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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleitringdichtung, insbesondere auf eine Gleitringdichtung, die zwischen einer rotierenden Welle und einer Öffnung in einem Gehäuse, durch das die Welle hindurch montiert wird, angeordnet werden soll. Die vorliegende Erfindung findet eine bevorzugte, wenn auch nicht ausschließliche Anwendung in den Dichtungen von Kreiselpumpen und insbesondere in den Pumpen für die Rückführung des Kältemittels in einem Motor eines Kraftfahrzeugs.
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Bekanntlich beinhaltet eine Gleitringdichtung:
- - ein festes Teil, das einen ersten Dichtring beinhaltet,
- - ein rotierendes Teil, das einen zweiten Dichtring umfasst, und
- - eine Feder, die in dem festen Teil angeordnet ist, um den ersten Dichtring in Richtung des zweiten Dichtrings zu drücken.
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Aufgrund der Tatsache, dass beim Rotieren, der zweite Dichtring auf den ersten Dichtring gleitet, neigen die beiden Dichtringe dazu, sich relativ zu ihren Sitzen im festen und beweglichen Teil zu drehen. Daher muss die Gleitringdichtung über ein Verdrehsicherungssystem verfügen, dass eine Drehung der Dichtringe in ihren Sitzen verhindert. Es ist jedoch zu beachten, dass der zweite Dichtring zwar in seinem Sitz auf dem rotierenden Teil arretiert werden kann, der erste Dichtring aber beim Drücken durch die Feder axial frei beweglich sein muss.
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WO2018/020460 beschreibt im Namen desselben Antragstellers eine Gleitringdichtung, die mit einem Verdrehsicherungssystem der Dichtringe ausgestattet ist, dass eine elliptische Kupplung zwischen dem Dichtring und dem jeweiligen Sitz, in dem der Dichtring angeordnet ist, vorsieht. In diesem Fall kann sich der erste Dichtring beim Drücken durch die Feder axial frei bewegen, wird aber durch die elliptische Kupplung in Drehung gehalten.
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Der befestigte Bereich beinhaltet eine Aufnahme, in der ein Becher verschiebbar montiert ist, der den ersten Dichtring durch eine Dichtung hält. Die Feder wird in die Aufnahme eingesetzt, zwischen einer Wand am Boden der Aufnahme und dem Becher. Die Enden der Feder sind nicht an der Rückwand der Aufnahme oder am Becher befestigt. Tatsächlich ist der erste Dichtring in der Drehung blockiert und überträgt daher keine Drehung auf den Becher. Wenn der erste Dichtring nicht in der Rotation blockiert wäre, würde sich der erste Dichtring natürlich drehen und diese Drehung auf den Becher übertragen, was die Funktion der Dichtung beeinträchtigt.
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Für den zweiten Dichtring, d.h. den rotierenden Dichtring, funktioniert diese Art der elliptischen Kupplung gut, da sich der zweite Dichtring nicht axial bewegen darf. Beim ersten Dichtring hingegen hat diese Art der Ellipsenkupplung ihre Nachteile, da sich der erste Dichtring axial bewegen muss. Darüber hinaus ist diese Gleitringdichtung aufgrund der größeren Größe des elliptischen Teils im Vergleich zum zylindrischen Teil, in dem die Dichtung fließt, schwierig zu montieren.
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Es sind Gleitringdichtungen bekannt, die einen Faltenbalg beinhalten, der hinter dem festen Dichtring angeordnet ist, um eine Dichtung zu bilden, die den Durchtritt von Flüssigkeiten verhindert. Wenn die Faltenbälge aus metallischem Werkstoff bestehen, werden die Faltenbälge verschweißt und mit der Struktur der Gleitringdichtung abgedichtet. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass der Balg eine völlig andere Struktur als eine Schraubenfeder hat und damit ein völlig anderes Torsionsverhalten als eine Schraubenfeder. Daher sind Gleitringdichtungen, die mit Faltenbalg arbeiten, mit Gleitringdichtungen, die mit Feder arbeiten, nicht kompatibel, gerade weil die Feder keine Dichtfunktion hat. Bei Gleitringdichtungen mit Federn wird die Dichtfunktion durch eine Elastomerdichtung übernommen.
