DE3909100A1 - Verbindungsaufbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbindungsaufbau gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, der insbesondere für die Befestigung eines Gleitring an einem Befestigungsteil geeignet ist, wobei der Verbindungsaufbau ein Befestigungsteil aus Kunststoffmate­ rial und einen Gleitring aus Keramikmaterial aufweist, der an einem in dem Befestigungsteil vorgesehenen Raum befestigt werden soll.

Es ist sehr problematisch, keramische Materialien mit Kunst­ stoffmaterialien zu verbinden, da die Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten dieser Materialien sich erheblich voneinander unter­ scheiden.

Dieses Problem wird zudem aufgrund der Tatsache verschärft, daß die anderen Eigenschaften dieser Materilien sich in ganz be­ trächtlichem Maße voneinander unterscheiden. Beide Materialien weisen Eigenschaften auf, die Einschränkungen für die Verwendung bestimmter Verbindungslösungen bedeuten. Als Beispiel sei es erwähnt, daß eine Klebeverbindung durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie auch durch die schlechten Fähigkeiten bestimmter Kunststoffmaterialien, geklebt zu werden, beeinträchtigt wird, daß die Verbindung durch die schwierige maschinelle Verarbeitbarkeit der Keramikmaterialien bei einer Gewindeverbindung und durch die schlechte Haltbarkeit bzw. Festigkeit von Kunststoff beeinträchtigt wird und daß Schweißen nicht möglich ist, da die Schmelztemperaturen der Materialien von einer ganz anderen Größenordnung usw. sind.

Es ist notwendig, eine verwendbare Lösung für eine Verbindung trotz der sehr unterschiedlichen Materialeigenschaften zu fin­ den, da diese Materialien unter den gleichen Arbeitsbedingungen erfolgreich verwendet werden können, um einander zu ergänzen. Beispielsweise sei eine Verbindung zwischen Polytetrafluoräthy­ len (PTFE) und Siliciumcarbid in einer Gleitringdichtung erwähnt. Diese Materialien weisen gute chemische Beständigkeit auf, jedoch ist die Abriebfestigkeit von PTFE schlecht, und es ist andererseits schwierig und teuer, Siliciumcarbid zu formen, so daß es praktisch vernünftig und notwendig ist, diese Materialien miteinander derart zu verbinden, daß die Verbindung druckdicht und in gewissem Maße kraftübertragend ist.

Verbindungen zwischen einem zuvor erwähnten keramischen Material und einem Kunststoffmaterial sind in der Praxis selten notwendig gewesen, da keramische Materialien für praktische Anwendungen noch nicht bereit sind. Jedoch hat die starke Entwicklung von Produkten aus keramischen Materialien es möglich gemacht, diese in neuen Feldern einzusetzen, und damit auch die Verwendbarkeit in anderen Bereichen verbessert.

Bislang wurden Verbindungen dieser Art beispielsweise derart ausgeführt, daß ein Befestigungsteil, das aus einem Kunststoff­ material hergestellt wurde, mit einer Nut versehen wurde, in welcher ein Gleitring aus einem keramischen Material angeordnet war. Diese Nut ist in der Weise ausgeformt worden, daß auf der inneren Umfangsfläche des Gleitrings eine lineare Druck-Anlage ausgebildet war, die die Verbindung zwischen den Teilen abdich­ tet.

Ein Nachteil des zuvor erläuterten Verbindungsverfahrens besteht darin, daß der innere und der äußere Umfang des Gleitrings aus einem keramischen Material maschinell bearbeitet werden muß. Da es ein zeitaufwendiges und teures Verfahren ist, keramische Materialien maschinell zu bearbeiten, erreichen die Kosten be­ trächtliche Höhen. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß es schwierig ist, die innere Umfangsfläche maschinell zu bearbei­ ten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Ring dazu neigt, aus der Nut herauszugelangen, wenn die Temperatur steigt. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, daß die Fähigkeit der Momentübertragung bei der vorbezeichneten Lösung gering ist, da der Reibungskoeffizient zwischen dem Kunststoffmaterial und dem Keramikmaterial klein ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Verbindungsaufbau gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, bei welchem die Nachtei­ le des vorbekannten Standes der Technik beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Besonders günstig ist bei einem erfindungsgemäßen Verbindungs­ aufbau ein Ringbefestiger, der aus metallischem Material besteht, wobei der Ringbefestiger aufgrund einer Schrumpfver­ bindung so angeordnet ist, daß er an der axialen äußeren Ober­ fläche des Gleitrings einerseits anliegt bzw. gegen diese drückt und an der axialen Anlagefläche des Befestigungsteils anderer­ seits in der Weise anliegt bzw. gegen diese drückt, daß die axiale Wand des in dem Befestigungsteil ausgebildeten Raumes eng gegen die axial äußere Oberfläche des Gleitrings in dem Bereich des unteren Endes des Raumes drückt.

