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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung, umfassend einen rotierenden Gegenring und einen stationären Gleitring, wobei der Gegenring und der Gleitring jeweils aneinander liegende Dichtflächen aufweisen und wobei die Dichtfläche des Gegenrings der Dichtfläche des Gleitrings gegenüberliegt.
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Stand der Technik
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Gleitringdichtungen der eingangs genannten Art sind aus der
EP 1 209 386 A1 bereits bekannt.
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Ein Gegenring kann mit Gleitgeschwindigkeiten bezogen auf den mittleren Gleitflächendurchmesser von bis zu 200 m/s relativ zum stationären Gleitring rotieren. Bei hohen Gleitgeschwindigkeiten kommt es infolge von viskoser Reibung im Dichtspalt zu einem erheblichen Wärmeeintrag in Gleit- und Gegenring. Axiale Temperaturgradienten in Gleit- und Gegenring können zu großen Verformungen der Ringe führen. Dabei kann sich die Geometrie des Dichtspalts in unerwünschter Weise bzw. unzulässiger Weise verändern und zwar hinsichtlich der Höhe des Dichtspalts als auch dessen V-förmiger Aufweitung.
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Aus der
EP 1 209 386 A1 ist bekannt, einen rotierenden Gegenring mit einer axialen Ausstülpung zu versehen, um thermisch bedingte Verwerfungen des rotierenden Gegenrings zu kompensieren.
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Bei den bekannten Gleitringdichtungen ist nachteilig, dass das Verformungsverhalten des rotierenden Gegenrings trotz der bekannten Maßnahmen bei hoher Temperaturentwicklung nicht immer in allen auftretenden Betriebszuständen eine zuverlässige Funktion zulässt.
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Insbesondere bei der Verwendung von Gleitringdichtungen in Turbomaschinen, beispielsweise Kompressoren oder Gasturbinen, mit stark variierenden Betriebsbedingungen hinsichtlich Druck, Drehzahl und Temperatur bestehen jedoch sehr hohe Anforderungen an Funktion und Betriebssicherheit der Gleitringdichtungen.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringdichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass diese auch bei variierenden und unterschiedlichen Gleitgeschwindigkeiten, Drücken und Temperaturen eine zuverlässige Funktion gewährleistet.
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Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Danach ist die eingangs genannte Gleitringdichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring eine axiale Ausbuchtung aufweist, deren radial innere Flanke Ausnehmungen aufweist.
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Überraschend stellt sich hierdurch eine nahezu konstante Spaltbreite ein. Der stationäre Gleitring folgt in seinem Bewegungs- und Verformungsverhalten dem rotierenden Gegenring derart, dass sich der Dichtspalt zwischen den Dichtflächen nicht aufweitet oder in unzulässiger Weise verkleinert. Die Ausnehmungen stehen bei rotierendem Gegenring in einem sensiblen Wechselspiel zu diesem, wodurch der Gegenring überraschend stabil und ruhig rotiert und der Gleitring diesem axial folgt. Die stabile und ruhige Rotation führt zu einer sehr hohen Dichtheit und einer optimierten Spaltbreite zwischen den Dichtflächen.
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Soweit in dieser Beschreibung von Spaltbreite die Rede ist, ist der axiale Abstand der Dichtflächen gemeint. Der Fachmann bezeichnet diesen axialen Abstand auch als „Spalthöhe”. In den Ausnehmungen sind keine Dichtungen oder Dichtelemente angeordnet. Die Ausnehmungen sind auch frei von Zentrierelementen, die axial oder radial an der radial inneren Flanke anliegen.
