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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung eingerichtet zur Abdichtung an einem rotierenden Bauteil, z.B. einer Welle, insbesondere zur Abdichtung von gasförmigen und flüssigen Medien.
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Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Bei der Auslegung einer Gleitringdichtung müssen häufig individuelle Kundenwünsche berücksichtigt werden. Auch ist üblicherweise ein in Axialrichtung und Radialrichtung vorhandener Bauraum für die Gleitringdichtungsanordnung begrenzt. Häufig müssen auch Medien mit Feststoffen, beispielsweise Pulpen bei der Papierherstellung oder Abwasser oder dgl. abgedichtet werden. Hier kann es insbesondere zu Problemen mit Vorspanneinrichtungen der Gleitringdichtung kommen, welche ein axiales Nachsetzen der Gleitringdichtung bei Wellenbewegungen ermöglichen müssen. Auch muss eine sichere Drehmomentübertragung zwischen Bauteilen und Gleitringen sichergestellt werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit ein sicheres axiales Nachsetzen der Gleitringdichtung bei möglichst kleinem Bauraum 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 zur Abdichtung an einem rotierenden Bauteil, insbesondere einer Welle, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass ein sehr kompakter Aufbau realisiert werden kann. Insbesondere ist eine Baugröße der Gleitringdichtungsanordnung sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung sehr gering. Auch kann über die gesamte Lebensdauer der Gleitringdichtungsanordnung die Funktion eines axialen Nachsetzens der Gleitringe sichergestellt werden. Dies wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung erreicht, welche eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden Gleitring mit einer ersten Gleitfläche und einem stationären Gleitring mit einer zweiten Gleitfläche aufweist, wobei ein Dichtspalt zwischen den beiden Gleitflächen definiert ist. Ferner umfasst die Gleitringdichtungsanordnung einen am rotierenden Gleitring angeordneten Druckring, welcher mittels einer ersten Verbindungsanordnung drehfest mit dem rotierenden Gleitring verbunden ist. Ferner ist ein Mitnehmer vorgesehen, welcher zwischen dem Druckring und dem rotierenden Bauteil angeordnet ist. Der Mitnehmer ist eingerichtet, ein Drehmoment zwischen dem rotierenden Bauteil und dem Druckring zu übertragen. Zwischen dem Mitnehmer und dem Druckring ist dabei eine zweite Verbindungsanordnung angeordnet. Ferner ist eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, welche axial zwischen dem Mitnehmer und dem Druckring angeordnet ist, um den rotierenden Gleitring in Axialrichtung der Gleitringdichtungsanordnung über den Druckring vorzuspannen. Somit übt die Vorspanneinrichtung auf den Druckring eine Axialkraft aus, welche dann auf den rotierenden Gleitring übertragen wird. Weiter ist die erste Verbindungsanordnung zwischen dem Druckring und dem rotierenden Gleitring eingerichtet, eine axiale Bewegbarkeit zwischen dem rotierenden Gleitring und dem Druckring sicherzustellen. Die zweite Verbindungsanordnung ist eingerichtet, eine axiale Bewegbarkeit zwischen dem Druckring und dem Mitnehmer sicherzustellen. Dadurch ist ein axiales Nachsetzen der Gleitringe, beispielsweise bei axialen Wellenbewegungen, sichergestellt.
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Vorzugsweise weist der Druckring einen Axialbereich und einen Radialbereich auf, wobei der Radialbereich an einer Rückseite des rotierenden Gleitrings angeordnet ist. Der Axialbereich überlappt den Mitnehmer in Radialrichtung und Axialrichtung. Der Druckring bildet somit eine Art Ringtasche zur teilweisen oder vollständigen Aufnahme des Mitnehmers. Eine Anlagefläche des Radialbereichs zum rotierenden Gleitring ist dabei vorzugsweise gleich groß wie eine an der Rückseite des rotierenden Gleitrings vorgesehene Anlagefläche für den Druckring.
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Besonders bevorzugt überlappt der Axialbereich des Druckrings den Mitnehmer in Radialrichtung und Axialrichtung vollständig. Dadurch kann ein besonders guter Schutz der zwischen dem Mitnehmer und dem Druckring vorgesehenen Vorspanneinrichtung gewährleistet werden, da diese vom Axialbereich des Druckrings geschützt ist.
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Der Axialbereich ist vorzugsweise mit Abstand vom äußersten Radialende des Radialbereichs an einem radial äußeren Drittel des Radialbereichs angeordnet. Dadurch weist der Druckring im Querschnitt eine L-Form auf, bei der jedoch der Schenkel der L-Form nicht am äußersten Radialende des Radialbereichs angeordnet ist. Somit verbleibt ein kleiner radialer Überstand am Radialbereich.
