DE2446684A1

DE2446684A1 - Dichtung fuer drehkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE2446684A1
Application number: DE19742446684
Authority: DE
Inventors: David Moskowitz; James C Uy
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1974-09-30
Publication date: 1975-04-03
Also published as: GB1470611A; SE7412284L; BR7408075D0; JPS5551417B2; SE409743B; AU7325074A; US3981062A; CA1041472A; IT1019445B; JPS5061508A

Description

patent attorneys ' PATENTAN^ALt¹E ' conseils en brevets . H. TISCHER · dipl.-ing. W. KERN · dipl-inc. H.-P. GAUGER

PA H. TlSCHER. W. KERN. H.-P. CAUCER ■ D β MÖNCHEN 2. TAL 71

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UNSER ZEICHEN. GFK-2665

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datum: 30. September 1974

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betreff. Anwalt-salt te : GFK-2665

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Dichtung für Drehkolbenmaschine^

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann als bekannt vorausgesetzt werden, daß sich bis jetzt alle Arten von Metallkarbiden infolge ihrer sehr hohen Verschleißfestigkeit, der hohen Schlagfestigkeit und der generellen hohen Festigkeit besonders für Werkzeuge bewährt haben. Diese günstigen Materialeigenschaften wären eigentlich eine ideale Voraussetzung fürjäie Verwendung

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solcher Metallkarbide auch für die Dichtungen, die in Drehkolbenmaschinen zwischen dem Drehkolben und dem umgebenden Gehäuse zur Anordnung kommen. Dieses Einsatzgebiet ist den Metallkarbiden bis jetzt jedoch völlig verschlossen gewesen, hauptsächlich deshalb, weil doch die Umgebungsbedingungen in solchen Drehkolbenmaschinen völlig abweichen von denjenigen bei Werkzeugen und weil weiterhin auch die konstruktiven Voraussetzungen und Zielsetzungen völlig abweichend voneinander sind.

Bei der Betrachung von Einzelheiten kann so zunächst festgestellt werden, daß die grosse Festigkeit und Härte eines Metallkarbids für eine Dichtung für Drehkolbenmaschinen sicherlich sehr wertvolle Materialeigenschaften darstellen, die aber deshalb eine andere Wertung erhalten müssen, weil bei einer solchen Dichtung das Metallkarbid nicht mehr wie bei einem Werkzeug eine damit in Berührung gebrachte Fläche zu bearbeiten hat. Wird derselbe Metailkarbid für eine Dichtung für Drehkolbenmaschinen benutzt, dann muss es außer dieser hohen Festigkeit und Härte wenigstens noch eine ausreichende Verschleißfestigkeit bezüglich der damit zusammenwirkenden Berührungsfläche haben, an welcher die Dichtung ziemlich stark reiben muss, um die in Drehkolbenmaschinen so wichtige Gasdichtigkeit zu erhalten. Anders als bei Werkzeugen, wo der Reibungsfaktor praktisch überhaupt keine Rolle spielt, sollte folglich das Metallkarbid, wird es für eine Dichtung für Drehkolbenmaschinen benutzt, außer einer grossen Härte auch noch gewisse Schmiereigenschaften haben, damit für die Dichtung eine lange Lebensdauer unter weitgehend konstanten Reibungsverhältnissen erhalten wird.

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Eine weitere Einzelheit betrifft die thermischen Verhältnisse, wo im Gegensatz zu den Werkzeugen mit teilweise extremen Werten für die Brennkammer einer Drehkolbenmaschine zu rechnen ist. Solche hohen Temperaturen in der Brennkammer einer Drehkolbenmaschine können zur Bildung von ßrandrissen in generell allen härten Werkstoffen führen, in welchem Zusammenhang für alle bis jetzt bekannten Metallkarbide gilt, daß diese sehr stark zu einer Rißbildung bei hohen Umgebungstemperaturen neigen. Diese Neigung zur Rißbildung wird bei einer in Betracht gezogenen Benutzung eines solchen Metallkarbids für eine Dichtung für Drehkolbenmaschinen den offensichtlichen Nachteil ergeben, daß dann keine ausreichende Gasdichtigkeit mehr geschaffen werden kann, so daß auch unter diesem Blickwinkel die Benutzung von Metallkarbiden für diesen besonderen Verwendungszweck bislang nicht zur Diskussion gestanden hat.

