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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fixieren eines Gleitrings
einer Gleitringdichtung einer axialen Drehdurchführung mit den folgenden Merkmalen:
- a) einem Gleitring, der eine Gleitdichtfläche und eine
von der Gleitdichtfläche
abgewandte erste Kontaktfläche
aufweist,
- b) einem Gleitringträger
mit einer zweiten Kontaktfläche
für die
dichte Verbindung mit der ersten Kontaktfläche des Gleitrings und
- c) einer Halteeinrichtung, die den Gleitring am Gleitringträger festhält, indem
sie die erste Kontaktfläche
und die zweite Kontaktfläche
in dichten Eingriff miteinander bringt.
- d) wobei der Gleitring eine Mantelfläche aufweist, die, beginnend
am Übergang
zur ersten Kontaktfläche
konisch verjüngt
in Richtung des Übergangs
zur Gleitdichtfläche
verläuft,
- e) und die Halteeinrichtung einen Halteabschnitt aufweist, der
eine konische Innenfläche
aufweist, die komplementär
zu der konischen Mantelfläche des
Gleitrings ausgebildet ist.
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Eine
entsprechende Gleitringfixierung ist aus der
DE 19 29 312 U bekannt. Diese
weist bereits eine Halteeinrichtung auf, deren axial über die
Umfangsfläche
des Gleitringes ragender Rand an die konische Umfangsfläche eines
Gleitring angewalzt ist und auf diese Weise eine entsprechende konische Innenfläche erhält. Dies
hat jedoch den Nachteil, dass sich beispielsweise ein verschlissener
Gleitring nur mit erheblichem Aufwand von der Haltereinrichtung
lösen und
durch einen neuen Gleitring austauschen lässt. Außerdem muss ein solcher angewalzter
oder umgebördelter
Endabschnitt einer Haltereinrichtung, der für das Anwalzen entsprechend
duktil und nachgiebig sein muss, bei entsprechender Belastung auch
nachgeben und zu einem mehr oder weniger losen Sitz des Gleitringes
führen,
was Undichtigkeiten hervorrufen kann.
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Aus
der
DE 32 06 080 A1 ist
eine Wellendichtung für
das Lager einer Propellerantriebswelle bekannt. Eine solche Wellendichte
ist lediglich dem Umgebungsdruck ausgesetzt und soll einerseits
das Eindringen von Seewasser in das Wellenlager und andererseits
das Austreten von Öl
aus dem Wellenlager verhindern. Hierzu sind zwei hintereinander
angeordnete Gleitringdichtungen vorgesehen, die jeweils eine konische
Auflagefläche
aufweisen und durch einen entsprechenden, den Gleitring umgreifenden Druckring
gehalten werden, der mit einem Aufnahmering verschraubt ist.
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Aus
der
DE 32 39 855 A1 ist
ebenfalls eine Wellendichtung bekannt, die aber für die Welle
eines Rührbehälters vorgesehen
ist. Diese hat eine Art Bajonettverschluss mit Schrägflächen, allerdings
keine Gleitdichtungen mit konischen Mantelflächen.
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Weitere,
aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen zum Fixieren von
Gleitringen einer Gleitringdichtung einer axialen Drehdurchführung bestehen
aus einer einfachen Klebeverbindung.
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Üblicherweise
bestehen derartige Vorrichtungen aus einer einfachen Klebeverbindung.
Das heißt,
der Gleitring wird mit seiner ersten Kontaktfläche an die passend ausgebildete
zweite Kontaktfläche
des Gleitringträgers
angeklebt.
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Axiale
Drehdurchführungen
bestehen im allgemeinen aus einem stehenden und einem drehenden
Maschinenteil, die jeweils Bohrungen bzw. Durchgänge parallel und insbesondere
konzentrisch zu der Rotationsachse des drehenden Maschinenteils
aufweisen, wobei der Übergang
zwischen dem stehenden und dem drehenden Maschinenteil durch einander
berührende
Gleitringe abgedichtet wird, die im allgemeinen konzentrisch oder
nahezu konzentrisch zu der Rotationsachse angeordnet sind. Diese Gleitringe
weisen im allgemeinen ebene Gleitdichtflächen auf, die jeweils von einer
der Stirnseiten der Gleitringe gebildet werden und die bei ordnungsgemäßer Ausrichtung
der Gleitringträger
am stehenden und am drehenden Maschinenteil dicht und bündig aufeinanderliegen.
Während
einer Rotation des drehenden Maschinenteils dreht auch der an dem
Gleitringträger
des drehenden Maschinenteils befestigte Gleitring mit diesem mit,
während
der an dem stehenden Maschinenteil befestigte Gleitring keine Drehung ausführt. Demzufolge
gleiten die miteinander in Kontakt stehenden Dichtflächen aufeinander
und werden aus diesem Grunde auch "Gleitdichtflächen" genannt. Die Reibung soll dabei so
gering wie möglich sein,
weil ansonsten insbesondere bei hohen Drehzahlen sehr viel Reibungswärme entstehen
würde, die
zur Zerstörung
der Gleitringe oder auch zu einem Festfressen und zum Zerstören anderer
Maschinenteile führen
könnte.
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Ein
gewisses Leck für
das durch die Drehdurchführung
zugeführte
Fluid ist im Bereich der Gleitringdichtung nicht zu vermeiden, insbesondere wenn
die Gleitringträger
Vibrationen ausgesetzt sind, was bei einer schnellen Rotation eines
der Gleitringträger
nicht zu vermeiden ist. Dies gilt vor allem auch deshalb, weil Fluide
durch derartige Drehdurchführungen
oft unter hohem Druck bis zu mehreren Hundert bar hindurchgeführt werden
müssen.
