Lager und Dichtungselemente - Graphite COVA GmbH...LAGER- UND DICHTUNGSELEMENTE FÜR DEN MASCHINENBAU SEITE 2 EINFÜHRUNG Lager, Ringe und Leisten aus Kohlenstoff und Grafit stellen

LAGER- UND DICHTUNGSELEMENTE

FÜR DEN MASCHINENBAU

GRAPHITE COVA GMBH

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

LAGER- UND DICHTUNGSELEMENTE FÜR DEN MASCHINENBAU SEITE 2

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 Tem-

peraturbeständigkeit, erklären die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten dieser Werkstoffe im Ma-

schinenbau und in der Verfahrenstechnik.

Lager, Dichtungsringe und Leisten aus Kohlenstoff und Grafit finden als trocken laufende oder flüs-

sigkeitsbenetzte 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 ausrei-

chender 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 Dich-

tungsprobleme geeignet.


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 Temperaturbeständig-

keit durch die Temperaturbehandlung bei der Herstellung der einzelnen Qualitäten gegeben (z.B.

obere Einsatzgrenze von Grafit bei etwa 3000°C). Selbstverständlich wird die Temperaturbeständig-

keit durch verschiedene Imprägnierungen beeinflusst. Bei Harzimprägnierung max. Einsatztempera-

tur 180°C, bei Bleiimprägnierung 200°C und bei Antimonimprägnierung 450°C.

CHEMISCHE BESTÄNDIGKEIT

Kohlenstoff und vor allem Grafit sind gekennzeichnet durch eine ausgezeichnete chemische Bestän-

digkeit gegenüber nahezu allen organischen und anorganischen Medien. Ausnahmen hiervon bilden einige stark oxidierende Säuren, Laugen, Halogene sowie Alkalimetall-Schmelzen.


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 Reibungskoeffi-

zient 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 Glät-

tung der Reibungsflächen ein konstanter Wert erreicht wird.

Bei konstanter spezifischer Belastung und steigender Gleitgeschwindigkeit oder konstanter Gleitge-

schwindigkeit und steigender spezifischer Belastung nimmt der Reibungskoeffizient ebenfalls ab.


ÄNDERUNG DES REIBUNGSKOEFFIZIENTEN µ BEIM EINLAUF

REIBUNGSKOEFFIZIENT µ IN ABHÄNGIGKEIT VON DER MITTLEREN GLEITGESCHWINDIGKEIT

REIBUNGSKOEFFIZIENT µ IN ABHÄNGIGKEIT VON DER SPEZ. BELASTUNG

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0 2 4 6 8 10 12

Re

ibu

ngs

koe

ffiz

ien

tµ

mittlere Geschwindigkeit [m/s]

spez. Belastung 10 N/cm2

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0 20 40 60 80 100 120

Re

ibu

ngs

koe

ffiz

ien

t µ

spez. Belastung [N/cm2]

mittlere Gleitgeschw. 0,9 m/s

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Re

ibu

ngs

koe

ffiz

ien

t µ

Laufzeit [min]

spez.Belast.10 N/cm2

mittlere Gleitgeschw. 0,9 m/s

Abbildung 1

Abbildung 2

Abbildung 3


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, mög-

lichst 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.


ALLGEMEINE RICHTLINIEN FÜR DIE BEARBEITUNG VON KOHLENSTOFF UND GRAFIT

Kohlenstoff und Grafit sind auf allen Bearbeitungs- und Werkzeugmaschinen bis zu engsten Toleran-

zen 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. Industrie-

staubsauger mit mindestens 30 mbar Unterdruck und 20 m/s Luftgeschwindig-

keit).

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 Kühl-

mittel 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 Wand-stärke (< 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.