in diesem Zusammenhang ist im übrigen noch zu vermerken, daß der gewöhnlich exzentrisch angeordnete Drehkolben einer Drehkolbenmaschine mit seinen Spitzen Epitroehoide durchläuft, entlang von welchen jede am Drehkolben angeordnete Dichtung infolge der darauf einwirkenden dynamischen Kräfte reichlich unerwünschte Rattermarken in der umgebenden Gehäusewandung erzeugt. Sobald diese Rattermarken bestimmte Tiefen erreichen, geht dadurch die Gasdichtigkeit zunehmend verloren, und sobald dies eintritt, erreicht die Maschine einen zum Teil beträchtlichen Leistungsabfall. Die Ursache der Bildung solcher Rattermarken wird hautet sächlich in dem dynamischen Massengewicht der Dichtungen gesehen, die am Drehkolben angeordnet sind, und außerdem in deren relativer Freiheit, was die Reibung an der umgebenden Gehäusewandung anbetrifft. Auch in dieser Richtung hat man sich bislang vor unüberwindbare Probleme gestellt gesehen, was den möglichen Einsatz von Metall-

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karbiden für eine Dichtung für Drehkolbenmaschinen anbetrifft, weil es nicht möglich erschien, ein vertretbares Massengewicht zu erreichen, bei dem solche Rattermarken nicht oder wenigstens nur in der Stärke gebildet werden, mit der mit anderen Dichtungen gerechnet werden musste.

In der Technik ist allgemein bekannt, daß Graphit äußerst günstige Schmiereigenschaften besitzt bzw. eine relative Freiheit bezüglich einer hohen Berührungsreibung ergibt. Das Atomgittern ist dabei so beschaffen, daß sich parallel zu der Reibungsfläche leicht Schleif- bzw. Gleitflächen bilden, deren Entstehung die eigentliche Ursache für solche günstigen Schmiereigenschaften sind. Hinsichtlich des Einflusses von höherwertigem Kohlenstoff und besonders Graphit auf die Eigenschaften von Metallkarbiden liegen bereits eingehende Untersuchungsergebnisse vor, insbesondere hinsichtlich gesintertem Wolframkarbid. Verwiesen wird hier insbesondere auf einen Artikel von Al. D. Brownlee, R. Edwards und T. Raine in der Zeitschrift "Symposium on Powder Metallurgy", Ausgabe 1954, Seiten 302 - 304, in welchem die Verfasser in Übereinstimmung mit anderen Literaturstellen nachweisen, daß die Anwesenheit von freiem Kohlenstoff in Metallkarbiden deren Festigkeit, Härte und Schlagfestigkeit verringert. So wird insbesondere auf Seite 303 festgehalten, daß "die Anwesenheit von freiem Kohlenstoff das Kornwachstum von Wolframkarbid fördert, wodurch dessen Härte reduziert wird. Sofern der Kohlenstoff nur in kleinen Mengen anwesend ist, beeinträchtigt er nicht die Härte des Metallkarbids, wenigstens nicht in nachweisbarem Ausmaß. Sobald der Kohlenstoff aber in so grossen Mengen anwesend ist, daß es zur Bildung sogenannter Rosetten kommt, wird die Härte sehr stark reduziert.

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Die Anwesenheit von überschüssigem Kohlenstoff hat zwei nachteilige Auswirkungen auf die Querbruchfestigkeit solcher Verbindungen. Das Wachstum der Korngrösse von Wolframkarbid führt zwar zu einer Erhöhung der Querbruchfestigkeit, jedoch ergibt die Ausscheidung von Graphit in der Form von Klumpen und Rosetten gleichzeitig geschwächte Materialstellen, an welchen die Querbruchfestigkeit niedriger liegt. Daraus ergibt sich insgesamt _t daß bei einer Erhöhung des Kohlenstoffgehalts die Querbruchfestigkeit zuerst Äußerst langsam ansteigt und dann aber sehr rasch abfällt."