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Eine
solche Leckage ist aber in gewissem Umfang auch durchaus erwünscht, weil
nämlich
viele Fluide schmierende Eigenschaften haben und somit die Reibung
zwischen den aufeinander gleitenden Dichtflächen der beiden Gleitringe
vermindern und weil Fluide insbesondere auch eine Kühlwirkung
haben und das durch das Leck bzw. zwischen den beiden Dichtflächen der
Gleitringe hindurchtretende Fluid die Reibungswärme zwischen den Gleitringen
mindestens teilweise abführt.
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Aus
diesem Grund sind entsprechende Drehdurchführungen in der Regel auch mit
einem den Dichtungsbereich umgebenden Leckraum ausgestattet, in
dem das durch das Leck austretende Fluid, z. B. eine Wasser/Öl-Emulsion
zur Schmierung von Schneidwerkzeugen, kontrolliert aufgefangen und
abgeleitet bzw. in ein entsprechendes Reservoir zurückgeführt wird.
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Wie
bereits erwähnt,
werden bei derartigen sogenannten "axialen Drehdurchführungen" die Gleitringe auf die entsprechenden
Gleitringträger,
die typischerweise (mindestens auf seiten des drehenden Maschinenteils)
hohlzylindrische Bauteile sind, aufgeklebt, und zwar auf deren ringförmige Stirnseiten.
Dies ist deshalb nicht ganz unproblematisch, weil die betreffenden
Bauteile, nämlich
die Gleitringträger und
die Gleitringe selbst, sehr präzise
gefertigt sein müssen
und insbesondere sehr exakt planparallele Stirnseiten aufweisen
müssen,
damit die Gleitringdichtflächen
auch exakt und ohne einseitige Überlastung
aufeinander aufliegen und gleiten können.
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Die
Klebeschicht darf deshalb auf keinen Fall ungleichmäßig dick
sein und ist vorzugsweise sehr dünn.
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Des
weiteren hat sich aber herausgestellt, daß insbesondere bei Verwendung
gewisser Fluide die bisher bekannten und verwendeten Klebstoffe über kurz
oder lang aufgelöst
werden. Dies mag teilweise auch damit zusammenhängen, daß eine gewisse Reibungswärme nicht
zu vermeiden ist und sich die Gleitringe und auch die Gleitringträger entsprechend
erhitzen, wobei auch die zugeführten
Fluide unter Umständen
durchaus mit erhöhter
Temperatur zugeführt
werden. In manchen Anwendungsfällen
sind daher die Klebeverbindungen den entsprechenden Belastungen
auf Dauer nicht gewachsen, was dazu führt, daß sich ein Gleitring von dem
zugehörigen
Gleitringträger
ablöst,
und sehr leicht zu einer massiven Beschädigung oder Zerstörung der
gesamten Drehdurchführung
und der angrenzenden Maschinenteile führen kann.
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Andererseits
haben aber diese Klebeverbindungen den entscheidenden Vorteil, daß sie sehr platzsparend
sind, da sie keinerlei zusätzlichen Raum
für die
Fixierung der Gleitringe an den Gleitringträgern benötigen, als er ohnehin vom Gleitring und
dem Gleitringträger
selbst in Anspruch genommen wird. Die Dicke der Klebeschichten ist
im allgemeinen vernachlässigbar.
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Überdies
sind viele entsprechende Maschinen bereits mit axialen Gleitringdichtungen
ausgerüstet,
die entsprechende Klebeverbindungen aufweisen.
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Vor
diesem Hintergrund liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung zum Fixieren eines Gleitrings einer axialen Gleitringdichtung
an einem Gleitringträger
zu schaffen, die einen einfachen Austausch der Gleitringe ermöglicht,
einen höheren
Grad an Zuverlässigkeit
und Haltbarkeit aufweist und die dennoch hinreichend platzsparend
ist, um bestehende Drehdurchführungen,
bei welchen die Gleitringe an die Gleitringträger geklebt sind, durch eine
verbesserte Drehdurchführung
ersetzen zu können,
die anstelle der bisherigen Drehdurchführungen im Austausch eingesetzt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß die Vorrichtung
weiterhin die folgenden Merkmale aufweist:
- f)
die Halteeinrichtung ist als Überwurfmutter
ausgebildet, welche einen Gewindeabschnitt aufweist
- g) wobei der Gleitringträger
an seinem dem Gleitring zugewandten Endabschnitt ein zum Innengewinde
der Überwurfmutter
passendes Außengewinde
aufweist.
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Es
hat sich gezeigt, daß auf
diese Weise eine einerseits bei Bedarf zwar leicht lösbare, andererseits
aber dauerhafte und feste Verbindung zwischen dem Gleitring und
dem Gleitringträger
hergestellt werden kann. Eine entsprechende Überwurfmutter kann axial sehr
kurz ausgebildet werden, so daß sie
praktisch keinerlei zusätzlichen
Platz benötigt,
zumal der die Dichtringe in radialer Richtung umgebende Bereich
ohnehin typischerweise von einem Leckraum gebildet wird, in dem
zusätzliche
Elemente wie eine solche Überwurfmutter
ohne weiteres Platz haben.
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Die
konischen, miteinander in Eingriff tretenden Flächen des Dichtrings und der Überwurfmutter haben
dabei den Vorteil, daß sich
Dichtring und Überwurfmutter
aneinander verkeilen und der Dichtring somit nicht gegenüber der Überwurfmutter
verdreht wird, wenn er mit dem gegenüberliegenden Dichtring in Gleiteingriff
tritt. Gleichzeitig wird durch die miteinander in Eingriff tretenden
konischen Flächen
und das Aufschrauben der Überwurfmutter
auf das Außengewinde
des Gleitringträgers
die erste Kontaktfläche
des Gleitrings fest auf die zweite Kontaktfläche des Gleitringträgers aufgepreßt, so daß auch hier
ein einerseits dichter und andererseits auch mechanisch fester Reibeingriff
auftritt, so daß Gleitringträger, Gleitring
und Überwurfmutter
insgesamt eine kompakt zusammenhängende,
feste Einheit bilden.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
besteht der Gleitring aus einem keramischen Material. Es ist jedoch
auch möglich,
entsprechende Gleitringe aus metallischem Material herzustellen,
insbesondere aus Metalllegierungen oder auch aus sogenannten Hartmetallen.