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Eine besonders kundenfreundliche Lösung ist gegeben, wenn vorzugsweise der Mitnehmer, der Druckring und die Vorspanneinrichtung eine vormontierte Baueinheit bilden. Hierdurch kann insbesondere eine Montage der Gleitringdichtungsanordnung vor Ort erleichtert werden.
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Weiter bevorzugt ist im Radialbereich des Druckrings eine Nut zur Aufnahme eines ersten Nebendichtelements angeordnet. Das erste Nebendichtelement ist vorzugsweise ein O-Ring. Die Nut ist an einer zur Rückseite des rotierenden Gleitrings zugewandten Seite des Radialbereichs ausgebildet. Vorzugsweise ist die Nut an einem radial innersten Bereich des Radialbereichs des Druckrings ausgebildet.
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Besonders bevorzugt ist am stationären Gleitring ein zweites Nebendichtelement, vorzugsweise ein O-Ring, angeordnet, wobei das zweite Nebendichtelement auf gleichem Radius wie das erste Nebendichtelement am rotierenden Gleitring angeordnet ist. Hierdurch wird ein besonders guter Druckausgleich an der Gleitringdichtung erreicht, so dass axiale Nachsetzbewegungen der Gleitringe einfach ausgeführt werden können.
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Vorzugsweise umfasst die erste Verbindungsanordnung wenigstens einen Stift, welcher einen ersten und einen zweiten Verbindungsbereich aufweist. Der erste Verbindungsbereich des Stifts ist mit dem rotierenden Gleitring in Verbindung und der zweite Verbindungsbereich des Stifts ist mit dem Druckring in Verbindung. Besonderes bevorzugt ist dabei der erste Verbindungsbereich als Spielverbindung ausgebildet und der zweite Verbindungsbereich als Pressverbindung ausgebildet. Dadurch wird die axiale Bewegbarkeit zwischen Druckring und rotierendem Gleitring auf einfache Weise sichergestellt. Dabei muss keine Pressverbindung am Gleitring vorgesehen werden, sodass am Gleitring keine Gefahr besteht, dass dieser aufgrund von Rissen oder dergleichen beschädigt wird.
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Besonders bevorzugt umfasst die erste Verbindungsanordnung genau zwei Stifte, welche einander um 180° entgegengesetzt an der Gleitringdichtung angeordnet sind.
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Weiter bevorzugt umfasst die zweite Verbindungsanordnung einen Bolzen, insbesondere einen Schraubbolzen, und ein Langloch, wobei der Bolzen in Axialrichtung beweglich im Langloch angeordnet ist. Das Langloch ist vorzugsweise im Druckring ausgebildet und der Bolzen ist zumindest teilweise im Langloch und teilweise im Mitnehmer angeordnet. Das Langloch ist dabei in radialer Richtung bevorzugt durchgehend ausgebildet, sodass der Bolzen beispielsweise mittels eines Werkzeugs durch das Langloch erreicht werden kann und z.B. festgeschraubt werden kann oder gelöst werden kann.
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Der Bolzen ist ferner bevorzugt eingerichtet, eine dritte Verbindungsanordnung bereitzustellen, welche eingerichtet ist, den Mitnehmer mit dem rotierenden Bauteil zu verbinden. Somit weist der Bolzen mehrere Funktionen auf. Zum einen wird ein Drehmoment vom rotierenden Bauteil über den Bolzen auf den Mitnehmer und über das Langloch, welches vorzugsweise in Axialrichtung verläuft, auf den Druckring übertragen. Vom Druckring wird das Drehmoment dann über die erste Verbindungsanordnung auf den rotierenden Gleitring übertragen. Dabei kann die axiale Bewegbarkeit zwischen Druckring und Mitnehmer über die Ausgestaltung der zweiten Verbindungsanordnung als Bolzen-Langloch-Kombination erhalten werden.
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Die zweite Verbindungsanordnung zwischen dem Mitnehmer und dem Druckring umfasst vorzugsweise genau zwei Schraubbolzen, welche einander um 180° entgegengesetzt angeordnet sind. Wenn die Gleitringdichtungsanordnung wie voranstehend beschrieben vorzugsweise genau zwei Stifte als erste Verbindungsanordnung aufweist, sind die Stifte und die Schraubbolzen dabei bevorzugt jeweils um 90° versetzt entlang des Umfangs der Gleitringdichtungsanordnung angeordnet.
