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Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer verbesserten Drehmomenteinbringung eines Drehmoments zum rotierenden Gleitring.
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Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Zur Übertragung eines Drehmoments von einem rotierenden Bauteil auf einen rotierenden Gleitring ist es bekannt, starre Edelmetallstifte zu verwenden. Hierbei werden Bohrungen im rotierenden Gleitring vorgesehen, in welchem die Stifte eingebracht werden. Die Bohrungen verlaufen dabei üblicherweise in Axialrichtung des Gleitrings. Im rotierenden Bauteil ist der Edelmetallstift üblicherweise mittels einer Presspassung fixiert. Da aufgrund des spröden Materials derartige Edelmetallstifte nicht mittels einer Presspassung in der Bohrung im Gleitring fixiert werden können, ergibt sich häufig ein minimales Spiel im montierten Gleitring. Dadurch ergibt sich ein kleines Spiel des Edelmetallstifts in der Bohrung im Gleitring. Hierdurch kann insbesondere bei Anfahrvorgängen ein Schlag auf den rotierenden Gleitring ausgeübt werden. Dies kann zu Beschädigungen und/oder Rissbildungen oder dgl. am rotierenden Gleitring führen und die Lebensdauer eines Gleitrings signifikant reduzieren.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine schlagfreie Übertragung von Drehmoment von einem rotierenden Bauteil auf einen rotierenden Gleitring ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht eine sanfte und stoßfreie Drehmomentübertragung eines Drehmoments von einem angetriebenen Bauteil, insbesondere einer Welle oder einer Wellenhülse, auf einen rotierenden Gleitring. Hierbei ist bevorzugt eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung vorgesehen, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtung ein Drehmoment von einem rotierenden Bauteil auf den rotierenden Gleitring überträgt. Die Drehmomentübertragungseinrichtung ist dabei in Umfangsrichtung des rotierenden Gleitrings elastisch. Hierdurch wird bei Aufbringen eines Drehmoments zuerst eine elastische Verformung der Drehmomentübertragungseinrichtung verursacht, wobei eine sanfte Einleitung des Drehmoments auf den rotierenden Gleitring ermöglicht wird. Die elastische Drehmomentübertragungseinrichtung führt eine reversible Verformung in Umfangsrichtung aus. Dies hat insbesondere Vorteile bei einem Anlauf einer Maschine oder einer Erhöhung oder Reduzierung einer Drehzahl der Maschine, da dadurch ein Stoß bzw. Ruck auf den rotierenden Gleitring wie im Stand der Technik vermieden werden kann.
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Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung wird bevorzugt bei gasgeschmierten Gleitringdichtungsanordnungen eingesetzt. Hierbei wurde festgestellt, dass bei einem Abkühlvorgang des abzudichtenden, gasförmigen Mediums im Dichtspalt zwischen dem rotierenden und dem stationären Gleitring Kondensation auftreten kann. Somit befindet sich ein Kondensat, insbesondere Wasser, im Dichtspalt. Dies kann zu einem Blockieren des rotierenden Gleitrings führen. Ohne die erfindungsgemäße elastische Drehmomentübertragungseinrichtung ergibt sich hierbei im Stand der Technik ein unerwünschter Stoß, welcher zu Beschädigungen an den Gleitringen führen kann.
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Besonders bevorzugt umfasst die Drehmomentübertragungseinrichtung eine Vielzahl von Übertragungselementen, welche in Umfangsrichtung zwischen dem rotierenden Bauteil, insbesondere einer Wellenhülse, und dem rotierenden Gleitring angeordnet sind. Hierdurch wird die Drehmomentübertragung auf eine Vielzahl von Übertragungselementen verteilt. Die Übertragungselemente sind entlang des Umfangs vorzugsweise in jeweils von einander gleich weiten Abständen angeordnet.
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Besonders bevorzugt weist der rotierende Gleitring an einem äußeren Umfang eine bogenförmig ausgebildete erste Tasche zur Aufnahme eines Übertragungselements der Drehmomentübertragungseinrichtung auf. Die bogenförmige Tasche ist dabei vorzugsweise im Querschnitt eine Teilkreisfläche.
