeschwindigkeit der Welle und den ReiRe
bungsverhältnissen der KohlenstoffKohlenstoff bzw. Grafitlager. Für trocken laufende Lager sind die zulässigen
Belastungswerte durch Prüfstandsversuche ermittelt worden. Entsprechende Werte sind aus dem
nachstehenden p · v-Diagramm
Diagramm ersichtlich (Abb. 5). Der zulässige Lagerverschleiß wurde mit 1 µm/h
gewählt.
t. In der Praxis tritt in vielen Betriebsfällen eine zusätzliche Schmierung durch die BetriebsflüsBetriebsflü
sigkeit auf. Hierdurch können sich bei gleichbleibendem Verschleiß die Werte aus dem p · v Diagramm beträchtlich erhöhen.
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GRAPHITE COVA DICHTUNGEN
ANWENDUNGSBEREICH
Im Maschinenbau haben sich Graphite COVA Dichtungen aus Kohlenstoff und Grafit seit Jahren bewährt. Auf Grund ihrer selbstschmierenden Eigenschaften sowie der guten Korrosions- und Temperaturbeständigkeit werden Graphite COVA Dichtungen sowohl bei rotierenden als auch bei hin- und
hergehenden Bewegungen eingesetzt.
Der Einsatz von Graphite Cova Dichtungen bietet sich bei folgenden Bedingungen an:
Medium darf durch Öl nicht verunreinigt werden
metallische Dichtwerkstoffe scheiden wegen Korrosionsgefahr oder unzureichender Notlaufeigenschaften aus
Betriebstemperatur liegt außerhalb des für Schmieröle zulässigen Bereiches
die Dichtungen müssen trocken arbeiten
Unter dem Oberbegriff Dichtungen wird nach folgenden Ausführungen (Konstruktionsmerkmalen)
unterteilt:
Kolben- und Führungsringe
Gleitringe
Dampfkopfringe
Wasserturbinenringe
Packungsringe
EINBAU UND GESTALTUNG
Ringaußendurchmesser [mm]
Ebenso wie bei Kohlenstofflagern ist auch bei Kohlenstoffdichtungsringen von ausschlaggebender Bedeutung, dass die Gegenlaufflächen feinstbearbeitet werden. Zu empfehlen sind geläppte Oberflächen.
Graphite COVA Kohlenstoffdichtungen können unter Beachtung der für
Kohlenstoff gültigen Gestaltungsrichtlinien häufig gegen Kunststoff- oder
Metalldichtungen ausgetauscht werden.
Die Herstellung von einteiligen Ringen ist bis zu einem Durchmesser von
410 mm möglich. Bei Ringen mit größeren Durchmessern wird eine
Segmentierung vorgenommen. Die Mindestanzahl der Segmente ist aus
nebenstehender Tabelle ersichtlich.
bis
Anzahl der
Segmente
350
3
450
4
650
6
800
8
1000
12
2000
16
3000
24
4000
30
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GRAPHITE COVA KOLBEN- UND FÜHRUNGSRINGE
ANWENDUNGSBEREICH: KOMPRESSORENBAU
In der chemischen Verfahrenstechnik kommen für die Verdichtung von tiefkalten, verflüssigten Gasen in zunehmendem Maße trockenlaufende Kolbenkompressoren zum Einsatz. Großer Wert wird
hierbei auf gute Trockenlaufeigenschaften gelegt. Graphite COVA Kohlenstoff und Grafit erfüllen
obige Bedingung bestens.
Zur Abdichtung der Kolben- und Führungsstangen werden dabei einteilige, geschlitzte oder mehrteilige Ringe mit überlappten oder verzapften Stoßstellen verwendet. Mit Graphite COVA Ringen können bei der Verdichtung von Gasen mit normalem Feuchtigkeitsgehalt (Taupunkt um 0°C) im Trockenlauf Betriebszeiten von über 10 000 Stunden erreicht werden.
Die Lebensdauer der Kolben- und Führungsringe wird desto geringer, je trockener die Gase sind (Einsatzgrenze für Kohlenstoff und Grafit bei einem Taupunkt von –60°C).
Die Kolbengeschwindigkeit sollte 4 m/s nicht überschreiten. Bei höheren Kolbengeschwindigkeiten
ist mit einem sehr starken Verschleiß der Kolbenringe zu rechnen.
Zur Erzielung eines möglichst gleichmäßigen und langanhaltenden Dichtungseffektes ist es – wie bereits erwähnt – erforderlich, die Gegenlaufteile z.B. durch Läppen oder Honen mit einer möglichst
feinen Oberflächenbeschaffenheit zu versehen. (Rt < 1,0 µm). Größere Oberflächenrautiefen können
zu einem Anstieg des Ringverschleißes führen.
