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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitringdichtung gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 9.
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Stand der Technik
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitringdichtung. Dabei handelt es sich um sogenannte dynamische Dichtungen zur Abdichtung rotierender Wellen gegenüber einer Seitenwand oder Ähnlichem, beispielsweise gegenüber einem Maschinengehäuse. Die hauptsächlichen Wirkungskomponenten stellen zwei aufeinander gleitende Bauteile dar, insbesondere ein gefederter Gleitring und ein zugeordneter Gegenring. Einer der beiden Ringe ist starr in einem stationären Gehäuseelement angeordnet, der andere Ring ist mithilfe von Verdrehsicherungsstiften oder Ähnlichem auf der rotierenden Welle befestigt. Die Flächen zwischen den beiden Ringen sind – abhängig von der Art der Gleitringdichtung – zumeist plan und bestehen in der Regel aus Kohlenstoff-Graphitwerkstoffen, Metall, Keramik, Kunststoff oder kunstharzgebundenem Kohlenstoff.
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US 2006/0061041 A1 offenbart den Aufbau einer Gleitringdichtung umfassend eine Gleitringdichtungshülse, in der insbesondere federnde Ringelemente angeordnet sind, und ein Gleitringdichtungsgehäuse beziehungsweise einen Haltering.
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Herkömmlicherweise werden zur Federung des Gleitrings mehrere übereinander liegende Sinusfedern verwendet, welche von zwei Metallringen begrenzt werden. Die Metallringe dienen insbesondere dazu, die Sinusfedern ausreichend abzustützen. Ein solcher Aufbau der Federung ist aufgrund der Schichtung der Sinusfedern technisch aufwendig, da die Sinusfedern korrekt zueinander ausgerichtet sein müssen und sich nicht gegeneinander verdrehen dürfen. Weiterhin werden für eine solche Federung viele Einzelteile benötigt, die entsprechend montiert werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Gleitringdichtung besonders kostengünstig herzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Gleitringdichtung technisch einfacher zu gestalten, insbesondere unter Verwendung einer geringeren Anzahl an Einzelteilen.
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Die obige Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitringdichtung gelöst, die die Merkmale in den Patentansprüchen 1 und 9 umfassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit einem gefederten Gegenring und einen an dem Gegenring gleitend angeordneten Gleitring die in einer Gehäuseanordnung angeordnet sind. Die Gehäuseanordnung umfasst insbesondere ein erstes bewegliches Gehäuseelement und ein zweites ortsfest fixierbares Gehäuseelement. Das aus dem gefederten Gegenring und dem Gleitring gebildete Ringpaar ist in der Gehäuseanordnung angeordnet, wobei der gefederte Gegenring insbesondere am zweiten Gehäuseelement angeordnet ist, während der gleitend angeordnete Gleitring dem ersten beweglichen Gehäuseelement zugeordnet ist. Alternativ kann auch der gefederte Gegenring am ersten beweglichen Gehäuseelement und der Gleitring am zweiten statischen Gehäuseelement angeordnet sein.
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Die Gleitringdichtung wird zum Abdichten eines beweglichen, insbesondere rotatorisch beweglichen Maschinenbauteils gegenüber einem stationären Maschinenbauteil verwendet. Gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform ist das erste bewegliche Gehäuseelement mit dem Gleitring an einer Welle befestigt, während das zweite Gehäuseelement mit dem gefederten Gegenring beispielsweise in einer Wellendurchtrittsöffnung des Maschinengehäuses angeordnet und befestigt ist. Der Fachmann kann die hier im Folgenden beschriebenen Merkmale der Erfindung analog auf eine Gleitringdichtung übertragen, bei der der gefederte Gegenring am ersten beweglichen Gehäuseelement und der Gleitring am zweiten statischen Gehäuseelement angeordnet ist. Weitere Ausführungsformen mit einem gefederten Gleitring sind ebenfalls denkbar.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Gehäuseanordnung zumindest teilweise aus einem Kunststoff und/oder einem Verbundwerkstoff besteht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, das erste bewegliche Gehäuseelement, welches auch als Gleitringdichtungshülse bezeichnet wird, und/oder das zweite ortsfest fixierbare Gehäuseelement, welches auch als Gleitringdichtungsgehäuse bezeichnet wird, zumindest teilweise aus einem Kunststoff und/oder einem Verbundwerkstoff zu fertigen. Insbesondere ist vorgesehen, das erste und/oder das zweite Gehäuseelement jeweils als Spritzgussteil aus einem Kunststoff und/oder einem Verbundwerkstoff zu fertigen, so dass diese vorzugsweise jeweils komplett aus Kunststoff und/oder einem Verbundwerkstoff bestehen. Als Verbundwerkstoff sind insbesondere Faser-Kunststoff-Verbunde oder eigenverstärkte Kunststoff-Verbunde geeignet. Zu den geeigneten Werkstoffen beziehungsweise Verbundwerkstoffen zählen insbesondere, glasfaserverstärkter Kunststoff (GfK), kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), aramidfaserverstärkter Kunststoff (AFK), naturfaserverstärkter Kunststoff (NFK).