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Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Der Gegenring könnte eine erste axiale Ausstülpung aufweisen, welche von einer Radialebene des Gegenrings abragt, wobei der Gegenring eine zweite axiale Ausstülpung aufweist, welche von der Radialebene abragt und von der ersten Ausstülpung beabstandet ist. Eine zweite Ausstülpung, welche mit der ersten Ausstülpung ein Tal ausbildet, kann die auftretenden Kippmomente infolge axialer Temperaturgradienten kompensieren. Obwohl der Fachmann erwarten würde, dass eine weitere Ausstülpung zu einem relativ komplexen, schwer beherrschbaren Verformungsverhalten des Gegenrings führen würde, könnte dieser Weg beschritten werden. Die erste Ausstülpung steht dann bei rotierendem Gegenring in einem sensiblen Wechselspiel zu der zweiten Ausstülpung. Hierdurch zeigt der Gegenring auch bei stark variierenden Belastungen in Bezug auf Druck, Drehzahl und Temperatur überraschend in gleichem Maße sowohl Flexibilität als auch Stabilität im Hinblick auf sein Verformungsverhalten. Dadurch wird auch bei stark variierenden Betriebsbedingungen eine optimale Geometrie des Dichtspalts aufrecht erhalten.
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Die Radialebene könnte der Dichtfläche des Gegenrings abgewandt sein. Vorteilhaft werden hierbei die aneinander liegenden Dichtflächen nicht beeinflusst.
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Die erste Ausstülpung könnte am radial äußeren Ende des Gegenrings ausgebildet sein, wobei die zweite Ausstülpung dem radial inneren Ende des Gegenrings zugewandt ist. Hierdurch wird die Rotationsebene des Gegenrings gegen Verkippungen stabilisiert.
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Die erste Ausstülpung könnte im Querschnitt trapezförmig ausgebildet sein. Diese konkrete Ausgestaltung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da es hierdurch zu einer positiven Massenverteilung und Schwerpunktverschiebung innerhalb des Gegenrings kommt.
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Vor diesem Hintergrund könnte die zweite Ausstülpung im Querschnitt trapezförmig ausgebildet sein. Hierdurch werden parallel zur Rotationsachse orientierte Ebenen vermieden, auf denen sich Fluide, insbesondere flüssige Schmiermittel, anlagern können.
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Die Ausstülpungen könnten abgerundete Kanten aufweisen. Hierdurch können Sekundärwirbelabrisse an den Ausstülpungen minimiert werden.
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Die erste Ausstülpung könnte eine größere Ausdehnung zeigen als die zweite Ausstülpung. Überraschend ergibt sich hierdurch ein gleichermaßen flexibles als auch stabiles Verformungsverhalten des rotierenden Gegenrings bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen.
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Die radial innere Flanke könnte gestuft ausgebildet sein. Stufen lassen sich problemlos in den Körper des Gleitrings einbringen.
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Die radial innere Flanke könnte in eine erste Radialebene des Gleitrings münden, wobei eine radial äußere Flanke des Gleitrings auf einer zweiten Radialebene des Gleitrings mündet und wobei die erste und die zweite Radialebene unterschiedlich weit von der Dichtfläche des Gleitrings beabstandet sind. Durch diese konkrete Ausgestaltung stellt sich eine sehr günstige Form des Gleitrings ein, so dass der Dichtspalt zwischen den Dichtflächen nahezu konstant ist.
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Die hier beschriebene Gleitringdichtung eignet sich in besonderer Weise zur Verwendung in Turbomaschinen, beispielsweise Kompressoren oder Gasturbinen, da diese auch bei variierenden und unterschiedlichen Gleitgeschwindigkeiten, Drücken und Temperaturen eine zuverlässige Funktion gewährleistet.
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Die hier beschriebene Gleitringdichtung dichtet ein Gas oder ein Gemisch aus einem Gas und einer Flüssigkeit ab, wobei die Dichtflächen gasgeschmiert sind.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung an Hand der Zeichnung zu verweisen.
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In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung werden im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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In der Zeichnung zeigen
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1 eine Schnittansicht einer Gleitringdichtung des Stands der Technik, bei welcher der stationäre Gleitring eine axiale Ausbuchtung ohne Ausnehmungen aufweist,
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2 eine Schnittansicht des gehäuseseitigen Teils der Gleitringdichtung gemäß 1,
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3 eine Schnittansicht eines wellenseitigen Teils einer Gleitringdichtung, bei welcher der rotierende Gegenring in axialer Richtung zwei Ausstülpungen aufweist, und
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4 eine Schnittansicht eines gehäuseseitigen Teils einer Gleitringdichtung, bei welcher der stationäre Gleitring eine axiale Ausbuchtung aufweist, in welcher eine gestufte Flanke ausgebildet ist.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine Gleitringdichtung des Stands der Technik.
