DE4119324A1

DE4119324A1 - Gleitringdichtung mit rueckfoerderwirkung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE4119324A1
Application number: DE19914119324
Authority: DE
Inventors: Heinz Konrad Prof Dr I Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-06-12
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1992-12-17

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung, in deren Gleitflächen Vertiefungen eingearbeitet sind, die in den Dichtspalt eingedrungenes und von der rotierenden Gleitfläche mitgeschlepptes Fluid umlenken, auf ein höheres Druckniveau bringen und dadurch eine Rückströmung in denjenigen Raum bewirken, aus dem das Fluid in den Spalt eingedrungen ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Gleitringdichtung zum Abdichten der Durchtrittsstelle einer umlaufenden Welle durch eine Wand, die einen ein abzudichtendes Fluid enthaltenden ersten Raum von einem zweiten Raum trennt, wobei in der Regel im ersten Raum ein höherer Druck herrscht als im zweiten Raum, und die Gleitringdichtung einen drehfest an der Wand gehaltenen und zu dieser abgedichteten ersten Dichtring mit einer ebenen, radial zur Wellenachse liegenden, durch eine Außenwand und einen Innenrand begrenzten ersten Stirnfläche aufweist, daß die Gleitringdichtung weiter einen drehfest an der Welle gehaltenen und gegen diesen abgedichteten zweiten Dichtring mit einer ebenen radial zur Wellenachse liegenden, durch einen Außenrand und einen Innenrand begrenzten Stirnfläche aufweist und die beiden Stirnflächen sich bei stillstehender Welle berühren und bei rotierender Welle einen engen Dichtspalt bilden, daß zwei Begrenzungskreise eine zwischen ihnen liegende ständige Dichtfläche definieren, daß der Mittelpunkt jedes Begrenzungskreises auf der Wellenachse liegt und der Radius des einen Begrenzungskreises gleich dem Abstand zwischen der Wellenachse und dem dieser am nächsten liegenden Punkt eines der Außenränder ist und der Radius des anderen Begrenzungskreises gleich dem Abstand zwischen der Wellenachse und dem von dieser am weitesten entfernt liegenden Punkt eines der Innenränder ist, wobei derjenige Begrenzungskreis, der näher beim ersten Raum liegt, als erster Begrenzungskreis bezeichnet wird, und derjenige Begrenzungskreis, der näher beim zweiten Raum liegt, als zweiter Begrenzungskreis bezeichnet wird, daß einer der Dichtringe in Richtung der Wellenachse beweglich ist und sowohl durch mindestens ein Federelement als auch durch den Druck des abzudichtenden Fluids an den anderen Dichtring angepreßt ist, und daß in mindestens einen der Dichtringe von dessen Stirnfläche her mehrere Vertiefungen eingearbeitet sind. In der Regel sind die Außenränder und die Innenränder der Stirnflächen der beiden Dichtringe Kreise. In diesem Fall liegt die ständige Dichtfläche zwischen dem jeweils größten Innenrand und dem jeweils kleinsten Außenrand eines der beiden Dichtringe.

Gleitringdichtungen dichten in der Regel ein Fluid (Flüssigkeit oder Gas) dadurch ab, daß sie durch einen sehr engen Dichtspalt zwischen ihren stirnseitigen Dichtflächen dem abzudichtenden Fluid einen hohen Strömungswiderstand entgegensetzen, wodurch der den Spalt durchdringende Leckstrom klein ist. Um während des Betriebs einer Gleitring dichtung den Dichtspalt dauernd sehr eng zu halten, wird der axial bewegliche Dichtring sowohl mittels Federn als auch durch den Druck des abzudichtenden Fluids an den anderen Dichtring angepreßt. Obwohl das Fluid durch Kapillarwirkung und infolge einer Druckdifferenz in den Dichtspalt eindringt, kann es vorkommen, daß die Dichtflächen sich teilweise und zeitweilig berühren, sich dabei erwärmen und verschließen. Um daraus resultierende Nachteile, nämlich den Ausfall der Dichtung durch Überhitzung, Risse durch Thermoschock, Zersetzung des Fluids im Dichtspalt und Bildung von Ablagerungen, übermäßigen