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: Werkzeuge

Hartmetall k 10 Schnittgeschw.

m/min Vorschub

mm/U Spantiefe

mm

Kohlenstoff Schruppen 100...150 0,10...0,20 bis 15

Schlichten 150...200 0,05...0,15 0,10...0,30

Grafit Schruppen 100...200 0,20...0,50 bis 25

Schlichten 200...400 0,05...0,20 0,10...0,50

Bohren: Werkzeuge


m/min Vorschub

mm/U

Kohlenstoff 80 0,10...0,30

Grafit 150...300 0,10...0,50

Fräsen: Werkzeuge


m/min Vorschub mm/min

Spantiefe mm

Kohlenstoff Schruppen 50...100 100...200 3

Schlichten 100 100...200 0,2...1

Grafit Schruppen 50...150 150...1000 15...30

Schlichten 100...200 150...600 0,2...2

Schleifen: Werkzeuge Schnittgeschw.

m/s Vorschub mm/min

Spantiefe mm

Kohlenstoff SiC-Scheiben

20...30 200...400 0,05...5 Körnung: 24 - 60

Grafit Härte: F - J

20...35 500...2000 0,05...10 Gefüge: 6 - 9

Kohlenstoff und Grafit lassen sich zur Einhaltung engster Toleranzen sehr gut läppen und honen.


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 GraphiteCOVA-

Lagerwerkstoffen zu empfehlen:

� Bei hohen und tiefen Temperaturen, bei denen übliche Schmiermittel nicht eingesetzt werden

können.

� In Medien mit ungünstigen Schmiereigenschaften (wässrige Lösungen, Benzin, Flüssiggase, Was-

ser)

� In korrosiven Medien, welche die Verwendung von Gleitlagern aus anderen Werkstoffen aus-

schließen.

� Wenn das Fertigungsgut nicht durch flüssige Schmiermittel verunreinigt werden darf (Nahrungs-

mittel, Arzneimittel)

� Wenn mit Rücksicht auf die Umgebung ein Trockenlauf der Anwendung von flüssigen Schmier-mitteln vorgezogen werden muß.

� Lager mit naß/trockenem Wechsellauf

� Versteckte, nicht wartungsfähige Maschinenlager

Abbildung 4: Ausführungen als Zylinder-, Bund-, Kalottenlager


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 Nu-

ten 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 Ausdehnungskoeffi-

zient 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 Temperatu-

ren bis etwa 100°C aus. Für Gehäusewerkstoffe mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffi-

zienten als Stahl ist die obere Temperaturgrenze entsprechend niedriger. Für das Einpressen sollte ein Einpressdorn mit Bund, dessen Durchmesser etwa drei Toleranzfelder unter der Bohrungstole-

ranz der Kohlenstofflager im Anlieferungszustand liegt, verwendet werden. Je nach Qualität und La-

gerabmessung 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 Tole-

ranzüberschneidung erfahrungsgemäß in den Bereich entsprechend H7 / x 8... z8 und wählt die Vor-wärmtemperatur der Fassung so hoch, daß sich die kalten Lager leicht einsetzen lassen. Beim Ein-

schrumpfen verengt sich die Kohlenstofflagerbohrung bei den obengenannten Schrumpfsitzen H7 / x

8... z8, je nach Wandstärkenverhältnis, um etwa 80 bis 100% des Einschrumpfübermaßes. Zur Erhal-

tung 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 herkömm-

lichen Klebern (z.B. Technicoll 8280) möglich. Für höheren Temperatureinsatz müssen verkokbare

GraphiteCOVA – Spezialkleber eingesetzt werden.