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In einigen speziellen Anwendungen von Gleitringdichtungen, die eine Schraubenfeder erfordern, ist es bekannt, dass sie die Schraubenfeder mit einem Stift blockieren. Diese Art der Federsicherung erwies sich jedoch als unzuverlässig.
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Es ist zu beachten, dass im Bereich der Gleitringdichtungen Federn im Allgemeinen mit mechanischen Anschlägen, wie z.B. Stiften, verriegelt werden; tatsächlich besteht ein technisches Vorurteil bei der Verwendung einer Schweißnaht zur Verriegelung einer Feder, da angenommen wurde, dass die Schweißnaht nicht zuverlässig ist und die einwandfreie Funktion der Feder beeinträchtigt.
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Der Zweck dieser Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Technik zu beseitigen, eine Gleitringdichtung mit Verdrehsicherung der Dichtringe zu realisieren, die effizient und zuverlässig ist und optimale Leistungen bei reduzierten Belastungen ermöglicht.
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Ein weiteres Ziel ist es, eine Gleitringdichtung bereitzustellen, die einfach und wirtschaftlich zu realisieren ist.
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Diese Zwecke werden durch eine Gleitringdichtung nach Anspruch 1 erreicht.
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Vorteilhafte Leistungen der Erfindung ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
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Die Gleitringdichtung nach der Erfindung ist in Anspruch 1 beschrieben.
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Das Besondere daran ist, dass der erste Dichtring in Bezug auf die Aufnahme frei drehbar ist. Darüber hinaus wird das erste Ende der Feder durch das erste Befestigungsmittel an den Becher und das zweite Ende der Feder durch das zweite Befestigungsmittel an die Aufnahme gebunden. Auf diese Weise widersetzt sich die Feder einer Drehung des Bechers in Bezug auf die Aufnahme.
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Die Anmelderin entdeckte überraschenderweise, dass Federrückhaltemittel Schweißnähte sein können. Nach mehreren experimentellen Prüfungen über die Funktion der Gleitringdichtung hat der Antragsteller festgestellt, dass die Schweißnähte der Feder absolut zuverlässig sind und die Funktion der Feder nicht beeinträchtigen.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlicher hervorgehen, die sich auf ihre rein illustrative und damit nicht einschränkende Form der Realisierung bezieht, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist:
- 1 ist ein Axialschnitt einer Gleitringdichtung nach der Erfindung;
- 2 veranschaulicht einen Ausschnitt aus 1 im vergrößerten Maßstab, bei dem das erste und zweite Befestigungsmittel der Feder Schweißverbindungen sind;
- 2A ist eine Ansicht wie 2, veranschaulicht aber eine Variante der Befestigungsmittel;
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die in Explosionszeichnung die Elemente des rotierenden Teils der Gleitringdichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht; und
- 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittebene IV-IV von 1, die eine weitere Variante der zweiten Befestigungsmittel darstellt, die die Kopplung zwischen einem Ende der Feder und der Aufnahme ermöglichen.
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In Bezug auf die Figuren wird eine Gleitringdichtung beschrieben, die insgesamt mit der Referenznummer 100 angegeben wird.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist die Gleitringdichtung (100) geeignet, zwischen einer rotierenden Welle (1) und einem festen Gehäuse (2) mit einer Öffnung (20) angeordnet zu werden, durch die die Welle (1) hindurch montiert wird. So können beispielsweise die Welle (1) und das Gehäuse (2) aus der Welle und dem Gehäuse einer Umwälzpumpe eines Fahrzeugkühlsystems bestehen (nicht dargestellt).
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Die Gleitringdichtung (1) besteht aus einem am Gehäuse (2) befestigten Festteil (3) und einem rotierenden Teil (4), das fest mit der Welle (1) verbunden ist und sich mit ihr dreht. Das Festteil (3) beinhaltet einen ersten Dichtring (30). Der rotierende Teil (4) beinhaltet einen zweiten Dichtring (40). Die beiden Dichtringe (30, 40) wirken axial zusammen und bilden eine gleitende Vorderdichtung.