Ein ganz besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Herstellungskosten relativ gering sind. Dies ist auf die Tat­ sache zurückzuführen, daß es nicht erforderlich ist, beispiels­ weise die innere Oberfläche des Keramikteils überhaupt maschi­ nell zu bearbeiten. Ein weiterer Vorteil besteht in der Fähig­ keit des erfindungsgemäßen Verbindungsaufbaus, Momente zu über­ tragen, die im Vergleich mit den zuvor bekannten Lösungen bemerkenswert gut ist.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzip-Schnittansicht einer Verbindung zwischen einem keramischen Gleitring und einem Befestigungsteil vorbekannter Art;

Fig. 2 eine Prinzip-Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Verbindungsaufbaus; und

Fig. 3 eine Prinzip-Schnittansicht einer Gleitringdichtung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Schnittaufbaus gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Schnitt eines Ausführungsbeispiels einer vor­ bekannten Lösung für die Befestigung eines Gleitrings an einem Befestigungsteil, beispielsweise an einer Gleitringdichtung, dem Grunde nach dargestellt. Fig. 1 zeigt nur die Hälfte des Quer­ schnitts des Gleitrings. Es ist jedoch selbstverständlich, daß der Aufbau tatsächlich auf beiden Seiten der Symmetrieachse ähnlich ist, die mit einer gestrichelten Linie in Fig. 1 darge­ stellt ist.

In Fig. 1 ist der keramische Gleitring mit dem Bezugszeichen 1 und, entsprechend, das aus Kunststoffmaterial hergestellte Befestigungsteil mit dem Bezugszeichen 2 versehen. Eine Nut 5 ist in das Befestigungsteil 2 für den Gleitring 1 eingearbeitet, um Druck an dem mit dem Bezugszeichen 3 versehenen Punkt zu erzeugen, wenn der Gleitring 1 in Stellung gedrückt wird.

Die Dichtheit bzw. Festigkeit der oben dargelegten Dichtung ist nicht gut, da die Fläche der abdichtenden Oberfläche 3 sehr gering ist. In der Praxis wird eine lineare Anlage zwischen dem Gleitring 1 und dem Befestigungsteil 2 erreicht. Auf der äußeren Umfangsfläche des Gleitrings ist kein starker Druck an der durch das Bezugszeichen 4 angedeuteten Stelle möglich, denn, wenn dies der Fall wäre, würde der Ring 4 dazu neigen, leicht aus der Nut 5 herauszurutschen.

Wenn die Verbindung in der zuvor erläuterten Weise ausgeführt wird, ist es erforderlich sowohl die innere als auch die äußere Umfangsfläche des keramischen Gleitrings 1 maschinell zu bear­ beiten. Da das maschinelle Bearbeiten von keramischen Materia­ lien ein sehr langsames und teures Verfahren ist, ist die Kostensteigerung beträchtlich. Es ist besonders schwierig, den inneren Durchmesser maschinell zu bearbeiten, und in der zuvor beschriebenen Lösung soll eine Oberfläche mit guter Qualität an dem inneren Umfang 6 des Gleitrings 1 durch maschinelle Bearbei­ tung erzeugt werden, um die erforderliche Dichtheit an dem Punkt 3 zu schaffen.

Ein weiterer Nachteil der zuvor bekannten Lösung besteht darin, daß, wenn der Körper warm wird, der große Wärmeausdehnungskoef­ fizient des Kunststoffmaterials dazu führen kann, daß der Gleit­ ring aus der Nut 5 herausgedrückt wird, da das Befestigungsteil 2 sich auch in axialer Richtung ausdehnt.

Entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Lösung ist die Fähig­ keit, das Moment M zwischen dem Gleitring 1 und dem Befesti­ gungsteil 2 zu übertragen, schlecht, da nur eine geringe Haltefläche besteht und das Kunststoffmaterial und das Keramik­ material schlüpfrig sind, d. h. der Reibungskoeffizient zwischen dem Gleitring und dem Befestigungsmaterial niedrig ist.

In Fig. 2 ist ein Schnitt eines erfindungsgemäßen Verbindungs­ aufbaus dem Grunde nach dargestellt. Fig. 2 ist in der gleichen Weise wie Fig. 1 gezeichnet, d. h., nur die Hälfte des Aufbaus ist in der Darstellung ersichtlich.