Letztere haben, ähnlich
wie Keramik, den Vorteil einer sehr großen Verschleißfestigkeit und
sie können
gezielt im Hinblick auf geringe Reibung ausgewählt werden. Es ist selbstverständlich auch
denkbar, für
ein- und dieselbe Gleitringdichtung zwei Gleitringe aus unterschiedlichen
Materialien zu verwenden, um die Reibung zwischen diesen Gleitringen
noch weiter zu verringern.
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Um
insbesondere bei Verwendung von brüchigen Materialien, wie z.
B. keramischen Dichtringen oder auch Dichtringen aus Hartmetallen,
nicht übermäßige Anpreßkräfte erzeugen
zu müssen,
damit die Verbindung zwischen der ersten und zweiten Kontaktfläche dicht
wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß zwischen
diesen Kontaktflächen
ein O-Ring als Dichtung angeordnet wird. Zweckmäßigerweise weist die zweite
Kontaktfläche
des Gleitringträgers
eine ringförmig
umlaufende Nut auf, deren Querschnitt für eine mindestens teilweise
Aufnahme eines entsprechenden O-Rings ausgebildet ist. Durch Anpressen
des Gleitrings mit seiner ersten Kontaktfläche an die zweite Kontaktfläche wird
dann ein dichter Eingriff mit dem O-Ring erzeugt, der dabei ganz
oder fast vollständig
in die Nut der zweiten Kontaktfläche
hineingedrückt
wird, jedoch mit beiden Flächen
in Kontakt bleibt (wobei der Grund der Nut als Teil der zweiten
Kontaktfläche
angesehen wird).
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Weiterhin
ist eine Ausführungsform
der Erfindung bevorzugt, bei welcher der Konuswinkel der konischen
Mantelfläche
des Dichtrings und ebenso der entsprechenden konischen Innenfläche des
Halteabschnitts der Überwurfmutter,
jeweils bezogen auf die zentrale Achse des Rings bzw. der Mutter,
einen Wert zwischen 3° und
15°, vorzugsweise
zwischen 5° und 10° hat. Es
hat sich herausgestellt, daß bei
Einhaltung dieser Bereiche zumindest im Falle der Verwendung keramischer
Dichtringe einerseits noch ein guter Verkeilungseffekt erzielt werden
kann und andererseits die Überwurfmutter
mit vernünftig
handhabbaren Drehmomenten angezogen werden kann, ohne daß der Dichtring
damit einer übermäßigen Belastung
ausgesetzt wird.
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Dennoch
hat sich herausgestellt, daß selbst eine
solche durch Reibeingriff über
konische Flächen und
auch über
den Eingriff mit einem O-Ring fest verkeilte, kraftschlüssige Verbindung
der betreffenden Elemente sich unter extremen äußeren Bedingungen dennoch lösen kann,
indem durch Vibrationen und Beschleunigungen, insbesondere Abbremsen und/oder
Anfahren der Drehbewegung, die Überwurfmutter
gegenüber
dem Gleitringträger
dreht und somit den Gewindeeingriff zwischen diesen beiden Teilen
lockert, so daß auch
der Eingriff zwischen allen übrigen
Flächen
des Gleitrings, der Überwurfmutter und
des Gleitringträgers
bzw. O-Rings gelockert wird. Dies gilt umso mehr, als die Überwurfmutter
zwecks Platzersparnis und Austauschmöglichkeit der Drehdurchführung gegenüber anderen
oder älteren
Drehdurchführungen
axial relativ kurz gehalten werden muß, so daß womöglich nur wenige Gewindegänge zur
Verfügung
stehen, um die Überwurfmutter
an dem Gleitringträger
zu fixieren.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sieht deshalb vor, daß zusätzlich eine Verdrehsicherung
für die Überwurfmutter
vorgesehen ist. Dabei versteht es sich, daß eine solche Verdrehsicherung
auch dann sinnvoll und von Vorteil wäre, wenn der Gleitdichtring
nicht über
einen Eingriff konischer Flächen,
sondern auf irgendeine andere Art und Weise mit Hilfe eine Mutter
an dem Gleitringträger
befestigt wäre,
beispielsweise über
eine Klemmung planer Flächen,
die z. B. senkrecht zur Rotationsachse verlaufen. Dies gilt auch
für die
nachfolgend noch näher
spezifizierten Varianten von Verdrehsicherungen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Verdrehsicherung als ringförmige, die Überwurfmutter umfassende Sicherungsscheibe ausgebildet,
die an einem den Gleitringträger
umfassenden Teil, welches im übrigen
mit dem Gleitringträger
verbunden ist, befestigt ist und in Blockiereingriff mit der Überwurfmutter
steht.
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Dabei
könnte
die Sicherungsscheibe einfach in Reibeingriff mit der Außenseite
der Überwurfmutter stehen,
indem sie beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt
ist, welches einwärts
ragende Eingriffslippen hat, die einen Innendurchmesser der Sicherungsscheibe
definieren, der deutlich kleiner ist als der Außendurchmesser der Überwurfmutter.
Eine solche Sicherungsscheibe könnte
im übrigen
auch formschlüssig
mit der Außenseite
der Überwurfmutter
in Eingriff stehen, sofern die Außenfläche nicht einen kreisförmigen Querschnitt
hat.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
einer Verdrehsicherung besteht erfindungsgemäß darin, daß die Überwurfmutter an ihrer Außenseite
mindestens eine Abflachung oder Aussparung aufweist, während die
Sicherungsscheibe mindestens einen Vorsprung oder Nocken aufweist,
der radial nach innen ragt und mit der Aussparung und/oder Abflachung
an der Außenseite
der Überwurfmutter
in Eingriff bringbar ist, wobei die Sicherungsscheibe ihrerseits
an einem mit dem Gleitringträger
fest verbundenen und einen Endbereich des Gleitringträgers umgebenden
Teil befestigt ist.