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Das verwendete Material kann besonders einfach verarbeitet werden, beispielsweise können somit kostengünstig Gehäuseelemente mittels Spritzguss hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten gegenüber herkömmlicherweise aus Metall gefertigten Gehäuseelementen deutlich reduziert werden können. Weiterhin verringert sich das Gewicht einer solchen Gleitringdichtung.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Gleitring jeweils erste Mitnehmerelemente auf und das erste bewegliche Gehäuseelement weist jeweils zweite Mitnehmerelemente für die ersten Mitnehmerelemente des Gleitrings auf, wobei die zweiten Mitnehmerelemente in die ersten Mitnehmerelemente eingreifen. Durch die Wirkverbindung der ersten und zweiten Mitnehmerelemente wird die Rotation der Welle, auf der das erste Gehäuseelement der Gleitringdichtung befestigt ist, auf den Gleitring übertragen, der eine Kontaktfläche zu dem gefederten Gegenring aufweist.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass der Gegenring jeweils dritte Mitnehmerelemente aufweist und dass das zweite ortsfest fixierbare Gehäuseelement jeweils vierte Mitnehmerelemente für die dritten Mitnehmerelemente des Gegenrings aufweist, wobei die vierten Mitnehmerelemente in die dritten Mitnehmerelemente eingreifen. Da das zweite Gehäuseelement ortsfest an einem stationären Maschinenteil befestigt wird, verhindert der Eingriff der dritten Mitnehmerelemente des Gegenrings in die vierten Mitnehmerelemente des zweiten Gehäuseelements insbesondere eine Übertragung der Rotationsbewegung des Gleitrings auf den Gegenring.
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Für den Fachmann ist klar, dass die Mitnehmerelemente auch dergestalt ausgebildet sein können, dass die ersten in die zweiten und/oder die dritten in die vierten Mitnehmerelemente eingreifen.
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Gleitring und Gegenring bestehen herkömmlicherweise aus Siliziumcarbid (SiC) oder einem Metall, beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff oder Ähnlichem. Die ersten und/oder die dritten Mitnehmerelemente von Gleitring und Gegenring sind in der Regel als Aussparungen ausgebildet und bestehen somit ebenfalls aus Siliziumcarbid (SiC) oder einem metallischen Werkstoff und weisen somit eine erste Härte auf.
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Aufgrund der zumindest teilweisen Ausbildung der Gehäuseelemente aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Verbundwerkstoff, zumindest aufgrund der Ausbildung der Mitnehmerelemente der Gehäuseelemente aus einem Kunststoff oder einem anderen geeigneten Verbundwerkstoff, weisen diese zumindest im Bereich der Mitnehmerelemente eine zweite, geringere Härte auf.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das erste Gehäuseelement und/oder das zweite Gehäuseelement jeweils einstückig ausgebildet und umfassen die Mitnehmerelemente als integralen Bestandteil. Insbesondere werden die Mitnehmerelemente somit nicht nachträglich an dem ersten und/oder zweiten Gehäuseelement befestigt, sondern werden gleich bei der Herstellung des ersten und/oder zweiten Gehäuseelement mit ausgebildet.
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Herkömmlicherweise erfolgt die Mitnahme der Gleitflächen von Gleitring und Gegenring durch an den Gehäuseelementen angeordnete metallische Zylinderstifte. Hier kann es immer wieder zu Abplatzungen der Mitnehmerelemente kommen. Dies kommt insbesondere durch ein hohes Drehmoment der Gleitflächen von Gleit- und Gegenring beziehungsweise durch ein abruptes Anfahren des beweglichen Maschinenteils in Kombination mit zusammenwirkenden ersten und zweiten beziehungsweise dritten und vierten Mitnehmerelementen, die jeweils eine ähnliche beziehungsweise vergleichbare Härte ausweisen.