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Die Übertragungselemente sind vorzugsweise Federelemente. Besonders bevorzugt sind die Federelemente Zylinderfedern. Zylinderfedern sind einfach und kostengünstig herstellbar und können aus sehr widerstandsfähigen Materialien hergestellt werden, welche eine lange Lebensdauer aufweisen. Die Zylinderfedern weisen dabei gleichzeitig Federeigenschaften in Axialrichtung der Zylinderfedern als auch in Radialrichtung auf.
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Besonders bevorzugt werden die Zylinderfedern dabei derart angeordnet, dass eine Mittelachse der Gleitringdichtungsanordnung parallel zur Axialrichtung der Zylinderfedern ist.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Übertragungselemente elastische Zylinderstifte.. Die Zylinderstifte sind bevorzugt aus einem einfachen und kostengünstigen Material, insbesondere PEEK oder PTFE, hergestellt. Vorzugsweise ist dabei der elastische Zylinderstift formschlüssig in der ersten bogenförmigen Tasche im rotierenden Gleitring und/oder einer zweiten bogenförmigen Tasche im drehmomentübertragenden Bauteil angeordnet.
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Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine bogenförmige zweite Tasche, welche im rotierenden Bauteil ausgebildet ist. Die bogenförmige zweite Tasche ist an einem inneren Umfang des rotierenden Bauteils zur Aufnahme des Übertragungselements vorgesehen.
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Besonders bevorzugt ist dabei eine Querschnittsfläche der ersten Tasche im Gleitring gleich groß wie eine Querschnittsfläche der zweiten Tasche im drehmomentübertragenden Bauteil. Besonders bevorzugt liegt eine Mittelachse des zylindrischen Übertragungselements in einem Spalt zwischen dem Gleitring und dem drehmomentübertragenden Bauteil.
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Weiter bevorzugt ist eine Tiefe der bogenförmigen zweiten Tasche im Gleitring größer oder gleich einem Zweifachen einer Dicke eines Drahtes einer Zylinderfeder, welche als Übertragungselement vorgesehen ist.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine schematische Schnittansicht durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung von 1; und
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3 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Die Gleitringdichtungsanordnung 1 dieses Ausführungsbeispiels ist eine gasgeschmierte Gleitringdichtungsanordnung und umfasst eine erste Gleitringdichtung 11 und eine zweite Gleitringdichtung 12. Die beiden Gleitringdichtungen 11, 12 sind dabei gleich aufgebaut. Die beiden Gleitringdichtungen 11, 12 umfassen jeweils einen rotierenden Gleitring 2 und einen stationären Gleitring 3, welche zwischen sich einen Dichtspalt 4 definieren.
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 dichtet dabei eine Produktseite 9 von einem Sperrmediumsraum 10 ab. Der Sperrmediumsraum 10 ist ein Raum, welchem ein Sperrmedium, in diesem Ausführungsbeispiel ein gasförmiges Sperrmedium, über einen Zufuhrkanal 13 zugeführt wird und über einen Abfuhrkanal 14 abgeführt wird.
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Weiterhin umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 an jedem der ersten und zweiten Gleitringdichtungen 11, 12 eine Drehmomentübertragungseinrichtung 7. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Drehmomentübertragungseinrichtung 7 mehrere Übertragungselemente 70, welche in diesem Ausführungsbeispiel Zylinderfedern sind. Zylinderfedern sind dabei mit einer Mittelachse Y-Y parallel zu einer Mittelachse X-X einer Welle 5 angeordnet. Entlang des Umfangs des rotierenden Gleitrings 2 sind dabei eine Vielzahl von Übertragungselementen 70 im gleichen Abstand angeordnet.
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Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, ist im rotierenden Gleitring 2 eine erste Tasche 20 ausgebildet. Die erste Tasche 20 ist eine bogenförmige Tasche, welche durch einen Teilkreisbogen begrenzt ist. Ein Radius des Teilkreisbogens ist dabei minimal größer als ein Außenradius der Zylinderfedern. Die Mittelachse Y-Y der Zylinderfeder liegt dabei in einem Spalt zwischen dem rotierenden Gleitring 2 und der Wellenhülse 6.
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Eine Tiefe T der ersten Tasche 20 im rotierenden Gleitring 2 ist dabei mehr als doppelt so groß wie eine Dicke D des Drahtes der Zylinderfeder (vgl. 2).
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In der Wellenhülse 6 ist eine zweite Tasche 60 vorgesehen, welche ebenfalls bogenförmig ausgebildet ist. Die beiden Taschen 20 und 60 bilden somit einen Aufnahmeraum für das Übertragungselement 70. In 2 ist das als Zylinderfeder ausgebildete Übertragungselement 70 schematisch im montierten Zustand in der ersten und zweiten Tasche 20, 60 eingezeichnet.
