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Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung mit einem Phasenseparator, welcher eine flüssige Phase von einer gasförmigen Phase eines abzudichtenden Mediums trennt, wobei zum Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung keine separate Sperrgaseinrichtung notwendig ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einer derartigen Gleitringdichtungsanordnung.
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Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Eine übliche Betriebsweise bei Gleitringdichtungsanordnungen ist dabei, eine sog. „Sperrgaseinrichtung“ vorzusehen, welche zur Abdichtung am Dichtspalt ein Sperrgas bereitstellt. Das Sperrgas weist einen etwas höheren Druck als ein Druck des abzudichtenden Mediums auf, wodurch eine Leckage des abzudichtenden Mediums durch den Dichtspalt aufgrund des Druckunterschieds zum Sperrgas vermieden wird. Derartige Sperrgaseinrichtungen sind jedoch zusätzliche Bauteile und verteuern sowohl die Investition als auch den Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung. Allerdings stellen derartige Sperrgaseinrichtungen eine besonders sichere Abdichtung der Gleitringdichtungsanordnung bereit. Häufig muss bei Sperrgaseinrichtungen jedoch die Gleitringdichtungsanordnung noch eine zweite Gleitringdichtung aufweisen, so dass eine sog. „Tandem-Bauweise“ vorliegt. Es gibt jedoch eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen aufgrund von Kostengründen und/oder Bauraumgründen eine derartige Tandem-Bauweise mit Sperrgaseinrichtung nicht möglich ist, beispielsweise im Automotive-Bereich. Ferner ist aus der
DE 29 38 477 A1 eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer Membran an einer Dichtfläche bekannt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit auf eine Sperrgaseinrichtung verzichten kann und welche trotzdem ein Sperrgas im Dichtspalt zur Abdichtung eines flüssigen Mediums aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst, die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass keine aufwendige Sperrgaseinrichtung notwendig ist. Dadurch kann die Gleitringdichtungsanordnung sehr kostengünstig bereitgestellt werden. Ferner weist die Gleitringdichtungsanordnung gemäß der Erfindung nur einen minimalen Bauraum auf. Dadurch sind insbesondere Anwendungen im Automotive-Bereich, beispielsweise zwischen einem Elektromotor und einem Getriebe eines Fahrzeugs oder zur Abdichtung an einem Retarder eines Fahrzeugs möglich. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Gleitringdichtungsanordnung eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden und einem stationären Gleitring aufweist, wobei zwischen dem rotierenden und dem stationären Gleitring ein Dichtspalt definiert ist. Dabei weist der stationäre Gleitring wenigstens eine Durchgangsöffnung auf, welche von einer Rückseite des stationären Gleitrings zu einer Gleitfläche des stationären Gleitrings verläuft. Die Rückseite des stationären Gleitrings ist dabei einem Raum zugewandt, in welchem sich das abzudichtende flüssige Medium befindet. Ferner ist ein Phasenseparator vorgesehen, welcher in oder an der Durchgangsöffnung angebracht ist. Der Phasenseparator ist eingerichtet, gasförmig Bestandteile des flüssigen abzudichtenden Mediums durchzulassen, jedoch flüssige Bestandteile des abzudichtenden Mediums zurückzuhalten. Weiterhin ist an wenigstens einer Gleitfläche des rotierenden oder stationären Gleitrings eine Vielzahl von Nuten angeordnet. Die Nuten sind dabei derart an wenigstens einer der Gleitflächen vorgesehen, dass im Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung ein Ansaugdruck im Bereich des Dichtspalts erzeugt wird, welcher radial außerhalb der Mündung der Durchgangsöffnung im stationären Gleitring an der Gleitfläche des stationären Gleitrings liegt. Der Ansaugdruck ist kleiner als der Druck des abzudichtenden Mediums. Dadurch saugt die Gleitringdichtung im Betrieb über den Phasenseparator, welcher nur gasförmige Bestandteile des abzudichtenden Mediums durchlässt, und die Durchgangsöffnung selbst das notwendige Sperrmedium für den Dichtspalt zwischen dem rotierenden und dem stationären Gleitring, an. Das Sperrmedium wird dadurch selbst aus dem abzudichtenden Medium entnommen und in Abhängigkeit der Druckverhältnisse am radial äußeren Ende des Dichtspalts (Austrittsbereich) wieder in das abzudichtende Medium abgegeben. Dadurch kann auf eine separate Sperrgaseinrichtung wie im Stand der Technik verzichtet werden. Dabei ist die erfindungsgemäße geschickte Lösung noch äußerst günstig, da lediglich ein Phasenseparator und eine Durchgangsöffnung im stationären Gleitring vorgesehen werden müssen.
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Dadurch eignet sich die vorliegende Erfindung auch bei Anwendungen, in denen bisher Gleitringdichtungen aufgrund von Kostengründen nicht verwendet wurden, beispielsweise zur Abdichtung an einem Getriebe, an welchem Getriebeöl abgedichtet werden muss. Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung kann sich somit im Betrieb selbsttätig mit Sperrmedium in gasförmiger Form aus dem abzudichtenden Medium versorgen.
