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Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitringdichtung
der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.
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In Gleitringdichtungen steht ein mit einem rotierenden Bauteil (beispielsweise
einer Welle) drehverbundener Gleitring einem stationären (beispielsweise mit einem
Gehäuse verbundenen) Gegenring gegenüber. Die Drehverbindung zwischen dem Gleitring
und dem rotierenden Teil wird dabei meist über mehrere (beispielsweise zwei) über
den Umfang verteilte Mitnehmerorgane übertragen. Diese werden bei dem von der Erfindung
betroffenen Typ von Gleitringdichtungen einerseits von einem dem Gleitring umfassenden
Mitnehmergehäuse, das zwei in Axialrichtung verlaufende und diametral zueinander
versetzte Mitnehmerklauen aufweist, und andererseits von zwei Mitnehmerabschnitten
gebildet, die von dem ringförmig geschlossenen Hauptteil des Rings radial nach außen
vorspringen. Die Mitnehmerklauen und die Mitnehmerabschnitte erstrecken sich jeweils
etwa über ein Viertel
des Umfangs und liegen mit ihrenradial verlaufenden
Endflächen aneinander, die die zusammenwirkenden Mitnehmerflächen bilden.
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Unter normalen Betriebsverhältnissen, wenn die Gleitdichtflächen hinreichend
geschmiert sind, sind die über die Mitnehmerflächen zu übertragenden Kräfte verhältnismäßig
gering.
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Dennoch kommen bei Gleitringen aus zugspannungsempfindlichem Material
wie Keramik immer wieder Gleitringbrüche vor, die auf außergewöhnliche Belastungssituationen
hinweisen, deren Natur im einzelnen schwer überschaubar ist, weil sich viele verschiedene
Belastungseinflüsse (ungewöhlich hohe Reibkräfte in der Gleitdichtfläche, Schwingungen,
einseitige Kraftspitzen beim Auftreten von Fremdkörpern, thermische Einflüsse) überlagern,
ohne daß sie im einzelnen nach Demontage der schadhaften Dichtung noch erkennbar
wären.
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Bekannt sind auch Gleitringdichtungen, bei denen im Umfang des Gleitrings
schmale, gesonderte Nuten mit mehr oder weniger geneigten Seitenflanken vorgesehen
sind, in die Sicken oder Stifte eines Mitnehmergehäuses eingreifen. Jedoch gelten
diese Dichtungen im Vergleich mit den zuvor beschriebenen als geringwertiger, weil
die in Umfangsrichtung schmalen Sicken oder Stifte von den keramischen Gleitringen
verschlissen werden können. Irgendwelche Unterschiede zwischen der Lebensdauer der
Gleitringe der beiden Konstruktionstypen, die man unterschieden in den hier erläuterten
Details hätte zuordnen können, sind nicht bekannt geworden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gleitring der
eingangs genannten Art zu schaffen, der größere Widerstandsfähigkeit besitzt.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Mitnehmerflächen
nach außen in Umlaufrichtung des Gleitrings geneigt sind.
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Die Lösung ist insofern überraschend, weil es für die Drehmitnahme
des Gleitrings nur auf die in Umfangsrichtung zu übertragenden Kräfte ankommt und
die Neigung der Mitnehmerflächen die dort übertragenen Kräfte vergrößert, in dem
nicht nur die in Umfangsrichtung verlaufenden Kräfte, sondern zusätzliche Kraftkomponenten
in Radialrichtung auftreten. Jedoch hat sich gezeigt, daß diese zusätzlichen Kraftkomponenten
aus folgenden Gründen zu einer Stabilisierung des Gleitrings beitragen. Am Uebergang
von den Mitnehmerflächen zum ringförmig geschlossenen Hauptteil des Rings bildet
sich eine Kerbe, die diesen Bereich gegenüber Zugspannungen empfindlich macht.
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Die zusätzlichen radialen Kraftkomponenten wirken in diesem Bereich
zur Ringachse hin und setzen denRing daher unter eine Biegebeanspruchung, die sich
in dem äußeren, kerbgefährdeten Bereich als Druckspannung und innen als Zugspannung
äußert.
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Die Druckspannung im kerbgefährdeten Bereich überlagert sich dort
den durch die in Umfangs richtung wirkenden Kräfte erzeugten Zug spannungen und
senkt somit die Zugspannungen in diesem Bereich. Zwar werden an anderer Stelle durch
die zusätzlichen Kraftkomponenten Spannungserhöhungen eintreten; da jedoch in diesen
anderen Bereichen günstigere Formvoraussetzungen am Gleitring für die Aufnahme dieser
Spannungen herrschen, wird insgesamt eine größere Unempfindlichkeit des Gleitrings
erreicht.