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Da die zweiten und vierten Mitnehmerelemente der Gehäuseelemente nunmehr aus einem Kunststoff oder einem anderen geeigneten Verbundwerkstoff mit einer zweiten, geringeren Härte bestehen, ist nunmehr eine Materialpaarung durch zwei unterschiedliche Materialhärten gegeben, insbesondere ergibt sich eine Materialpaarung von harten ersten Mitnehmerelementen und weichen zweiten Mitnehmerelementen sowie von harten dritten Mitnehmerelementen und weichen vierten Mitnehmerelementen. Dadurch kann insbesondere verhindert werden, dass die Gleitflächen von Gleit- und Gegenring durch zu hohe Drehmomente beschädigt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die zweiten und vierten Mitnehmerelemente bereits bei der Herstellung der Gehäuseelemente durch Spritzgussverfahren direkt mit an die Gehäuseelemente angespritzt. Wie bereits beschrieben werden insbesondere die gesamten Gehäuseelemente jeweils als Spritzgussformteil hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Federung des Gleitrings durch eine Mehrzahl von Spiralfedern ausgebildet wird, das heißt die Federung ist als eine Art Gruppenfederung ausgebildet. Insbesondere weist das zweite Gehäuseelement speziell ausgebildete Aufnahmen beziehungsweise Federaufnahmen für die Spiralfedern auf. Das Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des zweiten Gehäuseelementes kann derart ausgebildet sein, dass die Federaufnahmen beim Herstellen des zweiten Gehäuseelementes durch Spritzguss direkt als Vertiefungen in das zweite Gehäuseelement eingespritzt werden. In die Federaufnahmen werden Spiralfedern eingesetzt, deren Außendurchmesser in etwa dem Innendurchmesser der Federaufnahmen entspricht, so dass die Spiralfedern form- und/oder kraftschlüssig in den Federaufnahmen gehalten sind. Ein besonderer Vorteil der Verwendung von Spiralfedern besteht darin, dass die auf die Gleitflächen von Gleit- und Gegenring ausgeübte Kraft bei Bedarf leicht eingestellt beziehungsweise angepasst werden kann.
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Je nachdem, welche Federkraft benötigt wird, kann diese durch Anpassen der Anzahl an verwendeten Spiralfedern eingestellt werden. Beispielsweise kann eine geringere Federkraft durch eine Verringerung der Anzahl der Spiralfedern erzeugt werden. Zudem ist es möglich, je nach Anwendungsfall Spiralfedern mit entsprechender Federhärte zu verwenden. Somit könnte beispielsweise eine höhere Federkraft durch Verwendung von Spiralfedern einer größeren Federhärte erreicht werden. Vorteilhaft ist weiterhin, dass diese Federung keine zusätzlichen technischen Mittel, insbesondere keine zusätzlichen Ringe und Stifte oder Ähnliches benötigt, um die Spiralfedern in ihrer jeweiligen Position zu halten.
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Die erfindungsgemäße Gleitringdichtung ist technisch wesentlich einfacher herzustellen, als eine herkömmlich bekannte Gleitringdichtung, insbesondere eine Gleitringdichtung, bei der der Gegenring oder der Gleitring über eine Anordnung von Sinusfedern gefedert wird. Durch die Spritzgussherstellung, bei der die Mitnehmerelemente und die Federaufnahmen bereits in mindestens ein Gehäuseelement integriert werden, sind keine weiteren Nachbearbeitungsschritte an den Gehäuseelementen notwendig. Diese können direkt verbaut werden. Die Federung des Gegenrings oder des Gleitrings durch eine Mehrzahl von Spiralfedern lässt sich insbesondere in Kombination mit den spritzgegossenen Federaufnahmen leicht zusammenbauen. Insbesondere sind keine weiteren Bauteile zur Fixierung der Spiralfedern nötig und es muss beim Zusammenbau nicht auf eine korrekte Ausrichtung der Federelemente geachtet werden, wodurch sich der Produktionsaufwand vereinfacht. Die Verwendung eines weniger harten Materials für die Gehäuseelemente und die Ausbildung der Mitnehmerelemente für Gleitring und Gegenring aus demselben weicheren Material wie die Gehäuseelemente führt auch zu einem geringeren Verschleiß der Gleitringdichtung. Die Mitnehmerelemente der Gehäuseelemente können vorteilhafterweise ebenfalls direkt beim Spritzgießen der Gehäuseelemente in diese eingegossen werden und müssen nicht erst nachträglich an diesen befestigt werden. All dies wirkt sich vorteilhaft auf die Produktionszeit und/oder die Produktionskosten und/oder die laufenden Kosten aus.
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Figurenbeschreibung
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
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1 zeigt eine Explosionszeichnung der Bauteile einer Gleitringdichtung gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Gleitringdichtungsgehäuses einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung.