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Der Phasenseparator ist vorzugsweise eine Membran, welche gasförmige Bestandteile durchlässt und flüssige Bestandteile zurückhält. Besonders bevorzugt ist der Phasenseparator dabei eine Flachmembran. Die Flachmembran hat dabei insbesondere den Vorteil, dass diese sehr einfach und kostengünstig herstellbar ist und ferner auch sehr einfach vor einer Eintrittsöffnung der Durchgangsöffnung fixiert werden kann.
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Alternativ ist der Phasenseparator ein keramisches Bauteil.
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Ein besonders einfacher Aufbau ist möglich, wenn der stationäre Gleitring mit einem Innenumfang an einem stationären Bauteil, z.B. einem Ringflansch, welcher mit einem Gehäuse der Gleitringdichtungsanordnung verbunden ist, angeordnet ist.
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Weiter bevorzugt ist der Phasenseparator an der Rückseite des stationären Gleitrings vor der Durchgangsöffnung angeordnet. Hierdurch ist ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau realisierbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Nuten in der Gleitfläche des Gleitrings in Radialrichtung vollständig zwischen der Mündung der Durchgangsöffnung im stationären Gleitring und einem Austrittsbereich des Dichtspalts zum abzudichtenden Medium angeordnet.
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Um eine möglichst effektive Ansaugung von gasförmigen Bestandteilen aus dem abzudichtenden Medium zu erreichen, sind Nuten vorzugsweise sowohl in der Gleitfläche des rotierenden, als auch des stationären Gleitrings vorgesehen. Die Nuten sind besonders bevorzugt sichelförmige Vertiefungen in den Gleitflächen und weisen weiter bevorzugt eine gleiche geometrische Gestalt auf.
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Wenn in beiden Gleitflächen der Gleitringe Nuten vorgesehen sind, sind die Nuten vorzugsweise derart angeordnet, dass sich die Nuten des stationären Gleitrings und des rotierenden Gleitrings in Axialrichtung der Gleitringdichtung zumindest teilweise überdecken.
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Die Durchgangsöffnung ist vorzugsweise geradlinig und insbesondere parallel zur Axialrichtung verlaufend, angeordnet. Dadurch kann die Durchgangsöffnung sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden. Weiter bevorzugt sind mehrere Durchgangsöffnungen im stationären Gleitring ausgebildet. Vorzugsweise sind zwei oder drei oder vier Durchgangsöffnungen im stationären Gleitring vorgesehen, wobei einander in Umfangsrichtung benachbarte Durchgangsöffnungen vorzugsweise in gleichen Abständen angeordnet sind.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil, insbesondere ein Automotive-Bauteil mit einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung, insbesondere ein Fahrzeuggetriebe oder einen Retarder. Besonders bevorzugt umfasst das Bauteil ein ölgeschmiertes Getriebe und einen Elektromotor, wobei die Gleitringdichtungsanordnung zwischen dem Getriebe und dem Elektromotor abdichtet.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine Gleitfläche eines stationären Gleitrings der Gleitringdichtungsanordnung von 1.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Gleitringdichtung 10 mit einem rotierenden Gleitring 2 und einem stationären Gleitring 3. Zwischen dem rotierenden Gleitring 2 und dem stationären Gleitring 3 ist ein Dichtspalt 4 definiert.
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Der Dichtspalt 4 ist dabei zwischen einer ersten Gleitfläche 20 des rotierenden Gleitrings 2 und einer zweiten Gleitfläche 30 des stationären Gleitrings 3 ausgebildet.
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Der stationäre Gleitring 3 ist mit einem Innenumfang 33 an einem stationären Bauteil angeordnet, z.B. einem Ringflansch 70, welcher mit einem Gehäuse 7 verbunden ist.
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Der rotierende Gleitring 2 ist mit einer Welle 8 verbunden.
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Die Gleitringdichtung 10 dichtet dabei einen Produktbereich 9 von einem Atmosphärenbereich 11 ab. Der Produktbereich 9 umfasst ein abzudichtendes Medium, welches eine Flüssigkeit mit verdampfbaren Bestandteilen ist.
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Ferner ist ein Phasenseparator 6, beispielsweise eine gasdurchlässige Membran, an einer Rückseite 31 des stationären Gleitrings 3 angeordnet. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Phasenseparator 6 dabei vor einem Eintritt in eine Durchgangsöffnung 5, welche im stationären Gleitring 3 von der Rückseite 31 zur zweiten Gleitfläche 30 verläuft, angeordnet. Die Durchgangsöffnung 5 ist dabei geradlinig und parallel zu einer Mittelachse X-X der Gleitringdichtung 10 angeordnet und tritt an der zweiten Gleitfläche 30 an einer Mündung 50 aus.