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Im Zusammenhang der Erfindung kommt es bezüglich der Neigung der Mitnehmerflächen
auf die Tangentialrichtung im Anlagepunkt an. Dieses kann durch die Neigung sowohl
bei den gleitringseitigen Mitnehmerflächen als auch (zusätzlich oder statt dessen)
an den gleitringgehäuseseitigen Mitnehmerflächen bestimmt sein, wobei es im allgemeinen
zweckmäßig ist, mindestens die gleitringseitigen Mitnehmerflächen in der angegebenenen
Weise zu neigen.
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- Wenn im Zusammenhang der Erfindung von der Umlaufrichtung die Rede
ist, so ist damit die Umlaufrichtung des Gleitrings in bezug auf den stehend gedachten
Gegenring gemeint. Wenn ausnahmsweise der Gleitring stationär und der Gegenring
drehbar ist, so ist der Begriff der Umlaufrichtung im Zusammenhang der Erfindung
in einem sich mit dem Gegenring drehenden Koordinatensystem zu sehen. Die Umlaufrichtung
ist stets auch die Richtung, in welcher die Kraft von den Mitnehmerflächen des Mitnehmergehäuses
auf die Mitnehmerflächen des Gleitrings in Umfangsrichtung übertragen wird. - Im
allgemeinen liegen die Mitnehmerflächen radial außerhalb eines ringförmig geschlossenen
Hauptteils,
an welchem die Dichtgleitfläche vorgesehen ist.
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Wenn ausnahmsweise die Mitnehmerflächen radial innerhalb dieses Hauptteils
des Rings liegen, so ist der Begriff außen des Anspruchs als Hinweis auf diejenige
Seite vom Hauptteil des Rings zu betrachten, von der die Mitnehmer am Gleitring
angreifen.
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Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung
erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Darin zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische, axial auseinandergezogene Darstellung eines Gleitrings
und des zugehörigen Gleitringaehäuses und Fig. 2 eine axiale Teilansicht eines Gleitrings
mit Andeutung der im Bereich der Mitnehmerfläche auftretenden Kräfte.
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In Fig. 1, in der der Deutlichkeit halber aus den dargestellten Teilen
jeweils etwa ein Sechstel herausgeschnitten ist, erkennt man den Gleitring 1, dessen
ringförmig geschlossen durchlaufender Hauptteil 2 auf wenigstens einer Seite eine
Gleitdichtfläche 3 bildet. Diametral zueinander versetzt springen auf der Außenseite
des Rings einstückig mit diesem verbunden zwei Mitnehmerabschnitte 4 vor, die sich
jeweils über etwa ein Viertel des Umfangs erstrecken und an den Enden Mitnehmerflächen
5 bilden.
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Das Mitnehmergehäuse 6 besteht aus einem Gehäusering 7, der mit nicht
dargestellten Mitteln auf einer Welle fixiert werden kann und von dem axial zwei
Mitnehmerklauen 8 vorspringen, die in die Zwischenräume der Mitnehmerabschnitte
4 passen und an den
Enden Mitnehmerflächen 9 bilden, die den Mitnehmerflächen
5 nach Lage und Form entsprechen und mit Ihnen zusammenwirken können.
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Der Gleitring 1 kann einerseits zwischen den Mitnehmerklauen 8 zentriert
und in Umfangs richtung fixiert werden und andererseits sich unter dem Einfluß einer
nicht dargestellten Feder in Axialrichtung verschieben.
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Fig. 2 zeigt den Eingriffsbereich zwischen einer Mitnehmerklaue 8
und dem Mitnehmerabschnitt 4, d.h. zwischen deren Mitnehmerflächen 9 und 5. Diese
sind unter einem Winkel 10 gegenüber der Radialrichtung 11 nach außen und in Umlaufrichtung,
die der Richtung der zu übertragenden Umfangskraft U entspricht, geneigt. Die zwischen
ihnen übertragene Normalkraft N setzt sich aus der Umfangskomponente U und der Radialkomponente
R zusammen. Die Umfangskomponente U entspricht den am Gleitring wirkenden Reibungskräften.
Die Radialkraft R führt zu einer Biegebeanspruchung des Gleitrings.
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In dem strichpunktiert hervorgehobenen Bereich 12, der infolge des
übergangs von der Mitnehmerfläche 5 in den ringförmig geschlossenen Hauptteil 2
des Rings kerbspannungsgefährdet ist, führt diese Biegung zu Druckspannungen, die
sich den von der Umfangskraft U in diesem Bereich wirkenden Zugspannungen überlagern
und diese weitgehend kompensieren und damit die Situation in diesem Bereich entschärfen.
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Der Winkel 10 liegt zweckmäßigerweise in der Größenordnung von 30
bis 700, vorzugsweise 45 bis 650.
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Im Beispiel erkennt man, daß die Weite der vertieften Bereiche am
Gleitringumfang, in denen die Mitnehmerklauen praktisch völlig aufgenommen sind,
groß ist, d.h. in einer mit der Breite der erhöhten Bereiche vergleichbaren Größenordnung
liegt. Wichtig kann ferner sein, daß die Mitnehmerflächen 5 und 9 vergleichsweise
großflächig aneinanderliegen und im wesentlichen eben sind.
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