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Zweckmäßigerweise
ist die Sicherungsscheibe bezüglich
einer Drehung um ihre Achse, die mit der Rotationsachse des drehenden
Maschinenteils zusammenfällt,
ausgewuchtet. Dies ist selbstverständlich nur insoweit erforderlich,
als diese Sicherungsscheibe an dem Gleitringträger des drehenden Maschinenteils
befestigt wird. Eine entsprechend ausgewuchtete Ausbildung der Sicherungsscheibe
ist selbstverständlich
nicht erforderlich, soweit die Überwurfmutter
an dem Gleitringträger
eines stehenden Maschinenteils angreift.
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Darüber hinaus
ist eine Ausführungsform
der Erfindung besonders bevorzugt, bei welcher die Sicherungsscheibe
aus einem homogenen, plattenförmigen
oder blattförmigen
Material hergestellt ist und eine wenigstens zweizählige Symmetrieachse
aufweist, die sich senkrecht zu der Ebene dieses plattenförmigen Materials
erstreckt, wobei es ausreicht, wenn jeweils nur zueinander korrespondierende
Abschnitte der Sicherungsscheibe eine solche Symmetrie aufweisen.
Dies bedeutet, daß dei
Sicherungsscheibe oder die einzelnen Elemente oder korrespondierenden
Abschnitte einer Sicherungsscheibe mindestens bezüglich einer
Drehung um 180° um ihre
Achse symmetrisch ausgebildet sind, bei entsprechend mehrzähligen (n-zähligen)
Symmetrieachsen ist die Sicherungsscheibe bezüglich einer Drehung um einen
entsprechenden Bruchteil 1/n von 360° symmetrisch ausgebildet, wobei
n der Symmetriezahl entspricht.
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Durch
eine solche symmetrische Ausbildung bei einem Dichtring aus homogenem
Material erhält man
automatisch eine Sicherungsscheibe, die bezüglich Drehungen um ihre Achse,
die gleichzeitig ihre Symmetrieachse ist, ausgewuchtet ist.
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Ausgewuchtete
Sicherungsscheiben erhält man
jedoch auch, wenn jeweils nur einzelne Elemente der Sicherungsscheibe
eine mehrzählige
Symmetrieachse (n ≥ 2)
haben, ohne daß die
Scheibe insgesamt eine mehrzählige
Symmetrieachse hat.
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Weitere
bevorzugte Varianten einer Sicherung der Überwurfmutter lassen sich durch
die Verwendung von Stiftschrauben realisieren, die in achsparallele
oder auch radiale Gewindebohrungen im Mantel der Überwurfmutter
eingeschraubt werden. Die einfachste Variante ist eine Stiftschraube, die
durch eine radiale Bohrung durch den Mantel der Überwurfmutter eingeschraubt
wird und so mit dem Außengewinde
des Gleitringträgers
in festen Eingriff gebracht wird. Andere Varianten sehen Kunststoffelemente
vor, die entweder durch eine entsprechende radiale Bohrung im Mantel
der Überwurfmutter
eingeführt
werden oder in eine in der Innenfläche (im Gewindebereich) der Überwurfmutter
vorgesehene Aussparung eingelegt werden, wobei eine achsparallele Gewindebohrung
sich durch den Mantel der Überwurfmutter
erstreckt und sich mit der entsprechenden Aussparung oder Radialbohrung
kreuzt, so daß eine in
die Gewindebohrung eingeschraubte Stiftschraube das in die Querbohrung
oder Aussparung eingelegte Element radial nach innen gegen das Gewinde
des Gleitringträgers
drückt,
um die Überwurfmutter
gegen ein Verdrehen zu sichern. Eine andere Variante besteht in
der Verwendung einer Kontermutter, wobei die Überwurfmutter mit einem Außengewinde
versehen ist und die Kontermutter ein entsprechendes Innengewinde
hat, welches nach dem Aufschrauben der Überwurfmutter auf das Außengewinde
des Gleitringträgers
auf die Überwurfmutter
aufgeschraubt wird, bis die Kontermutter sich an einem Teil abstützt, welches
an dem Gleitringträger
befestigt ist und dessen Endabschnitt umgibt.
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Schließlich wäre auch
noch eine weitere Variante denkbar, bei welcher sich eine spitze
Lasche unmittelbar unterhalb der Überwurfmutter mit dem Außengewinde
des Gleitringträgers
in Eingriff befindet, wobei die Lasche mit einer sich quer zu ihr
erstreckenden axialen Zugschraube verbunden ist, die sich durch
eine axiale Bohrung im Mantel der Überwurfmutter erstreckt und
durch eine Mutter in einer Position fixiert wird, in welcher die
Lasche in Eingriff mit dem Außengewinde
des Gleitringträgers
gedreht ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
und der dazugehörigen
Figuren. Es zeigen:
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1 einen
axialen Längsschnitt
durch den Dichtungsbereich einer Drehdurchführung mit Sicherungsscheibe
für eine Überwurfmutter,
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2 eine
Draufsicht auf die in 1 im Schnitt dargestellte Sicherungsscheibe,
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3 eine
Variante, bei welcher eine Kontermutter auf ein Außengewinde
der Überwurfmutter aufgeschraubt
ist,
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4 eine
Variante, bei welcher eine Sicherungsscheibe mit der Außenseite
einer Überwurfmutter
in Reibeingriff steht,
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5 eine
Variante, bei welcher ein Verdrängungselement
in der Aussparung der Innenfläche
der Überwurfmutter
liegt und durch eine axiale Stiftschraube mit dem Gewinde des Gleitringträgers in Eingriff
gebracht wird,
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6 eine
Variante mit einer radialen Stiftschraube,
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7 eine
Variante ähnlich
dem Beispiel in 5, wobei jedoch das Verdrängungselement durch
eine radiale Bohrung eingebracht wird,
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8 eine
Variante mit einer spitzen Lasche axial außerhalb der Überwurfmutter
und einer sich durch den Mantel der Mutter erstreckenden axialen Zugschraube,
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9 einen
vergrößerten Ausschnittbereich der
Dichtung und der Sicherungsscheibe in 1, und
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10 nochmals
eine Draufsicht auf eine Sicherungsscheibe ähnlich wie 2,
jedoch mit symmetrisch angeordneten Nocken.