Der in Fig. 2 dargestellte Gleitring aus keramischem Material weist das Bezugszeichen 11 auf. Das Befestigungsteil, das aus Kunststoffmaterial hergestellt ist, ist mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Ringbefesti­ ger, der aus metallischem Material besteht. Es ist möglich, metallisches Material zu verwenden, da ein Verbindungsaufbau in einer solchen Weise geplant werden kann, daß ein korrosives aggressives Material, beispielsweise eine Flüssigkeit, an der inneren Durchmesserseite des Gleitrings 11 und des Befestigungs­ teils 12 gelegen ist.

Der erfindungsgemäße Verbindungsaufbau kann in der folgenden Weise verwirklicht werden. Der keramische Gleitring 11 wird in einen Raum angeordnet, der in dem Befestigungsteil 12, das aus Kunststoffmaterial hergestellt ist, aufgrund maschineller Bearbeitung entstanden ist, beispielsweise in einer Ausnehmung, wie es besonders klar aus Fig. 2 ersichtlich ist. Der Ring­ befestiger 13 wird durch eine Schrumpfverbindung auf dem Gleit­ ring 11 und dem Befestigungsteil 12 befestigt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der Ringbefestiger 13 ist so ausgelegt, daß ein geeigneter Druck zwischen dem Ringbefestiger 13 und der axialen äußeren Oberfläche des Gleitrings 11 besteht. Dieser Punkt des Drucks ist durch das Bezugszeichen 15 angedeutet. Zusätzlich hierzu ist der Ringbefestiger 13 in einer solchen Weise hin­ sichtlich seiner Abmessungen ausgelegt, daß der Ringbefestiger gegen die axiale Anlagefläche des Befestigungsteils 12 an einer Stelle 16 drückt, so daß die axiale Wand des Raums, der in dem Befestigungsteil 12 vorgesehen ist, eng gegen die axiale äußere Oberfläche des Gleitrings 11 in den Bereich 14 an dem unteren Ende des Raumes drückt. Entsprechend ist die Verbindung in dem Bereich 14 so abgedichtet, daß der Ringbefestiger 13 keine Berührung mit einem möglicherweise korrosiv aggressiven Material aufweist.

Eine Nut 17 ist zusätzlich in dem Ringbefestiger 13 vorgesehen, aufgrund welcher Nut der Gleitring 11 und der Ringbefestiger 13 fest in dem Befestigungsteil 12 gehalten sind. Das Wirkungs­ prinzip der Nut 17 ist klar aus Fig. 2 ersichtlich. Die zugrunde liegende Idee der Nut 17 ist es, daß das weiche Kunststoffmate­ rial in die Nut 17 hereindrängt, wenn der Ringbefestiger 13 für die Befestigung auf das Befestigungsteil 12 gedrückt wird, wie es in dem zur Beschreibung dieses Details in Fig. 2 dargestell­ ten Teil ersichtlich ist. In dieser Weise wird eine Verbindung geschaffen, die in der Richtung des Pfeils N hält.

Die Verbindung gemäß Fig. 2 erhält in der Verwendung noch eine erhöhte Festigkeit bzw. Dichtheit, wenn sich die Teile leicht erwärmen, da das Kunststoffmaterial sich stärker als die Mate­ rialien der anderen Teile ausdehnt, wenn es warm wird. Daher steigt der Druck an den Stellen 14 und 16 an, und die Dichtheit der Verbindung verbessert sich. Zugleich dehnt sich mehr Kunst­ stoffmaterial in der Nut 7 aus und verbessert den Halt des Gleitrings und des Ringbefestigers an dem Befestigungsteil 12. Die Fähigkeit, das Moment M zu übertragen, ist ebenfalls sogar in den Zusammenbau-Abmessungen vollständig ausreichend, da die Kraft von dem Gleitring 11 und dem Befestigungsring 13 über den Punkt 14 wie auch zugleich über den Punkt 16 übertragen werden kann. Die Fähigkeit der Momentübertragung wird ebenfalls besser, wenn das Befestigungsteil 12 sich ausdehnt. Die Tatsache, daß die Teile auf eine Temperatur abkühlen, die geringer als die Montagetemperatur ist, bewirkt ebenfalls nicht irgendwelche Probleme, da das Befestigungsteil 12 dann enger als zuvor gegen den Gleitring 11 drückt. Infolge der richtigen Dimensionierung lockert sich jedoch das Befestigungsteil 12 nicht von dem Ringbefestiger 13. Es stellt kein Problem dar, den Gleitring 11 und den Ringbefestiger 13 aneinander zu befestigen, da dies durch eine normale maschinell-technische Dimensionierung gesteuert werden kann.