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Dichtringe (30, 40) werden vorzugsweise aus keramischem Material, z.B. Siliziumkarbid oder Kohlenstoff, hergestellt.
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Das Festteil (3) beinhaltet eine ringförmige Aufnahme (5), die aus Blech mittels Drehen hergestellt ist. Die Aufnahme (5) beinhaltet:
- - eine flache, ringförmige Rückwand (50),
- - eine zylindrische Außenwand (51), die sich von einer Außenkante der Rückwand (50) zu den Dichtringen (30, 40) erstreckt,
- - einen externen Flansch (52), der sich radial von einem axialen Ende der Außenwand (51) gegenüber der Rückwand (50) erstreckt, und
- - eine rohrförmige Innenwand (53), die sich von einer Innenkante der Rückwand (50) zu den Dichtringen (30, 40) koaxial zur Außenwand (51) erstreckt.
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Die Außenwand (51) des Gehäuses ist innerhalb der Öffnung (20) des Gehäuses (2) befestigt und abgedichtet. Der Flansch (52) des Gehäuses ist im Axialanschlag gegen das Gehäuse (1) und bestimmt die axiale Positionierung der Gleitringdichtung (100) gegenüber dem Gehäuse (2).
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Der erste Dichtring (30) ist in einem Becher (6) montiert, der in der Aufnahme (5) axial verschiebbar untergebracht ist. Zwischen dem ersten Dichtring (30) und dem Becher (6) ist eine elastomere Dichtung (7) angeordnet.
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Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet der Becher (6):
- - eine flache, ringförmige Rückwand (60), die der Rückwand (50) der Aufnahme zugewandt ist, und
- - eine zylindrische Wand (61), die sich axial von einer Außenkante der Rückwand (60) erstreckt, um den ersten Dichtring (30) zumindest teilweise zu umschließen.
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Die Rückwand (60) des Bechers weist eine axial zur Rückwand (50) der Aufnahme gefaltete Innenkante (62) auf und weist einen Abschnitt mit einem abgerundeten „J“-förmigen Innenprofil auf.
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Die Dichtung (7) beinhaltet:
- - eine flache Ringwand (70), die axial zwischen der Rückwand (60) des Becher (6) und dem ersten Dichtring (30) angeordnet ist, und
- - eine zylindrische Außenwand (71), die sich axial von der Ringwand (70) überhängend erstreckt und radial zwischen der zylindrischen Wand (61) dem Becher und dem ersten Dichtring (30) angeordnet ist.
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Der Dichtring (30) wird durch radiale Einwirkung, d.h. durch radiales Zusammendrücken der Zylinderwand (61) der Dichtung (7), axial in den Becher (6) eingespannt. Die Ringwand (70) der Dichtung wird axial zwischen der Rückwand (60) des Becher und dem ersten Dichtring (30) zusammengedrückt.
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Die Dichtung (7) ist ein Balgtyp und beinhaltet einen Lippendichtungsabschnitt (72), der mit der rohrförmigen Innenwand (53) der Aufnahme zusammenwirkt.
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Der Lippendichtungsabschnitt (72) beinhaltet:
- - eine erste Lippe (73) mit ringförmiger Schaufel radial innerhalb der Ringwand (70) der Dichtung,
- - eine zweite Zwischenlippe (74) mit einem abgerundeten konvexen Profil, die innerhalb der Innenkante (62) der Becher angeordnet ist, und
- - eine dritte radial flexible Lippe (75), die sich axial zur Rückwand (50) der Aufnahme erstreckt.