Für radial dichtende Ringe gibt es eine Reihe bewährter metallischer Federelemente, deren Werkstoffauswahl sich nach den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen richtet. Die Spannelemente,
die so angeordnet sind, dass sie die Kohlenstoffringe radial an die Zylinderwand drücken, müssen für
einen Anpressdruck von ca. 1,0...1,5 N/cm2 dimensioniert sein.
Kohlenstoff- und Grafitkolbenringe werden einteilig, geschlitzt oder mehrteilig mit Überlappung und
eventuell zusätzlicher Verzapfung der Stoßstellen geliefert. Einen schematischen Überblick über die
verschiedenartige Gestaltung der Stoßstellen vermittelt die Abbildung 6.
Der schräge Stoß (Ausführung a) wird in der Regel bevorzugt, da er sich einfach bearbeiten lässt und
gegenüber dem geraden Stoß einen etwas geringeren Durchtrittsquerschnitt aufweist. Bei hohen
Druckdifferenzen und niedrigen Kolbengeschwindigkeiten kommt entweder der überlappte Stoß
(Ausführung b) oder der überlappt-verzapfte Stoß (Ausführung d) zum Einsatz.
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AUSFÜHRUNG A
RING MIT SCHRÄGEM STOSS
AUSFÜHRUNG B
RING MIT ÜBERLAPPTEM STOSS
AUSFÜHRUNG C
RING MIT EINFACHER VERZAPFUNG
AUSFÜHRUNG D
RING MIT ÜBERLAPPT-VERZAPFTEM
ÜBERLAPPT
STOSS
Abbildung 6: Verschiedene Ausführungsformen von geschlitzten KohlenstoffKohlenstoff und Grafitringen
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GRAPHITE COVA GLEITRINGE
ANWENDUNGSBEREICHE: MASCHINEN-, PUMPEN-, HAUSHALTSGERÄTEUND KRAFTFAHRZEUGINDUSTRIE, SCHIFFBAU
Bei der Axialabdichtung rotierender Wellen wurden die früher üblichen Packungsstopfbuchsen weitgehend durch Gleitringdichtungen ersetzt.
Vorteile der Gleitringdichtungen sind:
geringere Leckverluste
längere Lebensdauer
höhere Betriebssicherheit.
Gleitringdichtungen werden hauptsächlich für Dichtungen zwischen Flüssigkeiten und Gasen, bei
hohen Drehzahlen, eingesetzt. Bei der Abdichtung gegen Gase, chemisch aggressive oder hoch erhitzte Medien empfiehlt sich die Verwendung der doppeltwirkenden Gleitringdichtung. Die Sperrflüssigkeit zwischen den beiden Gleitringdichtungen übernimmt die Schmierung der Gleitflächen,
führt anfallende Reibungswärme ab und erzeugt gleichzeitig den nötigen Sperrdruck.
Eine Gleitringdichtung besteht aus folgenden Hauptbauteilen:
feststehender Gleitring (Gegenring, z.B. Hartmetall, Keramik)
umlaufender Gleitring (Kohlenstoff)
Federelement (zur Erzielung von ca. 5...20 N/cm2 Anpressdruck)
Der Durchmesser des Gegenlaufrings sollte gleich oder größer als der des Kohlenstoffgleitringes sein.
Die Bearbeitung der Kohlenstoffgleitfläche sowie der Gegenlauffläche ist für den Verschleiß von ausschlaggebender Bedeutung. In der Praxis haben sich deshalb geläppte Gegenlaufflächen bestens
bewährt.
Nach der Einlaufphase liegt der Dauerverschleiß im Mittel zwischen 0,03...0,20 µm/h. Da der Dauerverschleiß der Kohlenstoffgleitringe außerordentlich gering ist, kann man aus den Ergebnissen von
Prüfstandsversuchen nur schwer Rückschlüsse auf die Standzeit der Ringe ziehen. Die Verschleißwerte schwanken innerhalb weiter Grenzen. Sie sind abhängig von einer Vielzahl nicht konkret zu erfassender Faktoren, wie z.B. Werkstoffpaarung, Temperaturbedingungen, Reibungsverhalten etc. In der
Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass bei einwandfrei arbeitenden axialen Gleitringdichtungen und
richtiger Qualitätswahl für Graphite Cova Kohlenstoffgleitringe und Gegenlaufringe mit Standzeiten
von vielen Jahren gerechnet werden kann.