Es ist vorteilhaft, den erfindungsgemäßen Verbindungsaufbau in der Praxis durchzuführen, da sehr geringe maschinelle Nachbe­ arbeitungen bei dem keramischen Gleitring 11, der sehr schwierig zu bearbeiten ist, durchgeführt werden muß. Beispielsweise muß die innere Umfangsfläche überhaupt nicht maschinell bearbeitet werden. Der Befestigungsring 13 soll natürlich auf genaue Abmes­ sungen hergestellt werden, aber dies ist kein Problem, wenn moderne Maschinenwerkzeuge verwendet werden, da das fragliche Teil praktisch sehr einfach ist. Andererseits ist es sehr einfach, das Befestigungsteil aus Kunststoff herzustellen.

Wie es zuvor erläutert wurde, ist die Fähigkeit der Momenten­ übertragung des erfindungsgemäßen Verbindungsaufbaus gut. Jedoch kann die Fähigkeit der Momentenübertragung noch durch einen Stift oder einen Keil zwischen dem Befestigungsteil 12 und dem Ringbefestiger 13 verbessert werden.

In der Praxis ist es einfach, den erfindungsgemäßen Verbindungs­ aufbau zu montieren. Der Ringbefestiger 13 wird in einem Ofen aufgewärmt, und der Gleitring 11 und das Befestigungsteil 12 können entsprechend, beispielsweise in einer Gefrierkammer, gekühlt werden. Der Ringbefestiger 13 wird an die Stelle ent­ sprechend Fig. 2 montiert, und es wird zugelassen, daß die Tem­ peraturen gleich werden, wodurch die Teile 11, 12 und 13 an­ einander befestigt werden.

Fig. 3 zeigt ein fertiges Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Prinzipdarstellung, wobei bei dieser Gleitringdichtung die Befestigung des Gleitrings 31 des Dichtrings T und des Gleit­ rings 32 des Gegenrings V in der erfindungsgemäßen Weise durch­ geführt ist. Das Befestigungsteil des Dichtrings T ist durch das Bezugszeichen 33 und das Befestigungsteil des Gegenrings V ent­ sprechend durch das Bezugszeichen 34 in der Figur angedeutet. Die Ringbefestiger sind in Fig. 3 mit den Bezugszeichen 37, 38 bezeichnet. In der Lösung gemäß Fig. 3 ist der Dichtring T an einer rotierenden Achse 35 und der Gegenring V an einem Gehäuse 36 befestigt. Der erfindungsgemäße Verbindungsaufbau soll sehr dicht an dem Punkt 14 (Fig. 2) sein, da sich eine Druckflüssig­ keit in dem Raum S befindet. Der erfindungsgemäße Verbindungs­ aufbau soll auch das Moment übertragen, das erzeugt wird, wenn die Gleitflächen der Gleitringe 31, 32 gegeneinander gleiten.

Der Druck in dem Raum S gerät auch hinter die Gleitringe, weswegen die Verriegelung in der axialen Richtung N (Fig. 2) ausreichend stark sein muß, wie es beispielsweise zuvor beschrieben wurde.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel soll in keiner Weise die Erfindung beschränken, wohingegen die Erfindung innerhalb des Umfangs der Ansprüche frei variiert werden kann. So ist es klar, daß der erfindungsgemäße Verbindungsaufbau oder Teile desselben nicht notwendigerweise so sein muß bzw. müssen, wie es anhand der Figuren beschrieben ist. Vielmehr können auch Lösungen anderer Art verwendet werden.

Claims (2)

1. Verbindungsaufbau für die Befestigung eines Gleitrings an einem Befestigungsteil, welcher Verbindungsaufbau ein Befesti­ gungsteil (12, 33, 34), das aus einem Kunststoffmaterial herge­ stellt ist, und einen Gleitring (11, 31, 32) aus einem Keramik­ material aufweist, der an einem in dem Befestigungsteil vorgese­ henen Raum befestigt werden soll, gekennzeichnet durch einen Ringbefestiger (13, 37, 38), der aus einem metalli­ schen Materal hergestellt ist und mittels einer Schrumpfverbin­ dung gegen die axiale äußere Oberfläche (15) des Gleitrings (11, 31, 32) einerseits und gegen die axiale Anlagefläche (16) des Befestigungsteils (12, 33, 34) andererseits drückend derart angeordnet ist, daß die axiale Wand des in dem Befestigungsteil (12, 33, 34) ausgebildeten Raums hin eng gegen die axiale äußere Fläche des Gleitrings (11, 31, 32) in dem Bereich (14) des unteren Endes des Raumes drückt.

2. Verbindungsaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Ringbefestigers (13, 37, 38), die gegen die axiale Anlagefläche (16) des Befestigungsteils drückt, mit einer Nut (17) versehen ist.