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Ferner sind in der ersten Gleitfläche 20 des rotierenden Gleitrings 2 erste Nuten 22 vorgesehen. In der zweiten Gleitfläche 30 des stationären Gleitrings 3 sind zweite Nuten 32 vorgesehen. Wie aus 1 ersichtlich ist, überlappen sich dabei die ersten und zweiten Nuten 22, 32 in Axialrichtung X-X.
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Wie weiter aus 2 ersichtlich ist, sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Mündungen 50 vorgesehen, welche in Umfangsrichtung um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. In 2 sind hierbei zwei Mündungen 50 gezeigt. Die Mündungen 50 sind durch eine Ringnut 51 miteinander verbunden. In 2 ist auch die Vielzahl von zweiten Nuten 32 vorgesehen, welche sichelförmig ausgebildet sind. Die Anordnung der zweiten Nuten 32 auf der zweiten Gleitfläche 30 des stationären Gleitrings 3 ist dabei derart, dass die Nuten in Radialrichtung des stationären Gleitrings weiter außerhalb als die Mündung 50 der Durchgangsöffnungen 5 angeordnet sind. Ebenfalls sind die ersten Nuten 22 des rotierenden Gleitrings 2 radial weiter außerhalb als die Mündung 50 der Durchgangsöffnungen 5 angeordnet, was im Detail aus 1 ersichtlich ist.
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Dadurch wird erreicht, dass im Betrieb der Gleitringdichtung durch das Rotieren des rotierenden Gleitrings 2 ein Ansaugdruck im Bereich der Mündung 50 der Durchgangsöffnungen 5 am Dichtspalt 4 erreicht wird, so dass gasförmiges Medium aus dem abzudichtenden Medium des Produktbereichs 9 durch den Phasenseparator 6 abgetrennt werden kann und in die Durchgangsöffnung 5 angesaugt werden kann. Dies ist in 1 durch die Pfeile A angedeutet. Das gasförmige, durch die Gleitringdichtung 10 selbst angesaugte Medium tritt in den Dichtspalt 4 ein und wird radial nach außen durch die ersten und zweiten Nuten 22, 32 gefördert. Dabei tritt auch eine Druckerhöhung im Dichtspalt 4 über einen Druck des abzudichtenden Mediums auf, welche eine Abdichtung ermöglicht und eine Leckage des abzudichtenden Mediums in den Dichtspalt 4 vermeidet. Das derart druckerhöhte gasförmige Medium aus dem Produktbereich 9 tritt dann an einem Austrittsbereich 40 des Dichtspalts 4 wieder in den Produktbereich 9 zurück aus, was durch den Pfeil B angedeutet ist.
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Wie in 1 dargestellt, ist zwischen den ersten Nuten 22 und den zweiten Nuten 32 in Axialrichtung X-X eine Überdeckung der Nuten vorhanden. Die ersten Nuten 22 und die zweiten Nuten 32 sind vorzugsweise jeweils in gleicher geometrischer Form ausgebildet.
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Durch die Erfindung ist somit eine selbstregulierende Ansaugung eines Sperrgases aus dem Produktbereich 9 in den Dichtspalt 4 möglich, wodurch bei einer Drehzahlerhöhung auch ein größerer Unterdruck in den Durchgangsöffnungen 5 erzeugt wird, so dass mehr gasförmiges Medium aus dem Produktbereich 9 durch den Phasenseparator 6 angesaugt wird. Weiterhin stellt der Phasenseparator 6 sicher, dass die ersten und zweiten Gleitflächen 20, 30 sowie die ersten und zweiten Nuten 22, 32 vor Verschmutzung und Staubpartikeln effektiv geschützt sind.
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Hierdurch kann in Umfangsrichtung ein Druckausgleich ermöglicht werden.
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Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung 1 kann grundsätzlich bei allen abzudichtenden Flüssigkeiten verwendet werden. Eine bevorzugte Verwendung liegt dabei im Automotive-Bereich, insbesondere bei Getrieben, besonders bevorzugt als Abdichtung zwischen einem Elektromotor und einem mit Öl gefüllten Getriebe.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitringdichtungsanordnung
- 2
- rotierender Gleitring
- 3
- stationärer Gleitring
- 4
- Dichtspalt
- 5
- Durchgangsöffnung
- 6
- Phasenseparator
- 7
- Gehäuse
- 8
- Welle
- 9
- Produktbereich
- 10
- Gleitringdichtung
- 11
- Atmosphärenbereich
- 20
- erste Gleitfläche
- 22
- erste Nuten
- 30
- zweite Gleitfläche
- 31
- Rückseite des stationären Gleitrings
- 32
- zweite Nuten
- 33
- Innenumfang des stationären Gleitrings
- 40
- Austrittsbereich
- 50
- Mündung
- 51
- Ringbund
- 70
- stationäres Bauteil
- A
- Ansaugung von gasförmigem Medium durch den Phasenseparator 6
- B
- Austritt des angesaugten Mediums zurück in den Produktbereich
- X-X
- Axialrichtung