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Da die Zylinderfeder sowohl in Axialrichtung X-X elastisch ist, als auch in Radialrichtung, erfolgt eine Drehmomentübertragung von der Welle 5 auf die fest mit der Welle 5 verbundene Wellenhülse 6 und von der Wellenhülse 6 über die Vielzahl von Übertragungselementen 70 auf den rotierenden Gleitring 2. Dabei wird das Übertragungselement 70 teilweise in radialer und/oder tangentialer Richtung zusammengedrückt, um das Drehmoment zu übertragen. Durch diese Elastizität in Umfangsrichtung wird jedoch eine sehr sanfte Drehmomenteinbringung in den rotierenden Gleitring 2 sichergestellt.
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Wie weiter aus 2 ersichtlich ist, ist eine erste Querschnittsfläche der ersten Tasche 20 gleich groß wie eine zweite Querschnittsfläche der zweiten Tasche 60. Hierdurch wird eine sichere Drehmomentübertragung erreicht.
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Im Betrieb zur Abdichtung des gasförmigen Produkts ist es nun möglich, dass das gasförmige Produkt in den Dichtspalt 4 der Gleitringdichtungen 11, 12 gelangt. Hierbei kann es durch Abkühlung zu einer Kondensation im Dichtspalt kommen. Die kondensierte Flüssigkeit kann dabei dazu führen, dass der rotierende Gleitring 2 kurzfristig blockiert. Hierdurch kann es zu Drehmomentspitzen bei der Übertragung des Drehmoments von der Wellenhülse 6 auf den rotierenden Gleitring 2 kommen. Diese können dann durch eine elastische Verformung der Übertragungselemente 70 in Umfangsrichtung aufgenommen werden.
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Somit wird für die Drehmomentübertragung auf den rotierenden Gleitring 2 kein starrer Stift oder dgl. verwendet, sondern es kann eine sanfte Einbringung von Drehmoment in den rotierenden Gleitring erfolgen. Auch muss zur Drehmomentübertragung keine Bohrung oder dgl. im Gleitring vorgesehen werden, sondern es ist ausreichend, dass am äußeren Umfang des rotierenden Gleitrings, welcher im Betrieb nur sehr gering belastet ist, eine kleine Tasche 20 vorgesehen ist.
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3 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind beim zweiten Ausführungsbeispiel als Übertragungselemente 70 elastische Stifte 71 vorgesehen, welche jeweils als Vollmaterialstifte aus einem elastischen Material hergestellt sind. Als elastisches Material wird vorzugsweise PEEK oder PTFE verwendet. Die elastischen Stifte 71 sind dabei formschlüssig in der ersten Tasche 20 und der zweiten Tasche 60 angeordnet. Durch das Vorsehen der elastischen Stifte 71 wird wiederum auch eine gewisse Elastizität in Umfangsrichtung des rotierenden Gleitrings erreicht, so dass bei einer Drehmomentübertragung von der Wellenhülse 6 auf den rotierenden Gleitring 2 Stöße oder dgl. gedämpft werden können. Somit können auch bei Auftreten von Drehmomentspitzen, z.B. durch Kondensat im Dichtspalt 4, diese ohne Beschädigung der Bauteile durch elastische Verformung der elastischen Stifte 71 abgebaut werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitringdichtungsanordnung
- 2
- rotierender Gleitring
- 3
- stationärer Gleitring
- 4
- Dichtspalt
- 5
- Welle
- 6
- Wellenhülse
- 7
- Drehmomentübertragungseinrichtung
- 8
- Gehäuse
- 9
- Produktseite
- 10
- Sperrmediumsraum
- 11
- erste Gleitringdichtung
- 12
- zweite Gleitringdichtung
- 13
- Zufuhrkanal für Sperrmedium
- 14
- Abfuhrkanal für Sperrmedium
- 20
- erste Tasche
- 60
- zweite Tasche
- 70
- Übertragungselement
- 71
- elastischer Zylinderstift
- X-X
- Axialrichtung
- Y-Y
- Mittelachse der Zylinderfeder
- D
- Drahtdicke der Zylinderfeder
- T
- Tiefe der Tasche im rotierenden Gleitring