Verschleiß usw. zu vermeiden, gibt es nach dem Stand der Technik (vgl. Lit 1) eine Vielzahl von Maßnahmen, die darauf abzielen, im Dichtspalt einen tragfähigen Fluiddruck zu erzeugen und aufrechtzuerhalten und auf diese Weise die Dichtflächen zuverlässig zu trennen und dabei einen engen Dichtspalt stabil einzustellen. Diese Maßnahmen lassen sich einteilen in die Begriffe "hydrostatische" und "hydrodynamische" Spaltdruckerzeugung. Bei der hydrostatischen Spaltdruckerzeugung werden Maßnahmen ergiffen, die den Mittelwert des im Dichtspalt vom Druckniveau des ersten Raums auf das Druckniveau des zweiten Raums abfallenden Drucks zu verändern. Bei der hydrostatischen Spaltdruckerzeugung werden Maßnahmen ergriffen, durch die das von der Dichtfläche des rotierenden Dichtrings im Dichtspalt mitgeschleppte Fluid an lokalen Spaltverengungsstellen aufgestaut wird, wodurch sich, wie bei einem hydrodynamischen Gleitlager, der Fluiddruck erhöht. Beispielsweise sind in der DE 21 08 945 zur Lösung der Aufgabe, "daß der Berührungsfläche Kühlungs- und Schmierungsflüssigkeit bei der relativen Rotation der dichtenden Flächen zugeführt wird" Maßnahmen beschrieben, die im wesentlichen darin bestehen, daß in der Gleitfläche mindestens eines Dichtrings Nuten eingearbeitet sind, die "schräg zur Rotationsbahn des rotierenden, dichtenden Rings verlaufende Abschnitte haben". Ebenfalls zum Zweck der Dichtflächenschmierung und -kühlung sind in der FR-PS 1.597.609 unterschiedlich geformte Nuten mit jeweils zwei in sich geschlossenen Rändern ("Ringnuten"), sowie in diese einmündende schräge und radiale Nuten beschrieben. Äquivalente Maßnahmen zur Schmierung von gleitenden Flächen mittels schräger Nuten als Schmiermittelreservoir und Schmiermittelverteiler sind seit langem von den Gleitführungen der Werkzeugmaschine her bekannt. Ebenfalls in der FR-PS 1.597.609 sowie in der DE 14 75 621 sind in die Gleitfläche einer Gleitringdichtung eingearbeitete sacklochartige Vertiefungen beschrieben. In der DE 29 28 504 ist eine Gleitringdichtung beschrieben, in deren Gleitfläche napfartige Vertiefungen und längs des Umfangs periodisch wechselnder Tiefe eingearbeitet sind. Die zitierten Maßnahmen dienen gemäß der in den Druckschriften genannten Aufgabenstellungen ausschließlich der hydrodynamischen Druckerzeugung im Dichtspalt bzw. der Schmierung und Kühlung der Dichtflächen. In Lit. 2 ist eine Gleitringdichtung mit grabenförmigen, zum Dichtflächenrand konform gekrümmten Nuten beschrieben, die über flache radiale Nuten mit dem ersten Raum in Verbindung stehen und eine hydrostatische Druckentlastung der Gleitflächen zum Ziel haben, was wiederum zwar eine verbesserte Gleitflächen trennung und Schmierung, zugleich aber eine vergrößerte Leckage zur Folge hat.

Sämtliche bekannten Maßnahmen zur Verbesserung der hydrodynamischen Spaltdruckerzeugung haben jedoch einen dichtungstechnisch schwerwiegenden Nachteil. Jede Entlastung der Gleitflächen, ob hydrodynamisch oder hydrostatisch hervorgerufen, vergrößert den Dichtspalt mit der Folge einer oft beträchtlich vergrößerten Leckage. Um diese unerwünschte Folgeerscheinung einzudämmen, gibt es nach dem Stand der Technik Maßnahmen, die darauf abzielen, den vom ersten Raum her in den Dichtspalt eindringenden Fluidstom mittels besonderer Strukturierung der Dichtflächen so zu lenken, daß er zum Teil - im Idealfall vollständig - in den ersten Raum zurückströmt. Beispielsweise sind bei einer Gleitringdichtung (vgl. Lit. 1, S. 125) in die Dichtfläche radial gerichtete streifenförmige Zonen integriert, innerhalb derer die Spalthöhe geringfügig größer ist als im übrigen Dichtspalt. Flüssigkeit, die zunächst vom abzudichtenden Raum her durch den Dichtspalt gelangt ist, wird tangential in die streifenförmige Zonen geschleppt. Dadurch entsteht am Ende der Zonen ein die Gleitfläche