In einem weiteren Artikel von D. N. French und D. A. Thomas, in der Zeitschrift "International Journal of Powder Metallurgy (ill)y Ausgabe i967, heißt es ebenfalls auf Seite 14, daß "überschüssiger Kohlenstoff in Wolframkarbiden mit 10 Gew.-^o Kobalt deren Querbruchfestigkeit und Schlagfestigkeit verringert." Auch in einem Artikel von J. Gurland in der Zeitschrift "Journal of Metals", Ausgabe 1954t, heißt es auf Seite 287, daß "Graphit die Festigkeit und Härte massig herabsetzt". Diese Aussage bezieht sich dabei ebenfalls auf ein Kobalt enthaltendes Wolframkarbid.

Ein bis jetzt für Werkzeuge typischerweise verwendetes Metallkarbid hat die Zusammensetzung >5 Gew.-% Titankarbid, 5,75 Gew.-% Chrom, 2,o Gew.-% Molybdän, 0,56 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen. Dieses Metallkarbid kann man im Handel unter der Bezeichnung "JFerrotic CM" erhalten.

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Aus den vorstehenden Ausführungen geht die darauf ausgerichtete Zielsetzung der vorliegenden Erfindung hervor, die Metallcarbide für das Gebiet der Dichtungen für Drehkolbenmaschinen zu erschliessen. Dabei besteht, die'besondere Aufgabenstellung darin, ein Metallkarbid in Vorschlag zu bringen, welches wenig dazu neigt, bei der Drehung des Drehkolbens Rattermarken in der umgebenden Gehäusewand zu erzeugen, und welches weiterhin die Eigenschaft hat, zu einem geringeren Verschleiß. der Gehäusewandung beizutragen und zu einer geringeren Bildung von Brandrissen zu neigen, damit letztlich mit einer aus einem solchen Metallkarbid bestehenden Dichtung eine optimale Gasdichtigkeit erreichbar ist. Für das beabsichtigte Einsatzgebiet ist es natürlich auch von grösster Wichtigkeit, daß das Metallkarbid ausreichende Schmiereigenschaften besitzt, damit es zu keinem Fressen der Dichtung in der umgebenden Gehäusewand kommt, wobei die entsprechenden Maßnahmen zur Erzielung einer solchen ausreichenden Schmierfähigkeit aber nicht nachteilig eine Erniedrigung der generellen Festigkeit und der Härte des betreffenden Metallkarbids auslösen dürfen.

Erfindungsgemäss wird für eine Dichtung für Drehkolbenmaschinen ein Metallkarbid vorgeschlagen, das zusammengesetzt ist aus 5 bis 60 Gew.-^c/o Nickel, 0 bis 15 Gew.-'^ Molybdänkarbid und 1 bis 15 Gew.-fr eines Schmiermittels tittts der Gruppe Graphit, MoS₂ ^una Bornitrit, liest ein Karbid aus der Gruppe der Wolfram-iTitanT,Zirconiun^j Vanadium-, Tantal-, Niobium- und Chromkarbide.

Im Zusammenhang damit sollte «unächst die beigefügte Figur 1 interessieren_r die in 500-facher Vergrößerung

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das Sehiriffbild des bekannten Metallkarbids "Ferrotie CM" zeigt, während die Figur 2 in 1500-facher Vergrößerung das Schliffbild eines Metallkarbids der erfindungsgemässeu Zusammensetzung zeigt. Bei diesen vergleichbaren Vergrösserungen hat das bekannte Metallkarbid eine etwa sechsfach grössere Korngröße als das erfindungsgemäße Metallkarbid, wobei die schwarze Fläche im Mikrogefüge des bekannten Metallkarbids eine typische Porosität desselben ausweist, während die dunkelgrauen Flächen im Mikrogefüge des erfindungsgemässen Metallkarbids den Graphit-Anteil ausweisen, der die besondere Schmierfähigkeit dieses Metallkarbids ergibt.