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Weiter bevorzugt ist ein Außendurchmesser des rotierenden Gleitrings und/oder des stationären Gleitrings vorzugsweise derart gewählt, dass ein Außendurchmesser der Gleitringe den größten Außendurchmesser der Gleitringdichtungsanordnung bildet.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Pumpe zur Förderung eines flüssigen Mediums mit einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung entlang der Linie I-I von 4,
- 2 eine schematische Schnittansicht der Gleitringdichtungsanordnung von 1 entlang der Linie II-II von 4,
- 3 eine schematische Seitenansicht der Gleitringdichtungsanordnung von 1 und 2 im eingebauten Zustand und
- 4 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von 1.
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Nachfolgend wird unter Bezugszeichen auf die 1 bis 4 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 2 mit einem rotierenden Gleitring 3 und einem stationären Gleitring 4. Der rotierende Gleitring 3 weist eine erste Gleitfläche 3a auf, und der stationäre Gleitring 4 weist eine zweite Gleitfläche 4a auf. Zwischen den beiden Gleitflächen 3a, 4a ist ein Dichtspalt 5 definiert.
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 dichtet dabei einen Produktbereich 16 von einem Atmosphärenbereich 17 ab.
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner einen am rotierenden Gleitring 3 angeordneten Druckring 6. Der Druckring 6 ist mittels einer ersten Verbindungsanordnung 11 drehfest mit dem rotierenden Gleitring 3 verbunden.
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Die erste Verbindungsanordnung 11 umfasst, wie aus 4 ersichtlich ist, zwei Stifte 20, welche entlang des Umfangs der Gleitringdichtung 2 um 180° einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die erste Verbindungsanordnung 11 ist eingerichtet, eine Axialbewegung zwischen dem rotierenden Gleitring 3 und dem Druckring 6 zu ermöglichen.
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Die erste Verbindungsanordnung 11 ist dabei derart ausgebildet, dass die Stifte 20 an einem ersten Verbindungsbereich mit dem rotierenden Gleitring 3 in Verbindung sind und an einem zweiten Verbindungsbereich mit dem Druckring 6 in Verbindung sind. Dabei ist der erste Verbindungsbereich als Spielverbindung 21 ausgebildet. Der zweite Verbindungsbereich ist als Pressverbindung 22 ausgebildet. Somit kann sichergestellt werden, dass der rotierende Gleitring 3, welcher häufig aus keramischen Materialien hergestellt ist, nicht durch über die erste Verbindungsanordnung 11 eingeleitete Spannungen oder dergleichen beschädigt werden kann.
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner einen Mitnehmer 7, welcher zwischen dem Druckring 6 und einem rotierenden Bauteil 9 angeordnet ist. Das rotierende Bauteil 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Welle, es ist jedoch auch möglich, dass das rotierende Bauteil beispielsweise eine auf einer Welle angeordnete Hülse oder dergleichen ist. Der stationäre Gleitring 4 ist an einem Gehäuse 10 fixiert.
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Der Mitnehmer 7 ist eingerichtet, ein Drehmoment zwischen dem rotierenden Bauteil 9 und dem Druckring 6 zu übertragen. Hierbei ist zwischen dem Mitnehmer 7 und dem Druckring 6 eine zweite Verbindungsanordnung 12 ausgebildet. Die zweite Verbindungsanordnung 12 ist eingerichtet, eine Axialbewegung zwischen dem Druckring 6 und dem Mitnehmer 7 zu ermöglichen.
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Die zweite Verbindungsanordnung 12 ist im Detail aus 2 ersichtlich und umfasst einen Schraubbolzen 30, welcher als Madenschraube ausgebildet ist. Der Schraubbolzen 30 ist in ein Gewinde 31 im Mitnehmer 7 eingeschraubt.
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Die zweite Verbindungsanordnung 12 weist dabei neben dem Schraubbolzen 30 noch ein Langloch 62 auf, welches im Druckring 6 ausgebildet ist (vgl. 3).
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Der Druckring 6 umfasst einen Axialbereich 60, in dem das Langloch 62 ausgebildet ist, und einen Radialbereich 61. Im Schnitt ist der Druckring 6 L-förmig ausgebildet. Dabei ist der als Axialbereich 60 ausgebildete Schenkel nicht an einem äußersten Radialende 61 a des Radialbereichs 61 angeordnet, sondern der Radialbereich 61 weist einen in Radialrichtung verlaufenden Überstand 18 auf. Dadurch wird eine möglichst kleine radiale Bauhöhe der Gleitringdichtungsanordnung ermöglicht.