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Es
werden nunmehr zunächst
die 1, 2 und 9 und 10 im
Zusammenhang beschrieben, welche sich auf dieselbe Ausführungsform
beziehen, wobei zunächst
auf 9 Bezug genommen wird, in welcher die verschiedenen,
miteinander in Eingriff stehenden Flächen am besten zu erkennen
sind.
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Man
erkennt in 9 zwei Gleitringträger 4, 14,
wobei der Gleitringträger 4 in
diesem Fall der Endabschnitt einer drehbar gelagerten Welle ist,
also zu dem drehenden Maschinenteil gehört, während der Gleitringträger 14 zwar
ebenfalls ein hohlzylindrisches Bauteil ist, welches jedoch in einem
stehenden Maschinenteil fest, gegebenenfalls auch axial verschiebbar
und in Richtung des drehenden Maschinenteils vorgespannt, montiert
ist.
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Auf
jedem der beiden hohlzylindrischen Gleitringträger 4, 14 ist
ein Gleitring 1 bzw. 11 befestigt. Der Gleitring 1 bzw. 11 wird
durch je eine Überwurfmutter 7 bzw. 17 auf
die ringförmige,
stirnseitige Kontaktfläche 5 bzw. 15 der
Gleitringträger 4 bzw. 14 aufgepreßt. Hierzu
treten die konischen Innenflä chen 8 bzw. 18 der
beiden Überwurfmuttern 7 bzw. 17 mit den
entsprechend konisch ausgebildeten äußeren Mantelflächen 6 bzw. 16 der
Gleitringe 1 bzw. 11 in Kontakt, wenn die Überwurfmuttern 7 bzw. 17 auf
die entsprechenden Außengewinde
der Gleitringträger 4 bzw. 14 aufgeschraubt
werden.
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Die
Kontaktflächen 5 und 15 weisen
jeweils eine Nut auf, deren Tiefe so bemessen ist, daß sie je einen
O-Ring 9, 19 teilweise aufnehmen, so daß der in
die Nut eingelegte O-Ring noch ein Stück weit über die angrenzenden Abschnitte
der Kontaktflächen 5, 15 hervorsteht.
Beim Anziehen der Überwurfmuttern 7, 17 werden
dementsprechend die Gleitringe 1, 11 mit ihren
ersten Kontaktflächen 3, 13 zunächst mit der
hervorstehenden Fläche
der O-Ringe 9, 19 in Kontakt gebracht, pressen
den O-Ring 9, 19 beim weiteren Anziehen der Überwurfmuttern 7, 17 zusammen,
bis schließlich
die ersten Kontaktflächen 3, 13 mit
den jeweils gegenüberliegenden
zweiten Kontaktflächen 5, 15 der
Gleitringträger 4, 14 in
Eingriff treten. Um einen sicheren Dichtungseingriff zu erzielen
und um andererseits die Gleitringe nicht übermäßig zu belasten, werden die Überwurfmuttern 7, 17 mit
einem definierten Drehmoment festgezogen. Auf diese Weise wird sichergestellt,
daß die
Kontaktflächen 3, 5 bzw. 13, 15 mit
den dazwischenliegenden O-Ringen 9 bzw. 19 dicht
miteinander abschließen, so
daß zwischen
dem Gleitring und dem jeweils zugeordneten Gleitringträger entlang
der jeweiligen ersten und zweiten Kontaktflächen eine dichte und feste
Verbindung entsteht, ohne daß die
mitunter aus bruchanfälligen
Materialien hergestellten Gleitdichtringe 1, 11 durch
die auftretenden Klemmkräfte
beschädigt
oder zu stark beansprucht oder übermäßig verspannt
werden.
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Die
beiden Gleitringträger 4, 14 werden
entlang der gemeinsamen Achse exakt ausgerichtet und mindestens
eines der Teile sollte gegenüber
dem anderen eine leichte axiale Vorspannung aufweisen, damit die
Gleitdichtflächen 2, 12 in
eine möglichst gleichmäßige, flächige Anlage
miteinander kommen, um mit möglichst
geringer Reibung, aber gleichzeitig dennoch möglichst dicht abschließend eine
Relativbewegung zwischen den Gleitringen 1 und 11 zu
erlauben.
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Der
rotierende Maschinenteil bzw. der Gleitringträger 4, der im allgemeinen
als rotierende Welle ausgebildet ist, kann dann um seine Achse 30 rotieren,
wobei die Gleitdichtflächen 2, 12 aufeinander gleiten
und dennoch einen einigermaßen
dichten Abschluß zwischen
dem stehenden und dem sich drehenden Maschinenteil bieten. Eine
gewisse Menge des Fluids, welches durch die zentrale, durchgehende
Bohrung 31 von dem stehenden in das drehende Maschinenteil
oder auch umgekehrt befördert
wird, kann als Leck zwischen den beiden Dichtflächen 2, 12 hindurchtreten,
wird jedoch in dem umgebenden Leckraum 25 aufgefangen und
durch eine Leckraumöffnung 26 abgeleitet.