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DRUCKDICHTE
Imprägnierte Dichtungsringe reichen für normale Betriebsbedingungen völlig aus. Für besonders
hohe Beanspruchung liefern wir auch Ringe in gasdichter Ausführung, die speziell auf Druckdichte
geprüft werden.
Beim Einschrumpfen oder Einpressen von Graphite COVA Kohlenstoffgleitringen in Metallfassungen
sind die gleichen Punkte wie bei Kohlenstofflagern zu beachten (s. S. 9). Ein Schrumpfsitz bietet nicht
immer eine ausreichende Gewähr für axiale Dichte. Es ist deshalb günstiger, die Kohlenstoffgleitringe
in diesen Fällen in die Fassung einzukleben.
Abbildung 7: Kohlenstoffringe für Gleitringdichtungen
Abbildung 8: Dichtungsprinzip einer einfach wirkenden Gleitringdichtung mit Kohlenstoffring
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GRAPHITE COVA DAMPFKOPFRINGE
Dampfbeheizte Trockner und Kalander in Prozessanlagen der
Papierindustrie
Textilindustrie
Kautschuk- und Gummi-Industrie
Chemischen Industrie
werden bei bewährten Konstruktionen an der Dampf-Ein- und -Ausströmung mit seitlich angepressten Dichtungsringen aus Kohlenstoff versehen. Die einteiligen Dichtungselemente haben im Allgemeinen konkav oder konvex ausgebildete Oberflächen. Mit dieser Formgebung sind die Dichtungsringe in der Lage, sich bei pendelnden Bewegungen der Kalandertrommeln entsprechend einzustellen.
Den prinzipiellen Einbau der Kohlenstoffdichtringe in Heizgelenke von Kalandertrocknern ist in Abbildung 9 dargestellt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sich die äußeren und inneren Dampfzuführungsrohre unabhängig voneinander bewegen und temperaturbedingte Längenveränderungen ausgeglichen werden können.
Die Gleitflächen der Graphite COVA Kohlenstoffdichtungen erreichen bereits nach kurzer Einlaufzeit
die für die Dichtungsfunktion erforderliche Oberflächengüte. Abbildung 11 zeigt die nahezu polierte,
gratfreie Lauffläche einer Kohlenstoffdichtlinse nach ca. 10.000 Betriebsstunden.
Graphite COVA stellt einteilige Ringe aus Kohlenstoff
und Grafit für Dampfkopfdichtungen in gängigen Formen und in wirtschaftlich und technisch bewährten
Qualitäten her.
Für ölfreie dampfgeschmierte Dichtungen empfehlen
wir unsere Qualität B 525; für die Gegenlager ohne
Dampfschmierung unsere Qualität B 520 DXT.
Abbildung 10: Einteilige Dampfkopfdichtringe aus Kohlenstoff
Abbildung 9: Schematische Darstellung des Einbaus
eines Kohlenstoffdichtrings im Heizgelenk
des Kalandertrockner
Abbildung 11: Lauffläche eines Kohlenstoffdichtrings nach 10.000 Betriebsstunden
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GRAPHITE COVA WASSERTURBINENRINGE
In Wasserkraftanlagen übertragen bekanntlich vertikal oder horizontal eingebaute Francis- bzw. Kaplan-Turbinen die Wasserkraft zur Stromerzeugung auf die angekuppelten Dreiphasengeneratoren
großer Leistung.
Die Abdichtung der Turbinenwelle erfolgt hierbei durch Kohlenstoffringe. Diese werden aus mehreren Segmenten mit Stoßfugenspiel zusammengestellt. Um ein Zusammenschieben im Betrieb zu verhindern, wird jedes Segment an der Gehäusewand arretiert. Der Anpressdruck der Ringe sollte zwischen 1,5 ... 2,0 N/cm2 liegen.
Ähnliche Konstruktionen werden auch bei großen Speicherpumpen benutzt. Graphite COVA stellt für
dieses Einsatzgebiet bis zu 30fach segmentierte Ringe in Durchmessern bis 4000 mm her.
Nachfolgende Abbildung zeigt überlappt-verzapfte Kohlenstoffringsegmente für Wellenabdichtungen
an Wasserkraftturbinen.
Abbildung 12: Überlappt-verzapfte Kohlenstoffsegmente für Wellenabdichtungen an Wasserkraftturbinen
SEITE 18
GRAPHITE COVA PACKUNGSRINGE
Bei den Packungsringen unterscheidet man zwischen berührungsfreien Dichtungen (Spaltdichtungen)
und Berührungsdichtungen.