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner eine Vorspanneinrichtung 8, welche in diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl entlang des Umfangs angeordneter Federn umfasst. Die Vorspanneinrichtung 8 ist axial zwischen dem Mitnehmer 7 und dem Druckring 6 angeordnet, um den rotierenden Gleitring 3 in einer Axialrichtung X-X mittels des Druckrings 6 gegen den stationären Gleitring 4 vorzuspannen.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die Federn der Vorspanneinrichtung 8 in Sacklöchern 70 im Mitnehmer 7 angeordnet.
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Der Mitnehmer 7 und der Druckring 6 sind dabei derart zueinander angeordnet, dass in Axialrichtung X-X ein erstes Spiel S1 vorhanden ist. Weiterhin ist ein zweites Spiel S2 zwischen dem Druckring 6 und einer Rückseite 3b des rotierenden Gleitrings 3 vorgesehen. Da die erste Verbindungsanordnung 11 im rotierenden Gleitring 3 als Spielverbindung 21 ausgebildet ist, ist der Druckring 6 in Axialrichtung schwimmend zwischen dem rotierenden Gleitring 3 und dem Mitnehmer 7 angeordnet. Hierdurch ist es möglich, dass durch die Gleitringdichtung 1 Axialbewegungen des rotierenden Bauteils 9 ohne Beschädigung der Gleitflächen gefolgt werden kann.
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Wie weiter aus den 1 und 2 ersichtlich ist, ist der Axialbereich 60 des Druckrings 6 derart ausgebildet, dass der Axialbereich 60 den Mitnehmer 7 in Radialrichtung und Axialrichtung vollständig überdeckt. Mit anderen Worten ist der Axialbereich 60 über die gesamte Axiallänge des Mitnehmers 7 in radialer Richtung über dem Mitnehmer 7 angeordnet. Der Druckring 6 bildet somit eine Art Ringtasche zur vollständigen Aufnahme des Mitnehmers 7 (vgl. 1 und 2). Hierdurch ergibt sich ein besonders guter Schutz der Federn der Vorspanneinrichtung 8, sodass insbesondere auch Flüssigkeiten, welche Feststoffe enthalten, keine negativen Einflüsse auf die axiale Bewegbarkeit und die Vorspannung der Gleitringdichtung 2 haben.
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Der Druckring 6, der Mitnehmer 7 und die Vorspanneinrichtung 8 können dabei als vormontierbare Baugruppe vorgesehen werden.
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Der Schraubbolzen 30 hat, wie aus 2 ersichtlich ist, ferner noch die weitere Funktion der Fixierung des Mitnehmers 7 am rotierenden Bauteil 9. Hierdurch ist zwischen dem Schraubbolzen 30 und dem rotierenden Bauteil 9 eine dritte Verbindungsanordnung 13 ausgebildet. Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, kann der Schraubbolzen 30 problemlos von radial außen betätigt werden, beispielsweise mit einem entsprechend ausgebildeten Werkzeug, wobei in dem Schraubbolzen 30 eine entsprechende Werkzeugaufnahme vorgesehen ist. Alternativ kann zwischen der Welle 9 und dem Mitnehmer 7 auch eine separate Drehmomentübertragung, z.B. mittels zusätzlichen Stiften vorgesehen sein.
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Das Langloch 62, welches im Axialbereich 60 des Druckrings 6 ausgebildet ist, ist, wie aus 3 ersichtlich, in Axialrichtung X-X ausgerichtet. D.h. die Längsachse des Langlochs 62 ist parallel zur Axialrichtung X-X. Somit ist eine Drehmomentübertragung ausgehend vom rotierenden Bauteil 9 über den Schraubbolzen 30 und die Wand des Langlochs 62 auf den Druckring 6 und über den Stift 20 der ersten Verbindungsanordnung 11 auf den rotierenden Gleitring 3 möglich.
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Wie weiter aus 1 und 2 ersichtlich ist, ist am Druckring 6 ein erstes Nebendichtelement 14 angeordnet. Das erste Nebendichtelement 14 ist ein O-Ring. Hierbei ist im Druckring 6 eine Nut 63 ausgebildet (vgl. 2). Durch die axiale Vorspannung des Druckrings 6 mittels der Vorspanneinrichtung 8 dichtet das erste Nebendichtelement 14 an der Rückseite 3b des rotierenden Gleitrings 3 ab.