Weiterhin zeigt die Figur 3 in 250-facher Vergrößerung die Mikroaufnahme eines erfindungsgemässen Metallkarbids mit 2,5 Gew.-',ί überschüssigem Kohlenstoff, der während des Mahlens des Karbidpulvers beigemischt und nicht ein— gemahlen wurde. Die Figur ^ zeigt in 200-facher Vergrößerung die Mikroaufnahme eines erfindungsgemässen Metallkarbids mit einem Anteil von 2,5 Gew.-# Graphit.

Schließlieh zeigen die Figuren 5 und 6 zwei Aufnahmen der Gehäusewandungjeiner Drehkolbenmaschine nach einer jeweiligere triebsdauer von 100 Stunden, wobei die Aufnahme der Figur 5 bei einer Maschine genommen wurde, deren Drehkolben mit herkömmlichen Dichtungen bestückt war, während die Aufnahme der Figur 6 von einem Drehkolben^tammt, der mit Dichtungen aus dem erfindungsgemässen Metallkarbid bestückt war. Besonders aus der Gegenüberstellung dieser beiden Aufnahmen geht hervor, wie vorteilhaft sich das erfindungsgemässe Metallkarbid auf die Bildung von Rattermarken auswirkt, die bei der bekannten Dichtung doch in ziemlicher Stärke erzeugt werden, wihrend sie bei der erfindungsgemässen Dichtung nach einer so langen Betriebs-

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zeit praktisch überhaupt noch nicht in Erscheinung treten. Bei der betreffenden Untersuchung wurde im übrigen festgestellt, daß die Dichtung praktisch keine Brandrisse hatte, was hauptsächlich auf die Anwesenheit des Graphits als "Feststoff-Schmiermittel in der Matrix des Karbids zurückzuführen ist.

Die erfindungsgemässe Dichtung hat typischerweise eine Streifenform und ist in ihren Abmessungen so gehalten, daß sie lose in eine jeweilige Nut an der Spitze eines dreieckigen Drehkolbens einer Drehkolbenmaschine einpasst. Dabei ist dann die Außenfläche eines solchen Dichtungsstreifens für eine Reibung an der zugeordneten Innenwand des Maschinengehäuses eingerichtet, die typischerweise eine trochoide Formgebung hat und gegen welche die Dichtung im Betrieb der Maschine sowohl durch den Gasdruck aus der Brennkammer als auch durch die auf die Dichtung einwirkende Trägheitskraft angedrückt wird. Die Enden des jeweiligen Dichtungsstreifens liegen dabei im übrigen an den Stirnwänden des Maschinengehäuses an.

Für eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Dichtung wird als Grundmaterial ein Titankarbidpulver mit einer Teilchengrösse kleiner als die US-Standard-Sieb Nr. 325 benutzt, welches folgende Zusammensetzung hat: 19,5^ Gew.-% (typischerweise mindestens 19,2 Gew.-%) gebundener Kohlenstoff, 0,18 Gew.-^f/o (typischwerweise 0,2 bis 0,3 Gew.-%) freier Kohlenstoff, 79,3 Gew.-% (typischerweise mindestens 79,0 Gew.-$>) Titan, 0,17 Gew.-% (maximal 0,3 Gew.-^Sauerstoff , 0,028 Gew.-> (maximal 0,03 Gew.-$)Schwefel und 0,0^9 Gew.-% (typischerweise 0,05 Gew.-%) Eisen. Als Bindemittel benutzt man für diese bevorzugte Ausführungsform ein Gemisch aus Nickel-

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pulver und Molybdänkarbid-Pulver einer jeweiligen Korngroße von etwa 3 Mikrons. Zusätzlich fügt man Kohlenstoff in der Form von reinem Graphitpulver mit einer Teilehengrösse kleiner als die US-Standart-Sieb Nr. 200 hinzu, wobei grundsätzlich gilt, daß dieser zusätzliche Kohlenstoff entweder eine graphitische, eine amorphe oder eine glasige Form haften kann und der Anteil dieses zusätzlichen Kohlenstoffs seine obere Grenze praktisch daran bemißt, welche Festigkeit die fertige Dichtung haben soll. Diese Festigkeit der fertigen Dichtung soll einen Wert erreichen, der bei extremer Maschinenbelastung keine Bruchgefahr für die" Dichtung ergibt.