Bei der Berechnung der Bohrungstoleranzen ist auf den wesentlich kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten (3 ... 5 x 10-6/K) von Kohlenstoff und Grafit gegenüber Metallen zu achten.
Der zur Erzielung einer guten Dichtwirkung nötige Anpressdruck der Kohlenstoffringe an den Zylinder
wird durch Einsetzen einer umlaufenden Schlauchfeder bewirkt.
Als Federwerkstoffe haben sich in der Praxis bewährt:
bis 300°C
normaler Federstahldraht
bis 350°C
V2A-Draht (1.4310)
V2AE-Draht (.4571) sehr korrosionsbeständig
bis 550°C
Silverindraht (sehr spröde, nicht sehr dehnbar
Es kommen Drahtstärken von 0,2 ... 1,5 mm zum Einsatz. Für die Berechnung der Schraubenzugfeder
kann man einen maximal zulässigen Anpressdruck des Kohlenstoffringes an den Zylinder von 1... 1,5
N/cm2 zu Grunde legen. Die Dichtungsringe sind gegen Verdrehen zu sichern.
Kohlenstoffringe für Berührungsdichten
Kohlenstoffringe für Spaltdichtungen
Abbildung 13: Kohlenstoffringe für Berührungs- und Spaltdichtungen
r
t
n
S
=
=
=
=
Nutzradius
Nuttiefe
Anzahl der Segmente
Gesamtspalt (S1 = s/n)
D =
1,5 x d; H ~ 0,2 x d; Federaußen ø ~ 0,5 x H
r
t
Federaußen ø/2 + 0,5
Federaußen ø/2
=
=
Abbildung 14: Bemaßung eines Rings und Berechnung der Schraubenzugfeder
SEITE 19
GRAPHITE COVA SPALTDICHTUNGEN
Mehrteilige Kohlenstoffringe finden bevorzugte Anwendung zur axialen Abdichtung von Wellen z.B.
bei Dampfturbinen. Im Allgemeinen werden 4 bis 8 Kohlenstoffringe hintereinander angeordnet und
mit den entsprechenden Deckringen zu Kammerpackungen zusammengesetzt.
Abbildung 15 zeigt die Vorder- und Seitenansicht eines vierteiligen Kohlenstoffpackungsrings mit
einfach verzapften Segmentstößen. Die umlaufende Nut ist für das Einsetzen einer Spiralfeder vorgesehen, mit der man den Ring radial gegen die Welle verspannen kann. Nach dem Einlaufen entsteht
zwischen Welle und Kohlenstoffringen ein sehr enger Ringspalt, der eine hohe Dichtungswirkung
gewährleistet.
Abbildung 15: Vierteiliger Kohlenstoffpackungsring
SEITE 20
GRAPHITE COVA BERÜHRUNGSDICHTUNGEN
Im Gegensatz zu den berührungsfreien Dichtungen (Spaltdichtungen) sind diese Packungsringe in
ständiger Berührung mit dem Gegenlaufteil. Sie werden nur für die Abdichtung axial bewegter Maschinenteile, z.B. Kolbenstangen, herangezogen und sind einer ständigen Abnutzungsbeanspruchung
ausgesetzt.
Durch entsprechende Formgebung, insbesondere durch die optimale Segmentunterteilung in tangentiale Gleitebenen, zeichnen sich Graphite COVA Kohlenstoffringe durch hohen Verschleißvorrat
aus. Im praktischen Einsatz ergeben sich daher selbst bei wartungsfreiem Betrieb lange Standzeiten
bei bester Dichtwirkung auf kleinstem Raum.
Abbildung 16: Kohlenstoffdichtringe mit nicht radial geschnittenen Segmentstößen
SEITE 21
GRAPHITE COVA DICHTUNGSLEISTEN
GRAPHITE COVA TRENNSCHIEBER FÜR ROTATIONSKOMPRESSOREN
Bei der Förderung oder Dosierung von Flüssigkeiten mit geringer Benetzungsfähigkeit, ferner für die
Betätigung ölfreier Druckluftwerkzeuge und als Drucklufterzeuger für pneumatische Einrichtungen,
z.B. in der Verpackungsindustrie, für Melkmaschinen u.a., werden in zunehmenden Stückzahlen
Drehflügelpumpen (Vielzellenverdichter) mit Kohlenstofftrennschiebern verwendet.
Der Werkstoff Kohlenstoff hat sich auf diesem Anwendungsgebiet wegen seiner hervorragenden
Gleiteigenschaften, sowohl bei Nass- als auch Trockenlauf, gegenüber anderen Materialien als überlegen erwiesen.