LAGER- UND DICHTUNGSELEMENTE FÜR DEN MASCHINENBAU

LAGERSPIEL

Bei Kohlenstofflagern ist allgemein ein etwas größeres Einbaulagerspiel vo

schmierten Gleitlagern. Nachstehende Werte sind zu beachten:

Nasslauf: 1...3 ‰ vom Wellendurchmesser bei Betriebstemperatur

Trockenlauf: 3...5 ‰ vom Wellendurchmesser bei Betriebstemperatur

ZULÄSSIGE BELASTUNG UND

Die zulässige Lagerpressung richtet sich nach der Umfangsgeschwindigkeit der Welle und den Re

bungsverhältnissen der Kohlenstoff

Belastungswerte durch Prüfstandsversuche ermittelt worden. Entsprechende Werte sind aus dem

nachstehenden p · v-Diagramm ersichtlich (Abb. 5). Der zulässige Lagerverschleiß wurde mit 1

gewählt. In der Praxis tritt in vielen Betriebsfällen eine zusätzliche Schmierung durch die Betriebsflü

sigkeit auf. Hierdurch können sich bei gleichbleibendem Verschleiß die Werte aus dem p ramm beträchtlich erhöhen.

UND DICHTUNGSELEMENTE FÜR DEN MASCHINENBAU

Bei Kohlenstofflagern ist allgemein ein etwas größeres Einbaulagerspiel vorzusehen als bei ölg

schmierten Gleitlagern. Nachstehende Werte sind zu beachten:

1...3 ‰ vom Wellendurchmesser bei Betriebstemperatur


ZULÄSSIGE BELASTUNG UND GLEITGESCHWINDIGKEITEN

Die zulässige Lagerpressung richtet sich nach der Umfangsgeschwindigkeit der Welle und den Re

bungsverhältnissen der Kohlenstoff- bzw. Grafitlager. Für trocken laufende Lager sind die zulässigen


Diagramm ersichtlich (Abb. 5). Der zulässige Lagerverschleiß wurde mit 1

t. In der Praxis tritt in vielen Betriebsfällen eine zusätzliche Schmierung durch die Betriebsflü

sigkeit auf. Hierdurch können sich bei gleichbleibendem Verschleiß die Werte aus dem p

Abbildung 5: p · v Diagramm Gleitlager

SEITE 11

sehen als bei ölge-



Die zulässige Lagerpressung richtet sich nach der Umfangsgeschwindigkeit der Welle und den Rei-

Grafitlager. Für trocken laufende Lager sind die zulässigen


Diagramm ersichtlich (Abb. 5). Der zulässige Lagerverschleiß wurde mit 1 µm/h

t. In der Praxis tritt in vielen Betriebsfällen eine zusätzliche Schmierung durch die Betriebsflüs-

sigkeit auf. Hierdurch können sich bei gleichbleibendem Verschleiß die Werte aus dem p · v Diag-

: p · v Diagramm Gleitlager


GRAPHITE COVA DICHTUNGEN

ANWENDUNGSBEREICH

Im Maschinenbau haben sich Graphite COVA Dichtungen aus Kohlenstoff und Grafit seit Jahren be-

währt. Auf Grund ihrer selbstschmierenden Eigenschaften sowie der guten Korrosions- und Tempera-

turbeständigkeit 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 Notlaufei-

genschaften 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

Ebenso wie bei Kohlenstofflagern ist auch bei Kohlenstoffdichtungsrin-

gen von ausschlaggebender Bedeutung, dass die Gegenlaufflächen feins-tbearbeitet 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.

Ringaußendurch- messer [mm]

Anzahl der Segmente

bis 350 3

450 4

650 6

800 8

1000 12

2000 16

3000 24

4000 30


GRAPHITE COVA KOLBEN- UND FÜHRUNGSRINGE

ANWENDUNGSBEREICH: KOMPRESSORENBAU

In der chemischen Verfahrenstechnik kommen für die Verdichtung von tiefkalten, verflüssigten Ga-

sen 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 mehrtei-

lige Ringe mit überlappten oder verzapften Stoßstellen verwendet. Mit Graphite COVA Ringen kön-

nen bei der Verdichtung von Gasen mit normalem Feuchtigkeitsgehalt (Taupunkt um 0°C) im Tro-

ckenlauf Betriebszeiten von über 10 000 Stunden erreicht werden.

Die Lebensdauer der Kolben- und Führungsringe wird desto geringer, je trockener die Gase sind (Ein-

satzgrenze 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 be-

reits 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 Werk-stoffauswahl 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.