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Die zweite Lippe (74) arbeitet elastisch mit der rohrförmigen Innenwand (53) der Aufnahme zusammen und sorgt für eine statische Abdichtung zwischen dem Becher (6) und der rohrförmigen Innenwand (53) der Aufnahme. Die ersten und dritten Lippen (73; 75) arbeiten mit der zweiten Lippe (74) der Dichtung zusammen, um eine Dichtung zu erhalten, und sind hauptsächlich dazu bestimmt, den Dichtungsbereich vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln zu schützen. Darüber hinaus begrenzen die ersten und dritten Lippen (73; 75) mit der zweiten Lippe (74) ihre jeweiligen Ringkammern, die optional mit einem Schmiermittel gefüllt werden können.
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Die Gleitringdichtung (100) beinhaltet auch eine Feder (8), die im Gehäuse (5) untergebracht ist und axial zwischen der Rückwand (50) des Gehäuses und der Rückwand (60) des Bechers zusammengedrückt ist, so dass der erste Dichtring (30) axial gegen den zweiten Dichtring (40) gedrückt wird.
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In dem dargestellten Beispiel ist die Feder (8) eine Spiralfeder aus einem Flachband, wie sie unter dem Namen Crest-to-Crest® von Smalley vertrieben wird. Die Feder (8) könnte jedoch durch eine ringförmige Wellenfeder oder durch eine herkömmliche zylindrische Spiralfeder ersetzt werden.
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Unter Bezugnahme auf die 1 und 3 beinhaltet der rotierende Teil (4) der Gleitringdichtung (100) eine Pinole (9).
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Die Pinole (9) beinhaltet:
- - einen rohrförmigen Abschnitt (90), der durch die Aufnahme (5) verläuft und zur Befestigung an der Welle (1) geeignet ist, und
- - ein Teil des Gehäuses (91) ringförmig mit dem rohrförmigen Abschnitt (90) integriert ist und den zweiten Dichtring (40) aufnimmt.
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Der Gehäuseabschnitt (91) die Pinole beinhaltet:
- - einen flachen Radialflansch (93) am Ende, der einen axialen Anschlag für den zweiten Dichtring (40) definiert, und
- - eine Anzahl von Äußeren Zungen (94), die durch den Flansch (93) axial gefaltet sind, um den zweiten Dichtring (40) in radialer Richtung aufzunehmen und zu verriegeln.
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Auf diese Weise bilden der rohrförmige Abschnitt (90), der Flansch (93) und die Äußeren Zungen (94) des Gehäuseabschnitts der Pinole einen „U“-förmigen Profilsitz, in dem der zweite Dichtring (40) verriegelt ist.
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Der zweite Dichtring (40) ist im Gehäuseabschnitt (91) der Pinole vorteilhaft durch eine Elastomerkappe (200) zwischen dem Flansch (93) der Pinole und dem zweiten Dichtring (40) blockiert.
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Die Kappe (200) weist einen zylindrischen Körper (201) mit einem Ringflansch (202) auf, der mit Ausnehmungen (203) in der Außenkante des Ringflansches versehen ist. Die Ausnehmungen (203) der Kappe sind geeignet, um die äußeren Zungen (94) der Hülse aufzunehmen.
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Der zweite Dichtring (40) weist in einer seiner Außenkanten eine Vielzahl von vertieften Sitzen (41) auf. Die vertieften Sitze sind (41) zwischen Vorsprüngen (42) in Form von Bogensektoren angeordnet. Der zweite Dichtring (40) ist an den zylindrischen Körper (201) des Gehäuses angepresst, so dass die vertieften Sitze (41) des zweiten Dichtrings an die Ausnehmungen (203) des Gehäuses angepasst sind. Die äußeren Zungen (94) der Pinole passen in die Ausnehmungen (203) des Deckels und in die vertieften Sitze (41) des zweiten Dichtringes, die zwischen den Vorsprüngen (42) des zweiten Dichtringes angeordnet sind, um eine Drehung des zweiten Dichtringes und der Abdeckung in Bezug auf die Pinole zu vermeiden.
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Andere Verdrehsicherungssysteme, wie die in
WO2018/020460 beschriebene elliptische Kupplung, können zwischen dem zweiten Dichtring (
40) und der Pinole (
9) vorgesehen werden.