Sofern es sich bei dem durch die Drehdurchführung geführten Fluid um eine Flüssigkeit
handelt, dient die austretende Leckmenge als Schmiermittel zwischen
den Gleitdichtflächen und/oder
als Kühlmittel,
welches die zwischen den Gleitdichtflächen entstehende Reibungswärme teilweise
abtransportiert. Bei einer Zuführung
von Fluid unter Druck fällt
entlang des Leckspalts zwischen den Gleitdichtflächen der Druck von innen nach
außen
kontinuierlich ab, beaufschlagt aber beide Gleitdichtflächen in entgegengesetzten
Richtungen und trägt
so zur Entlastung des Reibungseingriffs bei, so daß die Reibung
zwischen den Gleitdichtflächen
hierdurch zusätzlich
vermindert wird. Eine etwaige Vorspannung muß auf jeden Fall ausreichend
bemessen sein, daß sie
dem auf die Dichtflächen
wirkenden Druck des Fluids standhält.
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Für eine dauerhaft
gute Funktion der Drehdurchführung
ist es besonders wichtig, daß die
beiden Gleitringe an ihren jeweiligen Gleitringträgern exakt
positioniert sind und dauerhaft in dieser Position festgehalten
werden.
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Hierzu
sind, wie bereits erwähnt,
die beiden Überwurfmuttern 7 bzw. 17 vorgesehen,
welche mit einem definierten Drehmoment auf dem Außengewinde
der Gleitringträger
festgezogen werden und dabei über
den Eingriff der konischen Flächen 6, 8 bzw. 16, 18 den
jeweiligen Gleitring 1 bzw. 11 fest an den Gleitringträger 4 bzw. 14 anpressen.
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Im
folgenden werden Gleitring, Überwurfmutter
und alle damit zusammenhängenden
Teile nur noch im Zusammenhang mit dem rotierenden Maschinenteil
beschrieben, solange nicht ausdrücklich auf
die Seite des stehenden Maschinenteils Bezug genommen wird. Dadurch
entfallen die Hinweise auf alle doppelt vorhanden Teile und die
jeweils zweifach vergebenen Bezugszahlen. Selbstverständlich können aber
sämtliche
Elemente, die in Bezug auf das rotierende Maschinenteil beschrieben
werden, auch an dem stehenden Maschinenteil vorhanden sein, obwohl
sie dort nicht immer in gleichem Maße notwendig sind.
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Die
als Gleitringträger 4 dienende
Welle des rotierenden Maschinenteils weist einen sogenannten "Labyrinth-Ring" 22 auf,
der ähnlich
wie die Überwurfmutter,
jedoch vor deren Anbringung, auf das Außengewinde der Welle 4 aufgeschraubt
und befestigt ist. Dieser Labyrinthring 22 kann im übrigen gleichzeitig
als axiale Abstützung
für ein
Wellenlager dienen und er ist gegenüber einer Drehung bezüglich der
Welle 4 gesichert, bildet also mit der Welle 4 gemeinsam
eine drehende Einheit. Auf seiner der Leckkammer 25 zugewandten
Seite ist dieser Labyrinthring 22 flanschartig zu einer
sogenannten Schleuderscheibe 20 erweitert, was unter anderem
dem Zweck dient, die zwischen den Gleitdichtflächen 2, 12 austretende
Flüssigkeit
zu erfassen und radial nach außen
zu schleudern, damit diese Flüssigkeit
nach Möglichkeit
an die Außenwand
des Leckraums 25 gelangt und von dort durch die Öffnung 26 abfließen bzw.
abgezogen werden kann und nicht axial durch den Spaltzwischen Schleuderscheibe 20 und
deren äußerer (feststehender)
Umfassung hindurch und in Richtung der Lager der Welle 4 austreten
kann.
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Gemäß 1 und
auch einigen weiteren Ausführungsformen
wird diese Schleuderscheibe 20 zusätzlich für die Fixierung eines Sicherungselements
verwendet, welches in 1 konkret die Form einer Sicherungsscheibe 10 hat.
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In 2 und 10 erkennt
man eine Draufsicht auf die Sicherungsscheibe 10, wie sie
auf der Schleuderscheibe 20 montiert ist, entsprechend einem
Schnitt A-A in 1, wobei jedoch die die Schleuderscheibe 20 umgebenden
Teile des stehenden, nicht rotierenden Maschinenteils 50 fortgelassen
sind.
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Im
Zentrum erkennt man die zentrale Durchgangsöffnung 31 umgeben
von dem Gleitdichtring 1, wobei der Schnitt A-A gerade
so gelegt ist, daß er
mit dem Übergang
zwischen den beiden Dichtflächen 2, 12 zusammenfällt, so
daß man
in 2 praktisch auf die Dichtfläche 2 des Gleitdichtrings 1 sieht.
Die Überwurfmutter 7 umfaßt mit ihrer
konischen Innenfläche
den konischen Mantelabschnitt des Dichtrings 1 und die Überwurfmutter 7 ist
ihrerseits umgeben von der Sicherungsscheibe 10. Die Überwurfmutter 7 weist
an zwei diametral gegenüberliegenden
Seiten noch zwei Abflachungen 24 auf, die aber ebensogut auch
als nutförmige
Aussparungen ausgebildet werden könnten, in welche der radial
einwärts
ragende Nocken 27 der Sicherungsscheibe 10 eingreifen kann,
der in 10 beidseitig vorhanden ist
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Die
Sicherungsscheibe 10 ihrerseits besteht aus einer ringförmigen Scheibe
mit vorzugsweise konstanter Dicke und weist gleichmäßig entlang
ihres Umfangs verteilt drei sich jeweils über ein Segment von etwas mehr
als 60° erstreckende
Langlöcher 33 auf,
wobei je eine Sicherungsschraube 23 ein derartiges Langloch 33 durchgreift
und in die Schleuderscheibe 20 eingeschraubt ist. Wie bereits
erwähnt, weist
die Sicherungsscheibe 10 einen radial einwärts ragenden
Nocken auf, der in eine entsprechende Aussparung oder Abflachung 24 der Überwurfmutter 7 eingreift.