In der nebenstehenden Abbildung 17 ist im Prinzip die
Funktion des Rotationsverdichters erkennbar; Die in
Nuten des exzentrisch gelagerten Läufers eingesetzten
Trennschieber aus Kohlenstoff unterteilen den Raum
zwischen Gehäuse und Rotor in eine Anzahl Zellen unterschiedlichen Volumens. Bei der Drehung legen sich
die Kohlenstoffschieber infolge der Fliehkraft mit
leichtem Druck und dichtend an die Gehäusewand an
und verbinden dabei die einzelnen Zellräume in abwechselnder Reihenfolge mit der Saug- bzw. Druckseite
Abbildung 17: Gehäuse und Trennschieber eines der Pumpe. Einstufige Verdichter sind bis etwa 3 ... 4
Rotationskompressors aus Kohlens- bar, zweistufige bis ca. 8 bar einsetzbar. Kohlenstofftoff
trennschieber stellen wir in dimensionsmäßig weiten
Grenzen her. Abbildung 18 veranschaulicht, welche Toleranzen und Oberflächenbearbeitung wir im
Allgemeinen bei Trennschiebern einhalten. Daneben fertigt Graphite COVA aus dem gleichen Kohlenstoffmaterial auch Gehäuse und Deckscheiben. Letztere dienen als seitliche Anlaufflächen für die
Rotoren der Drehflügelpumpen. Unser Fertigungsprogramm für diesen Anwendungssektor umfasst
ferner Kohlenstoffschieber als Steuerelemente für hin- und hergehende Bewegung, z.B. zum Öffnen
und Schließen von Ventilen. Für die Standzeit des Kohlenstoffmaterials stellt der Grad der Laufflächenrauigkeit ein entscheidendes Kriterium dar.
Deshalb sollten bei Rotationskompressoren auch die Zylinderoberflächen feinstgeschliffen oder gehont sein. Rautiefen von Rt >
2 μm sind zu vermeiden.
Als Gegenlaufwerkstoffe zu den drehenden Teilen aus Kohlenstoff Abbildung 18: Toleranzangaben für
kommen neben diesem selbst noch folgende Metalle in Betracht:
Kohlenstofftrennschieber
Hartverchromte Laufflächen
Rost- und säurebeständige Stähle
Nichtrostender oder hitzebeständiger
Gusseisen mit Kugelgrafitstruktur
Stahlguss
Unlegierter Grauguss hoher Härte
(z.B. Meehanite)
Mangan- oder Phosphorbronzen
SEITE 22
GRAPHITE COVA DICHTLEISTEN
In maschinellen Einrichtungen der Papier- und Zellstoffindustrie finden Dichtungselemente aus Kohlenstoff oder Grafit vielseitige Anwendung; so werden beispielsweise Siebsaugwalzen an Papiermaschinen mit Kohlenstoffdichtleisten ausgerüstet. Infolge des niedrigen Reibungsfaktors und des damit
verbundenen geringen Verschleißes der Leisten lassen sich mit diesen Spezialmaschinen hohe Nutzlaufzeiten erzielen.
Abbildung 19: Kohlenstoffdichtleisten für Siebsaugwalzen in Papiermaschinen
SEITE 23
GRAPHITE COVA ABSTREIFERLEISTEN
Der anwendungstechnische Schwerpunkt für Abstreiferleisten aus Kohlenstoff liegt in der Textil- und
Nahrungsmittelindustrie. Die Teile werden dort beispielsweise bei Einfärbeanlagen in Textilmaschinen zum Abstreifen des Farbstoffes an Druckkalandern eingesetzt. Konstrukteure nützen hier vor
allem die hohe Korrosionsbeständigkeit von Kohlenstoff und Grafit und ihre chemische Neutralität
gegenüber einer Vielzahl aggressiver Chemikalien mit Vorteil aus.
Abbildung 20: Abstreiferleisten aus Grafit
SEITE 24
GRAPHITE COVA LAGER- UND DICHTUNGSWERKSTOFFE
KOHLENSTOFF- UND GRAFITQUALITÄTEN
B 497 XN
B 513 XN
B 527 XN
B 520 DXT
B 521
Gleitlager
X
X
X
Führungsringe
X
X
Kolbenringe
X
X
ANWENDUNGSGEBIET
B 525
Gleitringdichtungen
X
Dampfkopfringe
X
X
Wasserturbinenringe
X
X
Speicherpumpenringe
X
X
Spaltdichtungen
X
X
Berührungsdichtungen
X
Trennschieber
X
X
Dichtleisten
X
X
Abstreiferleisten
X
X
X
X
SEITE 25

Lager und Dichtungselemente

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