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Die Kappe (200) kann weggelassen werden und die statische Dichtung zwischen dem zweiten Dichtring (40) und der Pinole (9) kann bequem mittels einer FIP-Dichtung (an Ort und Stelle gebildet) zwischen dem zweiten Dichtring (40) und dem Gehäuseabschnitt (91) der Pinole erreicht werden.
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Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Feder (8):
- - ein erstes Ende (80), das mit Hilfe des ersten Befestigungsmittels (V1) an der Rückwand (60) der Aufnahme befestigt ist, und
- - ein zweites Ende (81), das an der Rückwand (50) oder an der äußeren Seitenwand (51) der Aufnahme mittels eines zweiten Befestigungsmittels (V2) befestigt ist.
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Auf diese Weise wirkt die Feder (8) einer Drehung des Bechers (6) gegenüber der Aufnahme (5) entgegen. Diese Lösung lässt den ersten Dichtring (30) in Bezug auf die Aufnahme (5) frei drehen. Tatsächlich, wenn der zweite Dichtring (40) dazu neigt, eine Drehung auf den ersten Dichtring (30) zu übertragen, neigt der erste Dichtring (30) dazu, eine Drehung auf den Becher (6) zu übertragen; der Becher (6) kann sich jedoch nicht drehen, da die Rückwand (60) des Bechers an das erste Ende (80) der Feder gebunden ist, die Feder (8) ist einer Verdrehung ausgesetzt und steht der Drehung des Bechers (6) entgegen.
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Vorteilhafterweise kann das erste Befestigungsmittel (V1) das Schweißen (S) sein, vorzugsweise das Punktschweißen, aber auch das Laserschweißen oder das Kondensatorentladungsschweißen.
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Diese ersten Befestigungsmittel (V1) sind leicht erreichbar, da das erste Ende (80) der Feder außerhalb der Aufnahme (5) an die Rückwand (60) des Bechers gebunden ist. Anschließend wird die Baugruppe aus erstem Dichtring (30), Dichtung (7), Becher (6) und Feder (8) in die Aufnahme (5) eingesetzt.
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Das zweite Befestigungsmittel (V2) kann sowohl geschweißt (S) als auch das erste Befestigungsmittel (V1) sein.
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Unter Bezugnahme auf 2 können die Befestigungsmittel (V1, V2) in einer ersten Variante zwei Ringe (301, 302) beinhalten, die aus Unterlegscheiben oder Metallplattenring bestehen, an denen die Enden (80, 81) der Feder (8) durch Schweißen (S) als Punktschweißen verschweißt sind. Die Ringe (301, 302) werden jeweils an der Rückwand (60) des Bechers und an der Rückwand (50) der Aufnahme mit Hilfe von Befestigungsmittel (T) befestigt, die verschweißt oder mechanisch arretiert werden können.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist eine weitere Variante des zweiten Befestigungsmittels (V2) dargestellt, die einen in der Rückwand (50) der Aufnahme erhaltenen und einen nach innen ragenden Anschlagvorsprung beinhaltet. Auf diese Weise, wenn sich die Feder (8) in Pfeilrichtung (F) dreht, stoppt das zweite Ende (81) der Feder gegen den Anschlagvorsprung der Rückwand der Aufnahme und verhindert, dass sich die Feder in Bezug auf die Aufnahme dreht.
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Unter Bezugnahme auf 4 kann das zweite Befestigungsmittel (V2) eine in die Innenfläche der äußeren Seitenwand (51) der Aufnahme eingeschnittene Führungsnut (56) vorsehen, so dass das zweite Ende (81) der Feder in drt Führungsnut (56) gleitet, um zu einem Anschlag (57) zu gelangen, der in das zweite Ende (81) der Feder eingreift, um die Drehung der Feder zu blockieren. Diese Führungsnut (56) soll zunächst nicht in der Seitenwand (51) der Aufnahme vorhanden sein und kann vom zweiten Ende (81) der Feder erhalten werden, dass eine scharfe Kante aufweist, in die Innenfläche der äußeren Seitenwand (51) der Aufnahme schneide. Die Führungsnut (56), die durch das zweite Ende (81) der Feder gebildet wird, kann verhindern, dass der Anschlagüberstand an der Rückwand (50) der Aufnahme entsteht.