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3 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Gleitringdichtungsgehäuses mit dem zugeordneten Gleitring einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
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1 zeigt eine Explosionszeichnung der Bauteile einer Gleitringdichtung 1 gemäß dem Stand der Technik. Eine Gleitringdichtung 1 weist insbesondere eine Gehäuseanordnung 2 auf, in der ein gefederter Gegenring 3 und ein Gleitring 4 angeordnet sind. Die Gehäuseanordnung 2 umfasst ein beweglich ausgebildetes Gehäuseelement 5 und ein ortsfest fixierbares Gehäuseelement 6. Das beweglich ausgebildete Gehäuseelement 5 wird auch als Gleitringdichtungshülse bezeichnet, das ortsfest fixierbare Gehäuseelement 6 wird auch als Gleitringdichtungsgehäuse 15 bezeichnet. Dem beweglich ausgebildeten Gehäuseelement 5 ist in der dargestellten Ausführungsform der beweglich ausgebildete Gleitring 4 zugeordnet, während dem ortsfest fixierbaren Gehäuseelement 6 der gefederte Gegenring 3 zugeordnet ist. Insbesondere bildet der gefederte Gegenring 3 die stehende Fläche und der Gleitring 4 die drehende Fläche der Gleitringdichtung 1.
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Die Gehäuseelemente 5, 6 sind herkömmlicherweise jeweils aus Metall gefertigt. Beispielsweise werden die Gehäuseelemente durch Drehen und weitere metallbearbeitende Arbeitsschritte hergestellt oder aber es wird ein Metallrohling durch Feinguss hergestellt, der noch weiter bearbeitet wird, beispielsweise indem Aufnahmen für Mitnehmerstifte für Gegenring 3 und Gleitring 4 in den Metallrohling gebohrt werden und Zylinderstifte oder Ähnliches als Mitnehmerstifte eingeschraubt werden.
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Die Federung 9 des Gegenrings 3 wird insbesondere durch eine Mehrzahl von Sinusfedern 12 gebildet, die zwischen zwei Metallringen 13-1, 13-2 angeordnet sind, die der axialen Fixierung der Federung 9 dienen.
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Zur Erzielung der gewünschten Abdichtung eines beweglichen Maschinenteils gegenüber einem stationären Maschinenteil umfasst die Gleitringdichtung 1 eine Mehrzahl von Dichtringen 14, die in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen eine unterschiedliche Stärke aufweisen können.
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2 zeigt eine schematische Teildarstellung eines ortsfest fixierbaren Gehäuseelements 6, insbesondere eines Gleitringdichtungsgehäuses 15 einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung und 3 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Gleitringdichtungsgehäuses 15 mit dem zugeordneten Gegenring 3 einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung. Das vorzugsweise spritzgegossene Gleitringdichtungsgehäuses 15 weist insbesondere Mitnehmerelemente 8 und Federaufnahmen 11 auf. Insbesondere ist das verwendete Spritzgusswerkzeug derart ausgebildet, dass die Mitnehmerelemente 8 und die Federaufnahmen 11 direkt beim Spritzgießen erzeugt werden und keine weiteren Bearbeitungsschritte am spritzgegossenen Gleitringdichtungsgehäuse 15 notwendig sind. In die Federaufnahmen 11 werden Spiralfedern 10 eingesetzt. Anschließend wird der Gegenring 3 gemäß 3 aufgesetzt. Der Gegenring 3 weist ebenfalls Mitnehmerelemente 7 auf. Insbesondere sind diese als Einkerbungen 16 ausgebildet, so dass die Mitnehmerelemente 8 des Gleitringdichtungsgehäuses 15 formschlüssig in die Mitnehmerelemente 7 des Gegenrings 3 eingreifen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass zwischen den Mitnehmerelementen 7, 8 jeweils ein Spiel ausgebildet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mitnehmerelemente 8 des Gleitringdichtungsgehäuses 15 weitgehend spielfrei form- und/oder kraftschlüssig in die Mitnehmerelemente 7 des Gegenrings 3 eingreifen.
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Der Gegenring 3 drückt auf die in den Federaufnahmen 11 des Gleitringdichtungsgehäuses 15 angeordneten Spiralfedern 10. Insbesondere bildet die Gesamtheit aller zwischen dem Gleitringdichtungsgehäuse 15 und dem Gegenring 3 angeordneten Spiralfedern 10 die Federung 9 der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitringdichtung
- 2
- Gehäuseanordnung
- 3
- Gegenring
- 4
- Gleitring
- 5
- erstes Gehäuseelement
- 6
- zweites Gehäuseelement
- 7
- Mitnehmerelement
- 8
- Mitnehmerelement
- 9
- Federung
- 10
- Spiralfeder
- 11
- Federaufnahme
- 12
- Sinusfeder
- 13
- Metallring
- 14
- Dichtring
- 15
- Gleitringdichtungsgehäuse
- 16
- Einkerbung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0061041 A1 [0003]