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Am stationären Gleitring 4 ist ein zweites Nebendichtelement 15 angeordnet. Das zweite Nebendichtelement 15 ist ebenfalls ein O-Ring. Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, sind dabei das erste Nebendichtelement 14 und das zweite Nebendichtelement 15 auf einem gleichen Radius R1 angeordnet. Hierdurch kann im Betrieb eine Druckentlastung der Gleitringdichtung ermöglicht werden, so dass die Axialkräfte zum Vorspannen der Gleitringe gegeneinander relativ klein gehalten werden können.
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Wie weiter aus den 1, 2 und 3 ersichtlich ist, ist ein maximaler Außendurchmesser D der Gleitringdichtungsanordnung 1 durch den Außendurchmesser der Gleitringe 3, 4 definiert. Der Druckring 6 bzw. der Mitnehmer 7 weisen maximal den gleichen Außendurchmesser wie die Gleitringe auf. Hierdurch wird eine kleine radiale Bauhöhe sichergestellt.
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Wie weiter aus 4 ersichtlich ist, sind die beiden Stifte 20 einander um 180° gegenüber angeordnet. Ebenfalls sind die beiden Schraubbolzen 30 einander um 180° entgegengesetzt angeordnet. Hierbei sind die Stifte 20 bzw. die Schraubbolzen 30 jeweils um 90° zueinander versetzt (vgl. 4).
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Somit stellen die erste, zweite und dritte Verbindungsanordnung 11, 12, 13 eine Drehmomentübertragung vom rotierenden Bauteil 9 auf den rotierenden Gleitring 3 sicher, wobei trotzdem eine axiale Nachsetzbarkeit der Gleitringdichtung 2 sichergestellt ist. Auch können beispielsweise Axialstöße, welche auf das rotierende Bauteil 9 übertragen werden, aufgrund des ersten Spalts S1 zwischen dem Mitnehmer 7 und dem Druckring 6 sicher durch die Vorspanneinrichtung 8 abgefangen werden. Somit können unerwünschte axiale Anschläge der Gleitflächen der Gleitringe vermieden werden.
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In radialer Richtung ist zwischen dem Druckring 6 und dem Mitnehmer 7 nur ein minimaler Spalt 80 vorgesehen, welcher die axiale Relativbewegung zwischen diesen beiden Bauteilen ermöglicht. Der Spalt 80 zwischen Druckring 6 und Mitnehmer 7 kann dabei beispielsweise als Spielpassung vorgesehen sein. Hierdurch kann auch vermieden werden, dass Feststoffe oder Verunreinigen oder dergleichen aus dem abzudichtenden Medium in den Bereich zwischen dem Druckring 6 und dem Mitnehmer 7 gelangen.
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Somit kann eine sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung sehr klein bauende und kompakte Gleitringdichtungsanordnung 1 bereitgestellt werden. Die Gleitringdichtungsanordnung 1 kann dabei teilweise vormontiert werden und ist im Betrieb extrem robust. Dadurch können auch Medien, welche unter hohem Druck stehen oder sehr hohe Temperaturen aufweisen, sicher abgedichtet werden.
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Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 4 Bezug genommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitringdichtungsanordnung
- 2
- Gleitringdichtung
- 3
- rotierender Gleitring
- 3a
- erste Gleitfläche
- 3b
- Rückseite
- 4
- stationärer Gleitring
- 4a
- zweite Gleitfläche
- 5
- Dichtspalt
- 6
- Druckring
- 7
- Mitnehmer
- 8
- Vorspanneinrichtung
- 9
- rotierendes Bauteil / Welle
- 10
- stationäres Bauteile / Gehäuse
- 11
- erste Verbindungsanordnung
- 12
- zweite Verbindungsanordnung
- 13
- dritte Verbindungsanordnung
- 14
- erstes Nebendichtelement
- 15
- zweites Nebendichtelement
- 16
- Produktbereich
- 17
- Atmosphärenbereich
- 18
- Überstand
- 20
- Stift
- 21
- erster Verbindungsbereich / Spielverbindung
- 22
- zweiter Verbindungsbereich / Pressverbindung
- 30
- Schraubbolzen
- 31
- Gewinde
- 60
- Axialbereich
- 61
- Radialbereich
- 61a
- äußerstes Radialende des Radialbereichs
- 62
- Langloch
- 63
- Nut
- 70
- Sackloch
- 80
- Spalt
- D
- maximaler Außendurchmesser der Gleitringdichtungsanordnung
- R1
- Radius der Nebendichtelemente
- S1
- erstes Spiel
- S2
- zweites Spiel
- X-X
- Axialrichtung