LAGER- UND DICHTUNGSELEMENTE FÜR DEN MASCHINENBAU

Abbildung

UND DICHTUNGSELEMENTE FÜR DEN MASCHINENBAU

AUSFÜHRUNG A

RING MIT SCHRÄGEM STOSS

AUSFÜHRUNG B

RING MIT ÜBERLAPPTEM

AUSFÜHRUNG C

RING MIT EINFACHER VERZAPFUNG

AUSFÜHRUNG D

RING MIT ÜBERLAPPT

Abbildung 6: Verschiedene Ausführungsformen von geschlitzten Kohlenstoff

SEITE 14

RING MIT SCHRÄGEM STOSS

ÜBERLAPPTEM STOSS

EINFACHER VERZAPFUNG

ÜBERLAPPT-VERZAPFTEM STOSS

Verschiedene Ausführungsformen von geschlitzten Kohlenstoff- und Grafitringen


GRAPHITE COVA GLEITRINGE

ANWENDUNGSBEREICHE: MASCHINEN-, PUMPEN-, HAUSHALTSGERÄTE- UND KRAFTFAHRZEUGINDUSTRIE, SCHIFFBAU

Bei der Axialabdichtung rotierender Wellen wurden die früher üblichen Packungsstopfbuchsen weit-

gehend 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 er-

hitzte Medien empfiehlt sich die Verwendung der doppeltwirkenden Gleitringdichtung. Die Sperr-

flüssigkeit 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 aus-

schlaggebender 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 Dauer-

verschleiß der Kohlenstoffgleitringe außerordentlich gering ist, kann man aus den Ergebnissen von

Prüfstandsversuchen nur schwer Rückschlüsse auf die Standzeit der Ringe ziehen. Die Verschleißwer-

te schwanken innerhalb weiter Grenzen. Sie sind abhängig von einer Vielzahl nicht konkret zu erfas-

sender 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.


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


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 angepress-ten Dichtungsringen aus Kohlenstoff versehen. Die einteiligen Dichtungselemente haben im Allge-meinen konkav oder konvex ausgebildete Oberflächen. Mit dieser Formgebung sind die Dichtungs-ringe in der Lage, sich bei pendelnden Bewegungen der Kalandertrommeln entsprechend einzustel-len.

Den prinzipiellen Einbau der Kohlenstoffdichtringe in Heizgelenke von Kalandertrocknern ist in Abbil-dung 9 dargestellt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sich die äußeren und inneren Dampfzufüh-rungsrohre unabhängig voneinander bewegen und temperaturbedingte Längenveränderungen aus-geglichen 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 For-men 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 9: Schematische Darstellung des Einbaus eines Kohlenstoffdichtrings im Heizgelenk des Kalandertrockner

Abbildung 11: Lauffläche eines Kohlenstoffdicht-rings nach 10.000 Betriebsstunden

Abbildung 10: Einteilige Dampfkopfdichtringe aus Kohlenstoff


GRAPHITE COVA WASSERTURBINENRINGE

In Wasserkraftanlagen übertragen bekanntlich vertikal oder horizontal eingebaute Francis- bzw. Kap-lan-Turbinen die Wasserkraft zur Stromerzeugung auf die angekuppelten Dreiphasengeneratoren großer Leistung.

Die Abdichtung der Turbinenwelle erfolgt hierbei durch Kohlenstoffringe. Diese werden aus mehre-ren Segmenten mit Stoßfugenspiel zusammengestellt. Um ein Zusammenschieben im Betrieb zu ver-hindern, wird jedes Segment an der Gehäusewand arretiert. Der Anpressdruck der Ringe sollte zwi-schen 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


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 Ausdeh-nungskoeffizienten (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.