Zweckmäßigerweise
weist die Sicherungsscheibe, wie in 2 dargestellt,
zwei identische, einander diametral gegenüberliegende Nocken 27 auf,
die gleichzeitig in die entsprechenden, gegenüberliegenden Aussparungen oder
Abflachungen 24 der Überwurfmutter 7 eingreifen.
Die Ausbildung mit zwei diametral gegenüberliegenden Nocken 27 gemäß 10 führt dazu,
daß die
Sicherungsscheibe ausgewuchtet ist, d. h. beim Drehen keinerlei
Unwucht aufweist, die nachteilige Vibrationen oder auch Beschädigungen
zur Folge haben könnte.
Auch die drei Langlöcher 33 sind
symmetrisch ausgebildet, so daß auch
durch das Vorsehen dieser drei Langlöcher der ausgewuchtete Zustand
der Sicherungsscheibe erhalten bleibt. Es versteht sich, daß die symmetrische
Ausbildung der Sicherungsscheibe, deren einzelne Elemente im vorliegenden
Beispiel entweder eine zweizählige
(bezüglich
der Nocken) oder eine dreizählige
(bezüglich
der Langlöcher)
Symmetrieachse haben, nur dann zu einer insgesamt ausgewuchteten
Sicherungsscheibe führt,
wenn die Sicherungsscheibe im übrigen
eine gleichmäßige Dicke hat
und dabei aus einem homogenen Material besteht. Dennoch hat eine
so ausgestaltete (10) Sicherungsscheibe 10 als
Ganzes keine mehrzählige Symmetrieachse,
da sie erst nach einer Drehung um mindestens 360° identisch auf sich selbst abgebildet werden
kann, während
dies für
einzelne geometrische Merkmale der Sicherungsscheibe (Nocken bzw. Langlöcher) jeweils
nach Drehungen um 180° bzw. 120° zutrifft.
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Auch
alle übrigen
rotierenden Teile sind entweder vollständig rotationssymmetrisch oder
haben eine zwei-, drei- oder mehrzählige Symmetrieachse, so daß alle rotierenden
Teile insgesamt ausgewuchtet sind. Dies gilt insbesondere auch für die Schleuderscheibe,
die drei Gewindebohrungen für
die drei Befestigungsschrauben 23 hat, welche alle exakt
auf einem Kreis mit einem einheitlichen Radius liegen und einen
relativen Winkelabstand von 120° zueinander
haben.
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Diese
Ausgestaltung der Schleuderscheibe 20 in Verbindung mit
den Langlöchern 33 der
Sicherungsscheibe ermöglicht
es, die Sicherungsscheibe 10 jeder beliebigen Winkelposition
der Überwurfmutter 7 anzupassen,
so daß die
beiden gegenüberliegenden
Nocken 27 (von denen in 2 nur einer dargestellt
ist) in die entsprechenden Aussparungen oder Abflachungen 24 auf
den gegenüberliegenden Seiten
der Überwurfmutter 7 eingreifen.
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Die 3 bis 8 werden
im folgenden nur noch in Bezug auf diejenigen Elemente beschrieben, die
gegenüber
den bereits in Verbindung mit den 1, 2 oder 9 beschriebenen
Elementen unterschiedlich sind. Alle übrigen Teile, auch wenn sie
nicht mehr ausdrücklich
durch Bezugszeichen gekennzeichnet sind, sind mit denen der 1 identisch.
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In 3 ist
eine Variante dargestellt, bei welcher die Überwurfmutter 7 durch
eine die Überwurfmutter
umgreifende Kontermutter 34 gesichert ist. Zu diesem Zweck
weist die Überwurfmutter 7 ein
Außengewinde
auf und die Kontermutter 34 hat ein entsprechendes Innengewinde.
Nachdem die Überwurfmutter
auf das Gewinde des Gleitringträgers 4 aufgeschraubt
worden ist (zum Aufbringen eines entsprechenden Drehmoments kann
beispielsweise die Stirnfläche
der Überwurfmutter 7 entsprechende
Eingriffsbohrungen für
Stifte eines Drehmomentschlüssels
aufweisen), wird Kontermutter 9 auf das Außengewinde
der Überwurfmutter 7 aufgeschraubt,
bis sie mit dem Grund einer Aussparung in der Schleuderscheibe 20 in
Eingriff tritt und sich gegen die ebenfalls auf der Welle 4 fest
verschraubte Schleuderscheibe 20 abstützt. Es wird zwischen dem Außengewinde
der Überwurfmutter 7 und
dem Innengewinde der Kontermutter 9 der gewünschte Kontereffekt
erzielt.
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4 und 4a zeigen eine Variante, die sehr ähnlich der
in 1 dargestellten Variante ist, wobei sich die Sicherungsscheibe
in diesem konkreten Fall nur dadurch von der Sicherungsscheibe nach 1 und 2 unterscheidet,
daß sie
keinen Nocken 27 für
den Eingriff mit der Überwurfmutter 7 aufweist
und die Überwurfmutter 7 auch
keine Aussparungen oder Abflachungen 24 hat, sondern stattdessen
der Sicherungsring 10' mit
zwei einwärts
ragenden Lippen, die einen kleineren Innendurchmesser definieren,
als es dem Außendurchmesser
der Überwurfmutter 7 entspricht,
mit der Außenseite
der Überwurfmutter 7 in Eingriff
treten und diese durch den entsprechenden Reibeingriff gegen ein
Verdrehen bzw. Lösen
von dem Gewinde des Gleitringträgers 4 sichern.
