DE3520430C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitringdichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

In Gleitringdichtungen steht ein mit einem rotierenden Bau­ teil (beispielsweise einer Welle) drehverbundener Gleitring einem stationären (beispielsweise mit einem Gehäuse ver­ bundenen) 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 Mitnehmerab­ schnitte erstrecken sich jeweils etwa über ein Viertel des Umfangs und liegen mit ihren in Umfangsrichtung weisenden Flächen aneinander, die die zusammenwirkenden Mitnehmerflächen bilden. Unter normalen Betriebsverhältnissen, wenn die Gleitdicht­ flächen hinreichend geschmiert sind, sind die über die Mit­ nehmerflächen zu übertragenden Kräfte verhältnismäßig gering. 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 (ungewöhnlich hohe Reibkräfte in der Gleitdichtfläche, Schwingungen, einseitige Kraftspitzen beim Auftreten von Fremdkörpern, thermische Einflüsse) über­ lagern, ohne daß sie im einzelnen nach Demontage der schad­ haften Dichtung noch erkennbar wären.

Bei einer bekannten Gleitringdichtung solcher Art (GB-PS 12 46 453) sind die zusammenwirkenden Mitnehmerorgane des Gleitrings und des Gleitringgehäuses als in Umfangs­ richtung vergleichsweise schmaler Vorsprung des Gleitrings und als ein entsprechender Ausschnitt im Gleitringgehäuse ausgebildet. Die Mitnehmerflächen dieser Organe sind parallel zueinander ausgebildet. Daraus ergibt sich, daß sie zur jeweiligen Radiusrichtung einen kleinen Winkel einschließen. Der Schrift läßt sich nicht entnehmen, daß diese Neigung von irgendeiner funktionellen Bedeutung sei. Angesichts ihrer Kleinheit ist auch nicht anzunehmen, daß sie eine fühlbare Wirkung auf die Belastungssituation des Gleitrings haben könnten.

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 Lebens­ dauer der Gleitringe der beiden Konstruktionstypen, die ihren Grund in den hier erläuterten Details haben könnten, sind nicht bekanntgeworden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gleit­ ring der eingangs genannten Art zu schaffen, der größere Widerstandsfähigkeit besitzt.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht im kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1.

Die Lösung ist insofern überraschend, weil es für die Dreh­ mitnahme des Gleitrings nur auf die in Umfangsrichtung zu übertragenden Kräfte ankommt und die Neigung der Mitnehmer­ flächen die dort übertragenen Kräfte vergrößert, in dem nicht nur die in Umfangsrichtung verlaufenden Kräfte, sondern zu­ sätzliche Kraftkomponenten in Radialrichtung auftreten. Jedoch hat sich gezeigt, daß diese zusätzlichen Kraftkomponenten aus folgenden Gründen zu einer Stabilisierung des Gleitrings bei­ tragen. Am Übergang von den Mitnehmerflächen zum ringförmig geschlossenen Hauptteil des Gleitrings bildet sich eine Kerbe, die diesen Bereich gegenüber Zugspannungen empfindlich macht. Die zusätzlichen radialen Kraftkomponenten wirken in diesem Bereich zur Ringachse hin und setzen den Ring daher unter eine Biegebeanspruchung, die sich in dem äußeren, kerbgefährdeten Bereich als Druckspannung und innen als Zugspannung äußert. Die Druckspannung im kerbgefährdeten Bereich überlagert sich dort den durch die in Umfangsrichtung wirkenden Kräfte erzeugten Zugspannungen 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 er­ reicht.

Im Zusammenhang der Erfindung kommt es bezüglich der Neigung der Mitnehmerflächen auf die Tangentialrichtung im Anlagepunkt an. Diese kann durch die Neigung sowohl bei den gleitringseitigen Mitnehmerflächen als auch (zu­ sätzlich oder statt dessen) an den gleitringgehäusesei­ tigen Mitnehmerflächen bestimmt sein, wobei es im allge­ meinen zweckmäßig ist, mindestens die gleitringseitigen Mitnehmerflächen in der angegebenen Weise zu neigen. - Wenn im Zusammenhang der Erfindung von der Umlaufrich­ tung 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 Umlauf­ richtung 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 Umfangs­ richtung übertragen wird. - Im allgemeinen liegen die Mit­ nehmerflächen radial außerhalb eines ringförmig geschlossenen Hauptteils, an welchem die Dichtgleitfläche vorgesehen ist. 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.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Darin zeigt

Fig. 1 eine perspektivische, axial aus­ einandergezogene Darstellung eines Gleitrings und des zugehörigen Gleitringgehäuses und

Fig. 2 eine axiale Teilansicht eines Gleit­ rings mit Andeutung der im Bereich der Mitnehmerfläche auftretenden Kräfte.

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 Außen­ seite des Rings einstückig mit diesem verbunden zwei Mitnehmer­ abschnitte 4 vor, die sich jeweils über etwa ein Viertel des Umfangs erstrecken und an beiden in Umfangsrichtung weisenden Enden Mitnehmerflächen 5 bilden.

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. Der Gleitring 1 kann einerseits zwischen den Mitnehmerklauen 8 zentriert und in Umfangsrichtung fixiert werden und anderer­ seits sich unter dem Einfluß einer nicht dargestellten Feder in Axialrichtung verschieben.

Fig. 2 zeigt den Eingriffsbereich zwischen einer Mitnehmer­ klaue 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 Umlauf­ richtung, die der Richtung der zu übertragenden Umfangs­ kraft U entspricht, geneigt. Die zwischen ihnen übertragene Normalkraft N setzt sich aus der Umfangskomponente U und der Radialkomponente R zusammen. Die Umfangskomponente U ent­ spricht den am Gleitring wirkenden Reibungskräften. Die Radial­ kraftkomponente R führt zu einer Biegebeanspruchung des Gleitrings. In dem strichpunktiert hervorgehobenen Bereich 12, der infolge des Übergangs von der Mitnehmerfläche 5 in den ringförmig ge­ schlossenen Hauptteil 2 des Rings kerbspannungsgefährdet ist, führt diese Biegung zu Druckspannungen, die sich den von der Umfangskraft U in diesem Bereich wirkenden Zugspannungen über­ lagern und diese weitgehend kompensieren und damit die Situation in diesem Bereich entschärfen.

Der Winkel 10 liegt zweckmäßigerweise in der Größenordnung von 30 bis 70°, vorzugsweise 45 bis 65°.

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 er­ höhten Bereiche vergleichbaren Größenordnung liegt. Wichtig kann ferner sein, daß die Mitnehmerflächen 5 und 9 vergleichsweise großflächig aneinanderliegen und im wesentlichen eben sind.

Claims (2)

1. Gleitringdichtung mit einem Gleitring, der an seinem Außenumfang eine Mehrzahl erhöhter Mitnehmerbereiche aufweist, und mit einem Mitnehmergehäuse, dessen axial und in Um­ fangsrichtung gestreckte Mitnehmerklauen innerhalb von vertieften Bereichen zwischen den Mitnehmerbereichen liegen, wobei die er­ höhten Mitnehmerbereiche und die Klauen über quer zur Umfangsrichtung verlaufende Mitnehmerflächen zusammen­ wirken, die gegenüber der Radiusrichtung nach außen in Umfangsrichtung des Gleitrings geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (10) in der Größenordnung von 30-70° liegt.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Neigungswinkel (10) zwischen 45 und 65° liegt.