Die vorgenannten Ausgangsmaterialien werden miteinander vermischt und dann in einer Kugelmühle unter der Anwesenheit von Aceton zur Verhinderung einer Oxydation der verschiedenen Pulver gemahlen. Dabei wird der Charge in einer Menge von etwa 4 Gew.-^cJo ein Wuchsmittel als Schmiermittel, beispielsweise das handelsübliche "Carbowax 600", ein Polyäthylen-Glykol, zugesetzt, und der Mahlvorgang über vier volle Tage ausgedehnt, nach welchem Zeitraum dann von der erhaltenen Aufschlemmung das Aceton abgedampft wird. Das getrocknete Pulver wird dann gesiebt mit einem Sieb der Nummer 20 und anschließend gepresst mit einem Druck von etwa 1,4 t/cm (lO tons per square inch), wobei mit einer Presse gearbeitet wird, deren Presstempel mit einer relativ langsamen Geschwindigkeit bewegt wird. Die erhaltenen Presstücke werden dann entwachst, indem sie über eine Stunde bei einer Temperatur von etwa 65O°C (1200 Fahrenheit) in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre erhitzt werden. Schließlich werden die Presstücke noch gesintert, indem.man sie über etwa l' Stunde bei einer Temperatur von etwa 157O°C (25OO°p) einem Vakuum von weniger als etwa 1 Mikron Absolutdruck

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aussetzt, wobei die Presstücke gleichzeitig in ein Graphitmaterial eingelegt werden.

Ein nach diesen Verfahrensschritten hergestelltes Metallkarbid hatte bei einer vorgenommenen Untersuchung die Zusammensetzung: 42,5 Gew.-^e Titankarbid, 49,0 Gew.-Si Nickel, 6,0 Gew.-'/ό Molybdärikarbid und 2,5 Gew.-'/« Graphit. Im Vergleich zu dem handelsüblichen Metailkarbid "Ferrotic CM" der oben bereits genannten Zusammensetzung 35 Gew.-% Titankarbid, 5,75 Gew.-% Chrom, 2,0 Gew.-% Molybdän, 0,56 Gew.-fo Kohlenstoff, Rest Eisen ergaben sich für die an dem Gehäuse einer Drehkolbenmaschine nach einer Betriebsdauer von 100 Stunden festgestellten Rattermarken folgende, an drei verschiedenen Stellen gemessene Werte für die Erhebungen dieser Rattermarken über der jeweiligen Basis: Bei der erf indungsgeraässen,Dichtung ergaben sich für die Rattermarken Werte zwischen 20 und 50 bzw. 100 und 200 bzw. 40 und 60 Mikrons an den drei Gehäusestellen, wHhrend sich bei der bekannten Dichtung für die Rattermarken an denselben Stellen Werte zwischen hü und 120 bzw. 150 und 290 bzw. 80 und 140 Mikrons ergaben. Aus diesen Messungen geht ganz klar hervor, daß bei der erfindungsgemässen Dichtung eine weit geringere Gefahr zur Bildung von Rattermarken besteht bzw. die damit gebildeten Rattermarken weit weniger gefährlich sind als die Rattermarken, die mit den bekannten Dichtungen erzeugt werden. Dieses vorteilhafte Ergebnis wird auch ausgewiesen durch die beiden Aufnahmen gemäß der Figuren 5 und 6, die im übrigen wie diese Messungen an einem Gehäuse vorgenommen wurden, dessen trochoide Innenwand mit einer elektrolytisch niedergeschlagenen Nickelschicht beschichtet war und außerdem eine Deckschicht aus .Silikonkarbid mit einer Rockwell-Härte von wenigstens 32 hatte.

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Für eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann man in der Herstellung so vorgehen, daß zunächst Graphit zusammen mit" dem Karbid und dem Bindemittelgemisch gemahlen wird, und zwar in Anteilen von 39 Gew.-^i Nickel, 7,3 Gew.-%■Molybdänkarbid, 2,4 Gew.-% Graphit und 51 > 3 Gew.-f6 Titankarbid, Die Verarbeitung dieses Gemisches kann gleichartig erfolgen wie im vorbeschriebenen Fall und man erhält dann für das fertige Presstück eine Querbruchfestigkeit von etwa 9,4 t/cm

34.000 psi), eine Schlagfestigkeit von etwa 5,7 cm-kg (5 inch-pounds), eine Rockwell-Härte 67 und eine Schmiereigenschaft, die sich dabei wieder messen läßt an den Durchschnittswerten der Erhebungen von Rattermarken in;. der Größenordnung zwischen 35 und 150 Mikrons.