Abbildung 13: Kohlenstoffringe für Berührungs- und Spaltdichtungen

Kohlenstoffringe für Berührungsdichten

Kohlenstoffringe für Spaltdichtungen

Abbildung 14: Bemaßung eines Rings und Berechnung der Schraubenzugfeder

r = Nutzradius t = Nuttiefe n = Anzahl der Segmente S = Gesamtspalt (S1 = s/n) D = 1,5 x d; H ~ 0,2 x d; Federaußen ø ~ 0,5 x H r = Federaußen ø/2 + 0,5 t = Federaußen ø/2


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 vorge-sehen, 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


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 Ma-

schinenteile, z.B. Kolbenstangen, herangezogen und sind einer ständigen Abnutzungsbeanspruchung

ausgesetzt.

Durch entsprechende Formgebung, insbesondere durch die optimale Segmentunterteilung in tan-

gentiale 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


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 über-

legen 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 un-

terschiedlichen 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 ab-

wechselnder Reihenfolge mit der Saug- bzw. Druckseite

der Pumpe. Einstufige Verdichter sind bis etwa 3 ... 4

bar, zweistufige bis ca. 8 bar einsetzbar. Kohlenstoff-

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 Koh-

lenstoffmaterial 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 Laufflä-

chenrauigkeit ein entscheidendes Kriterium dar.

Deshalb sollten bei Rotationskompressoren auch die Zylinder-

oberflächen feinstgeschliffen oder gehont sein. Rautiefen von Rt >

2 μm sind zu vermeiden.

Als Gegenlaufwerkstoffe zu den drehenden Teilen aus Kohlenstoff

kommen neben diesem selbst noch folgende Metalle in Betracht:

� Hartverchromte Laufflächen

� Nichtrostender oder hitzebeständiger

Stahlguss

� Unlegierter Grauguss hoher Härte

� Rost- und säurebeständige Stähle

� Gusseisen mit Kugelgrafitstruktur

(z.B. Meehanite)

� Mangan- oder Phosphorbronzen

Abbildung 17: Gehäuse und Trennschieber eines Rotationskompressors aus Kohlens-toff

Abbildung 18: Toleranzangaben für Kohlenstofftrennschieber


GRAPHITE COVA DICHTLEISTEN

In maschinellen Einrichtungen der Papier- und Zellstoffindustrie finden Dichtungselemente aus Koh-

lenstoff oder Grafit vielseitige Anwendung; so werden beispielsweise Siebsaugwalzen an Papierma-

schinen mit Kohlenstoffdichtleisten ausgerüstet. Infolge des niedrigen Reibungsfaktors und des damit

verbundenen geringen Verschleißes der Leisten lassen sich mit diesen Spezialmaschinen hohe Nutz-

laufzeiten erzielen.

Abbildung 19: Kohlenstoffdichtleisten für Siebsaugwalzen in Papiermaschinen


GRAPHITE COVA ABSTREIFERLEISTEN

Der anwendungstechnische Schwerpunkt für Abstreiferleisten aus Kohlenstoff liegt in der Textil- und

Nahrungsmittelindustrie. Die Teile werden dort beispielsweise bei Einfärbeanlagen in Textilmaschi-

nen 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


GRAPHITE COVA LAGER- UND DICHTUNGSWERKSTOFFE

ANWENDUNGSGEBIET

KOHLENSTOFF- UND GRAFITQUALITÄTEN

B 497 XN B 513 XN B 527 XN

B 520 DXT B 521 B 525

Gleitlager X X X

Führungsringe X X

Kolbenringe X X

Gleitringdichtungen X

Dampfkopfringe X X

Wasserturbinenringe X X

Speicherpumpenringe X X

Spaltdichtungen X X

Berührungsdichtungen X X

Trennschieber X X

Dichtleisten X X X

Abstreiferleisten X X

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Lager und Dichtungselemente - Graphite COVA GmbH...LAGER- UND DICHTUNGSELEMENTE FÜR DEN MASCHINENBAU SEITE 2 EINFÜHRUNG Lager, Ringe und Leisten aus Kohlenstoff und Grafit stellen