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Die Funktion der Gleitringdichtung (100) wird im Folgenden beschrieben.
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Im Gebrauch dreht sich der zweite Dichtring (40) fest mit der Welle (1). Zwischen den beiden Dichtringen (30, 40) entsteht somit eine relative Drehrichtung mit Gleiten unter Federkraft (8).
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Die Drehkupplung des zweiten Dichtringes (40) erfolgt über die Kappe (200) und die äußeren Zungen (94) der Pinolen, die in die Ausnehmungen (203) der Kappe und in die vertieften Sitze (42) des zweiten Dichtringes eingreifen.
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Die Drehkupplung des ersten Dichtringes (30) erfolgt über die Feder (8), wobei das erste Ende (80) am Becher (6) und das zweite Ende (81) an der Aufnahme (5) befestigt ist.
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Die statische Dichtung zwischen der Dichtung (7) und der Aufnahme (5) wird durch die Geometrie des Lippendichtungsabschnitts (72) der Dichtung erhalten, ohne ein starres oder elastisches Element, das zur Kompression dieses Abschnitts gegen rohrförmige Innenwand (53) der Aufnahme beiträgt, außer dem Druck des Fluids selbst.
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Die Innenkante (62) des Bechers hat die Funktion, die Freigabe des Lippendichtungsabschnitts (72) der Dichtung bei Druck auf die Innenseite zu beinhalten, z.B. wenn ein Vakuum erzeugt wird, bevor der Kühlkreislauf gefüllt wird.
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Die Innenkante (62) des Bechers hat auch die Funktion, einen Verlust der Haftung zwischen der Dichtung (7) und der Aufnahme (5) und damit den Ausfall der Gleitringdichtung zu verhindern. Dieser Verlust der Haftung zwischen Dichtung und Aufnahme kann aus verschiedenen Gründen auftreten, z.B. durch:
- -Dichtung Elastomer entfetten,
- -geometrische und Formtoleranzen der verschiedenen Elemente,
- -Oberflächenveredelung der Bauteile,
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Befüllen des Vakuum-Kühlkreislaufs.
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Der Lippendichtungsabschnitt (72) der Dichtung ist frei verschiebbar und dreht sich in Bezug auf die Aufnahme (5); dies verhindert selbstinduzierte Vibrationen, die durch Stick-Slip-Phänomene zwischen den Dichtringen (30, 40) und damit verbundene Geräusche verursacht werden. Darüber hinaus wird die Anzahl der Komponenten reduziert, was der Einfachheit, Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit der Dichtung zugutekommen.
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Der Lippendichtungsabschnitt (72) weist eine Geometrie auf, die verhindert, dass Schmutz mit der Aufnahme (5) in die statische Dichtzone eindringt und gleichzeitig als Speicher für jegliches Schmiermittel dienen kann.
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Die Dichtung (7), die frei axial gleiten kann, erzeugt keine elastische Belastung, die auf die Dichtringe (30, 40) wirkt, um die dynamische Dichtung zu erreichen. Das daraus resultierende Fehlen einer elastischen Verformung trägt dazu bei, die radialen Abmessungen zu reduzieren und die Last zwischen den Dichtringen auf die Feder allein (8) zu verteilen, wodurch eine höhere Laststabilität über die gesamte Lebensdauer der Gleitringdichtung (100) erreicht wird.
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Schließlich ist klar, dass die Gleitringdichtung (100) weiter modifiziert werden kann, ohne den Schutzumfang von Ansprüchen zu verlassen.
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Insbesondere der feste Teil (3) der Gleitringdichtung könnte direkt im Außenring des Wellenlagers eingebaut und entsprechend verlängert werden.
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Darüber hinaus könnte der erste Dichtring (30) direkt in den Becher (6) eingesetzt werden, ohne dass die Wand (71) der Dichtung dazwischen liegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2018/020460 [0004, 0041]