Wenn von diesen bevorzugten Ausführungsformen abgewichen wird, dann können unter Berücksichtigung der folgenden Hinweise im wesentlichen die selben physikalischen Eigenschaften erhalten werden. Beispielsweise ist es möglich, anstelle von Graphit auch andere Schmiermittel zu benutzen, beispielsweise Molybdän-Disulfict (MoS₂) oder Bornitrid. Es ist jedoch wichtig, daß das Schmiermittel in einer Menge zwischen 1 und 15 Gew.-'/b anwesend ist, so daß das Metallkarbid die geforderte Härte und Querbruchfestigkeit hat. Es ist weiterhin wichtig, daß das Bindemittel für das Karbid aus 5 bis 60 Gew.-'/o Nickel und 0 bis 15 Gew.-^ Molybdänkarbid besteht, wobei der Rest natürlich ein Metallkarbid ist, vorzugsweise aus der Gruppe der Tantal-, Vanadium-, .volfram-, Titan-, Niobium-, Chrom-, Zirconium-, und Hafniumkarbide. Wo die Karbidteilchen eine sehr kleine Größe haben, kann der Nickelgehalt niedriger sein als etwa 5 bis lü Gew.-%. Gewöhnlich haben die Karbidteilchen eine Größe von weniger als 5 Mikrons, was dann vor-

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aussetzt, daß der Nickelanteil zwischen 39 und 60 Gew.-> beträgt, damit optimale physikalische Eigenschaften erreicht werden. Ein Teil des Nickels kann auch durch Eisen oder Kobalt ersetzt werden, und 'zwar yorzugsweise in Mengen von nicht mehr als 70 fo_t wobei aber in Einzelfällen auch ein vollständiger Ersatz von Nickel durch Eisen oder Kobalt möglich ist.

Das Molybdänkarbid bestimmt die Benetzungseigenschaften der Karbidteilchen und wird in dem äußeren Bereich dei Karbidkörner, nicht dagegen in deren Kern, absorbiert. Die Anwesenheit solchen Molybdänkarbids in der Mischung ist daher wichtig, es sei denn, daß beispielsweise durch eine sehr kleine Teilchengröße und durch eine genaue Steuerung der wachsenden Kräfte beim Verdichten diesem Erfordernis für eine Benetzung vorgebeugt wird. Der Anteil an dem Molybdänkarbid kann in der Mischung natürlich nicht zu hoch sein, weil sonst die Festigkeit nachteilig beeinflusst wird, d.h. es kommt dann zur Bildung des weitgehend spröden Ni-Mo, was dann vermieden wird, wenn der Anteil an Molybdänkarbid auf 0 bis 15 Gew.-^ beschränkt wird.

Es ist im übrigen wichtig, daß bei der Vorbereitung des Gemisches genau darauf geachtet wird, daß der Graphitanteil eine sorgfältige Durchmischung erfährt und eine weitgehend gleichmässige Verteilung in der Mischung. In diesem Zusammenhang zeigt die Mikroaufnahme der Figur 3, daß dann, wenn man den Graphit nur zumischt und nicht mit den anderen Gemischanteilen mahlt,daß es dann zur Bildung von flockenförmigen Graphitteilchen kommen kann, die sich beim Pressvorgang im wesentlichen quer zur Richtung des Pressdruckes legen. Für einzelne Anwendungsfälle kann eine solche Orientierung der Graphitteilchen zwar erwünscht sein, jedoch ist eine mehr gleichförmige Ver-