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Die in 1 gezeigte Gleitringdichtung umfasst einen rotierenden Gegenring 1 und einen stationären Gleitring 2, wobei der Gegenring 1 und der Gleitring 2 jeweils aneinander liegende Dichtflächen 1a, 2a aufweisen, wobei die Dichtfläche 1a des Gegenrings 1 der Dichtfläche 2a des Gleitrings 2 gegenüberliegt.
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Der rotierende Gegenring 1 ist einer drehenden Welle 5 fest zugeordnet und rotiert mit dieser. Der stationäre Gleitring 2 ist in einem Gehäuse 6 lose zentriert angeordnet.
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2 zeigt den gehäuseseitigen Teil der Gleitringdichtung gemäß 1.
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3 zeigt einen wellenseitigen Teil einer Gleitringdichtung und 4 zeigt einen gehäuseseitigen Teil einer Gleitringdichtung gemäß der Erfindung. Dabei kann der gehäuseseitige Teil gemäß 4 mit dem wellenseitigen Teil gemäß 3 oder dem wellenseitigen Teil gemäß 1 kombiniert werden.
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Die in 3 und 4 gezeigte Gleitringdichtung umfasst einen rotierenden Gegenring 1 und einen stationären Gleitring 2, wobei der Gegenring 1 und der Gleitring 2 jeweils aneinander liegende Dichtflächen 1a, 2a aufweisen, wobei die Dichtfläche 1a des Gegenrings 1 der Dichtfläche 2a des Gleitrings 2 gegenüberliegt. Hierbei wird ein Dichtspalt 7 zwischen den Dichtflächen 1a, 2a ausgebildet. Der rotierende Gegenring 1 ist einer drehenden Welle 5 fest zugeordnet und rotiert mit dieser. Der stationäre Gleitring 2 ist in einem Gehäuse 6 lose zentriert angeordnet.
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Der Gegenring 1 weist eine erste axiale Ausstülpung 8 auf, welche von einer gestrichelt dargestellten Radialebene 9 des Gegenrings 1 axial abragt. Der Gegenring 1 weist eine zweite axiale Ausstülpung 10 auf, welche von der Radialebene 9 axial abragt und von der ersten Ausstülpung 8 radial beabstandet ist.
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Konkret begrenzen die erste Ausstülpung 8 und die zweite Ausstülpung 10 ein Tal 11, welches etwas tiefer liegt als die Radialebene 9. Das Tal 11 könnte jedoch auch etwas höher liegen als die Radialebene 9. Der Gegenring 1 ist aus Metall gefertigt und weist einen Durchmesser (Innenmass) von 300 mm auf.
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Die Radialebene 9 ist der Dichtfläche 1a des Gegenrings 1 axial abgewandt. Die erste Ausstülpung 8 ist am radial äußeren Ende des Gegenrings 1 ausgebildet, wobei die zweite Ausstülpung 10 dem radial inneren Ende des Gegenrings 1 zugewandt ist.
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Die erste Ausstülpung 8 und die zweite Ausstülpung 10 sind im Querschnitt trapezförmig ausgebildet. Die Ausstülpungen 8, 10 weisen abgerundete Kanten 12a, 12b auf.
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Die erste Ausstülpung 8 zeigt eine größere Ausdehnung als die zweite Ausstülpung 10.
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4 zeigt, dass der Gleitring 2 eine axiale Ausbuchtung 13 aufweist, deren radial innere Flanke 14 Ausnehmungen 15a, 15b aufweist. Die radial innere Flanke 14 ist gestuft ausgebildet.
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Die radial innere Flanke 14 mündet in eine erste Radialebene 16 des Gleitrings 2, wobei eine radial äußere Flanke 17 des Gleitrings 2 in eine zweite Radialebene 18 des Gleitrings 2 mündet und wobei die erste und die zweite Radialebene 16, 18 unterschiedlich weit von der Dichtfläche 2a des Gleitrings 2 axial beabstandet sind.
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Der Gleitring 2 ist aus einem Kohlewerkstoff gefertigt.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1209386 A1 [0002, 0004]