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Es
versteht sich, daß auch
in diesem Fall die Sicherungsscheibe 10' wieder durch drei gleichmäßig über den
Umfang verteilten Schrauben 23 an der Schleuderscheibe 20 befestigt
ist, wobei in diesem Falle die Sicherungsscheibe jedoch keinerlei
Langlöcher 33 aufweisen
muß, da
die Sicherungsscheibe 10' in
beliebigen Winkelpositionen relativ zu der Überwurfmutter 7 montiert
werden kann.
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5 zeigt
eine weitere Variante der Sicherung der Überwurfmutter 7. In
diesem Fall weist die Innenfläche
der Überwurfmutter
im oder in der Nähe ihres
Gewindebereichs eine Aussparung auf, in welche ein Verdrängungselement 35,
welches beispielsweise aus Kunststoff bestehen kann, eingelegt ist. Gleichzeitig
ist auch eine axiale Gewindebohrung 36 in der Überwurfmutter 7 vorgesehen,
die die für
das Verdrängungselement 35 vorgesehene
Aussparung kreuzt bzw. überlappt
und in die eine Stiftschraube 37 eingeschraubt ist. Durch
das Einschrauben der Stiftschraube 37 in die Gewindebohrung 36 kann
das Verdrängungselement 35 nach
dem Aufschrauben der Überwurfmutter 7 auf
das Gewinde des Dichtringträgers 4 radial
einwärts
und in Eingriff mit dem Gewinde des Gleitringträgers gedrückt werden, so daß die Überwurfmutter 7 auf
diese Weise an dem Gewinde gesichert wird.
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6 zeigt
eine Variante, bei welcher die Überwurfmutter 7 in
ihrer Wand im Gewindebereich eine radiale Gewindebohrung aufweist
und durch eine entsprechende radiale Stiftschraube 38 an
dem Gewinde des Gleitringträgers 4 gesichert
wird.
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7 zeigt
eine Ausführungsform,
die man als Mischung der Varianten nach den 5 und 6 betrachten
kann. In diesem Fall ist eine Radialbohrung für das Einbringen eines Verdrängungselements 35' in der Wand
bzw. dem Mantel der Überwurfmutter 7 vorgesehen,
ebenso wie eine axiale Gewindebohrung, in die eine Stiftschraube 37 eingreift und
welche die radiale Bohrung für
die Aufnahme des Verdrängungselements 35' kreuzt. Auch
hier wird durch axiales Einschrauben der Stiftschraube 37 das Element 35' zumindest teilweise
radial nach innen und in Eingriff mit dem Gewinde des Gleitringträgers 4 verdrängt.
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8 zeigt
schließlich
eine Variante mit einer spitzen Lasche 39, die an einer
sich quer zu der Lasche erstreckenden Gewindebolzen in Form einer. Zugschraube 41 befestigt
ist. Die spitze Lasche 39 ist hinreichend schmal, so daß sie in
einer gegenüber der
Ansicht in 8 um 90° (um die Achse der Zugschraube 41)
gedrehten Position nicht mit dem Außengewinde des Gleitringträgers 4 in
Eingriff tritt. Nach dem Festziehen der Überwurfmutter 7 auf
dem Gewinde des Gleitringträgers 4 mit
einem definierten Drehmoment wird die Zugschraube 41 mit
der daran befestigten Lasche 39 in eine Axialbohrung in
der Wand bzw. im Mantel der Überwurfmutter 7 eingeführt und
das freie Ende der Zugschraube 41, welches aus der axialen
Bohrung in der Überwurfmutter etwas
hervorsteht, wird mit einer passenden Schraubenmutter versehen.
Dann wird die spitze Lasche 39 in ihre in 8 dargestellte
Eingriffsposition mit dem Gewinde des Gleitringträgers 4 gedreht
und anschließend
wird die Mutter am Ende der Zugschraube 41 festgezogen,
um so die mit dem Gewinde in Eingriff befindliche Lasche 39 an
dem Gewinde festzuklemmen bzw. eine Wirkung ähnlich wie eine Kontermutter
zu erzielen, allerdings nur auf einen kleinen Gewindebereich beschränkt.
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Es
versteht sich, daß insbesondere
in den Ausführungsformen
der 5, 6, 7 und 8,
in welchen zusätzliche
radiale oder axiale Bohrungen oder Aussparungen in der Wand der Überwurfmutter 7 vorgesehen
sind, entsprechende Ausgleichsbohrungen oder Aussparungen symmetrisch
verteilt entlang des Umfangs der Überwurfmutter 7 in
deren Wand vorgesehen werden können,
um eine bezüglich
der Rotationsachse 30 ausgewuchtete Überwurfmutter 7 zu
erhalten.
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Die Überwurfmutter 17 an
dem Gleitringträger 14 des
feststehenden Maschinenteils 50 (siehe 1)
kann im Prinzip in der gleichen Weise gesichert werden wie die Überwurfmutter 7 am
rotierenden Maschinenteil, jedoch ist es bei dem stehenden Maschinenteil
auch möglich,
beispielsweise einen einzelnen Sicherungsstift oder eine Sicherungsschraube 29 zu
verwenden, die in eine von vorzugsweise mehreren über den
Umfang der Überwurfmutter 17 verteilte
Aussparungen eingreift. Die Überwurfmutter 17 muß insbesondere
nicht notwendigerweise ausgewuchtet sein, weil sie am stehenden
Maschinenteil 50 befestigt ist und nicht rotiert. Es versteht sich,
daß die
in 1 dargestellte Variante der Sicherung der Mutter 17 mit
einem Stift 29 nur eine von vielen verschiedenen Möglichkeiten
der Verdrehsicherung ist und im übrigen
auch viele der zu den 1 bis 8 an dem
rotierenden Teil beschriebenen Verdrehsicherungen vorgesehen werden
könnten.
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Für Zwecke
der ursprünglichen
Offenbarung wird darauf hingewiesen, daß sämtliche Merkmale, wie sie sich
aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen
Fachmann erschließen,
auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren
Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen
Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder
Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen
wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder
sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher
denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und
der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.