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teilung äer (Sraphit te lichen erwünscht, wie dies durch die Aufnahme der Figur 4 ausgewiesen wird. Die hier gezeigte, zieniiliek homogen« unü gleichförmige Verteilung der oraphitteilchen, die hier eine Rosettenform annehmen, wird dann erreicht„ wenn man den Graphitanteil mit den übrigen Semise-hanrfceilen mahlt,, ihn also nicht lediglich beimischt.,

Hinsieht lieh der physikalischen Eigenschaften,, die für die erfindiutiigsgemässe Dichtung erwartet werden können, gilt, daß; die "uerbsruehfefstiglceit und die Härte extrem abhängig sind van der anteiligen Sraphitmenge, die in dem Metallkarfoid enthalten ist. Bei der angegebenen Menge von maximal 15 (*ew.,~?& ßrapltit kann jedoch eine Querbruiohfestigkeit von wenigstens; 3,5 t/cm (50.000 psi) erhalten werdleiü itnid gleichzeitig eine Rockwell-Härte zwischen 20 mnät 32, Sinsichtlieh dieser Härte erfolgt zweekmässig eine Abstimmung auf die Härte der umgebenden SehäuiSieiwaniferag,, die bei der verstehend angenommenen Besiehtuffig mit, einem elektrolytisch niedergeschlagenen Nickel-Siliz;iu!m—Karb;id!-Material Werte zwischen 32 und Rc annehmen kan?iau Sofern die Biehtung beispielsweise einen in glasiger Farm hinzugefügten Kohlenstoffanteil von etwe 15 Grew.-^e hat nndl bei der Herstellung eine besondere Verfahrensftihrang gesiübt iat_r kann damit ohne weiteres verhindert w/erdlent_r daß die Hälrte der Dichtung Werte unter 30 ße annimmt,, was in diesem Fall erwünscht wäre.

Die Sehmiereigensißhaften der Dichtung sind natürlich dann am besten,, wenn di&r (irapiti tan teil am grössten ist. Bei einem großen Grraphitanteil ist folglieh dann auch die Gefahr, zur Bildung von Rattermarken am kleinsten., Weiterhin gilt in dUesem Zusammenhang, daß diie Gefahr zur Bildung von Eattermarken auch weitgehend abhängig ist von

der Dichte_f die ihrerseits wieder abhängig ist von dem'Graphit anteil. Bei einem GraphitanteIl von 7,5 Gew.-% hat die DieMmtg eine Dichte von etwa 4„8 g/crar und bei einem Anteil von 15 Gew.-fS Graphit eine Dichte von etwa 3?! g/cm

Insgesamt kann davon ausgegangen werden, daß die erfindungsgeünässe Dichtung die grossen Yorteiie hat, daß wegen der schmierenden Eigenschaften des Metallfcarbids die gebildeten Rattermarkeα weitaus weniger gefährlich sind, weil sie geringere Erhellungen haben und daher nicht die Gasdichtigkeit schädlich beeinflussen. Weil die Rattermarken folglich weniger ausgeprägt sind, unterliegt die Dichtung nicht der direkten Gefahr, daß der Metallanteil herausgelöst und nur der KarMdanteil zurückbleibt,, folglieh eine Oberfläche für die Dichtung erhalten wird, die eine verstärkte ¥ersehleißge£ahr für das umgebende Maschinengehäuse bringt. Es sind folglich längere Betriebszelten möglich, bis zum Erreichen der ursprünglichen Gasdichtigkeit wieder Nacharbeiten erforderlich werden.

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Claims

Ansprüche

^Dichtung für Drehkolbenmaschinen zur Anordnung zwischen dem Drehkolben und dem umgebenden Gehäuse, dadurch ge k e η η ζ e i e h η e t daß sie aus einem Metallkarbid der Zusammensetzung 5 bis 60 Gew.-$ Nickel, 0 bis 15 Gew.-^o Molybdänkarbid und 1 bis 15 Gevf.-> eines Schmiermittels aus der Gruppe Graphit, MoS₂ und Bornitrid., Uest im wesentlichen Titankarbid, besteht.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bis zur Hälfte des Nickelanteils ersetzt ist durch Eisen und/oder Kobalt.
3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß anstelle von Titankarbid oder zusätzlich zu Titankarbid eine oder mehrere der Karbide aus der Gruppe Wolfrainkarbid, Zirconiurakarbid, Hafniumkarbid, Niobiumkarbid, Tantalkarbid und Chromkarbid als Jtest in dem Metallkarbid enthalten ist.
h. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net," daß der Nickelanteil 39 bis 60 Gew.-$ beträgt.
5. Dichtung nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet , daß das Titankarbid aus Teilchen einer Größe von nicht mehr als 5 Mikrons besteht und der Nickelanteil bei entsprechender Erhöh>ung des Karbidanteils 5 bis 10 Gew.-^o beträgt, wobei das Karbid mit einem Druck von mehr als etwa 1^00 kg/cm (20.000 psi) verdichtet ist.

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6. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Masse nicht höher ist als 6,0 g/cm und ihre Schlagfestigkeit wenigstens etwa 9,225 cmkg (8 inch-pounds) beträgt.
7. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallkarbid aus 40 Gew.-% Nickel, etwa 7,5 Gew.-fo Molybdänkarbid, etwa 2,5 Gew.-% Graphit, Rest Titankarbid, besteht.
8. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallkarbid aus etwa 39 Gew.-% Nickel, etwa 7,3 Gew.-% Molybdänkarbid, etwa 2,4 Gew.-fo Graphit und etwa 51,3 Gew.-% Titankarbid besteht.
9. Dichtung für Drehkolbenmaschinen zur Anordnung zwischen dem Drehkolben und dem umgebenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus einem Metallkarbid besteht, bei welchem der Anteil an freiem Kohlenstoff zur Bildung von Rosetten in gleichförmiger Verteilung ausweicht.
10. Dichtutig nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Rosetten aus Graphit gebildet sind und eine mittlere Größe von wenigstens etwa 15 Mikrons entlang der längeren Achse haben.
11. Dichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch g e kennze i ohne t, daß die überwiegende Mehrzahl der Rosetten die Form von Flocken hat, die im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Verdichtungsdruckes ausgerichtet sind.

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12. Dichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennze ichnet, daß sie eine Rockwell-Härte von etwa 32 Rc hat und dieser Härtewert etwa übereinstimmt mit der Härte der zusammenwirkenden Gehäusewandung.
13. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennze lehne t, daß die mit ihr zusammenwirkende Gehäusewandung eine Oberflächenschicht aus elektrolytisch niedergeschlagenem Nickel hat, welches eine gleichmässige Suspension von Siliciumkarbid-Teilchen aufweist.
14. Dichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Querbruchfestigkeit von wenigstens etwa 3500 kg/cm (5O.OOO psi) , eine Rockwell-Härte von wenigstens etwa 32 Rc, eine Schlagfestigkeit von wenigstens etwa 1,15 cmkg (l inchpound) und eine Schmierqualität hat, die, gemessen an den mit der Dichtung in der zusammengehörigen Gehäusewandung nach einer Betriebszeit von 100 Stunden erzeugten Rattermarken, eine Erhebung dieser Rattermarken über der jeweiligen Basis zwischen 35 und 100 Mikrons ergibt.

15· Verfahren zur Herstellung einer Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet , daß zunächst ein Gemisch aus Titankarbid-Pulver mit einer Teilchengröße nicht größer als die US-Standart-Sieb Nr. 300, Nickel und Molybdänkarbid-Pulver mit einer Teilchengröße nicht größer als die US-Standart-Sieb Nr. 180 und Graphitpulve'r mit einer Teilchengröße die nur so groß ist, daß das Gemisch aus 10 bis 60 Gew.-% Nickel, 0 bis 15 Gew.-% Molybdänkarbid, 1 bis 15 Gew,-% Graphit, Rest Titankarbid, besteht, über wenigstens eineinhalb Stunden gemahlen und danach zu einer Dichtung verpresst wird, die im grünen Festigkeits-

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zustand eine Dichte von wenigstens 90 % der entgültigen Dichte hat, und daß diese Dichtung schließlieh in flüssiger Phase so gesintert wird, daß ein Metallkarbid erhalten wird, bei dem der Graphitanteil als Rosetten gleichförmig verteilt ist mit den Karbidteilchen und dem Nickel-Bindemittel.

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