trennender Überdruck und zugleich wird Flüssigkeit durch den anschließenden Dichtspalt in den abzudichtenden Raum geschleppt und somit zurückgefördert. Ein Nachteil dieser Anordnung ist zum einen die fertigungstechnisch komplizierte Struktur des Spaltrandes und der Rückförderzonen und zum anderen die Tatsache, daß Fluid in Teilbereichen des Dichtrandes in der falschen Richtung, und deshalb Leckage erzeugend, durch den Dichtspalt geschleppt wird. Ein weiterer Nachteil dieser Gleitringdichtung ist, daß sie nur in einer Drehrichtung der Welle mit Rückförderwirkung funktioniert. Bei einer anderen Gleitringdichtung nach EP 03 69 295 sind in die Dichtfläche Vertiefungen eingearbeitet, die Rückförderzonen und Rückführzonen aufweisen. Gemäß der Beschreibung dieser Gleitringdichtung in Lit. 1, S. 126 sind in die harte Gleitfläche eines radial etwa 10 mm breiten Gleitrings aus Siliciumkarbid schräge Nuten eingearbeitet. Zwischen dem spitzen Ende jeder Nut und dem Hochdruckraum bleibt ein schmaler Rand der Dichtfläche stehen, so daß die Dichtflächen beider Dichtringe im Ruhezustand dicht schließen. Die schrägen Nuten fördern Flüssigkeit in den abzudichtenden Raum zurück. Zu diesem Zweck befindet sich in der Nähe des hochdruckseitigen Rands eine "Rückförderzone" mit einem sehr flachen Keilspalt, dessen Höhenlinien tangential verlaufen. Die Rückförderzone wird beispielsweise mit der Umfangsfläche einer Diamantschleifscheibe hergestellt, wobei die Achse des Dichtrings windschief zur Schleifscheibenachse gerichtet ist. Weiter innen fallen die Nuten steil ab. Ihre schrägen Hinterkanten bilden "Rückführzonen", die an der Gleitdichtfläche haftende Flüssigkeit abstreifen und drucklos zur Rückförderzone zurückleiten. Die in Umfangsrichtung geschleppte Flüssigkeit staut sich an der Hinterkante der immer enger werdenden Rückförderzone auf und erreicht an der Spitze der Nut den höchsten Druck, der bei ausreichender Drehzahl höher ist als der Druck des abzudichtenden Fluids. Dadurch strömt in der Nähe der Nutspitze Fluid durch den Dichtspalt in den abzudichtenden Raum zurück. Zwischen den Rückförderelementen sind "Einspeisezonen" angeordnet, die zwecks Stabilisierung der Füllung des Dichtspalts Fluid in den Dichtspalt fördern und in bekannter Weise eine hydrostatische und hydrodynamische Schmierfilmbildung hervorrufen. Auch diese Gleitringdichtung weist eine Reihe von Nachteilen auf. Die schrägen Nuten mit ihrer im Bereich der Rückförderzone geneigten Ebene und die daran anschließende steilere Rückführzone erfordern eine komplizierte mechanische Positionierung und eine aufwendige Schleifbearbeitung des Gleitrings. Zudem hat auch diese Gleitringdichtung nur in einer Drehrichtung der Welle eine Rückförderwirkung. Des weiteren sind nach der EP 00 37 210, der EP 02 98 324 und der DE (OS) 19 64 150 Gleitringdichtungen bekannt, bei denen Spiralnuten Fluid aus dem zweiten Raum in den ersten Raum pumpen. Diese Eigenschaft widerspricht der Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Während die in Lit. 1, S. 125, 126 und in DE 38 39 106 beschriebenen Gleitringdichtungen mit verhältnismäßig breiter Gleitfläche und verhältnismäßig großen Rückförderstrukturen hauptsächlich auf Sonderanwendungen bei sehr schnell laufenden Maschinen mit verhältnismäßig großem Wellendurchmesser und Dichtungen mit verhältnismäßig großer Gleitflächenbreite abzielten, besteht heute im Hinblick auf den Umweltschutz allgemein der Wunsch, die Leckage bei allen Gleitringdichtungen, die "Problemfluide" abdichten, drastisch zu reduzieren. Aus einer Reihe von dichtungs technischen Gründen, nicht zuletzt wegen der Reduzierung des Energieverlustes durch Reibung, haben moderne Gleitringdichtungen sehr schmale Gleitflächen, mit einer radialen Breite von zwei Millimeter oder weniger. Die sich im Betrieb einstellende Spalthöhe einer Gleitringdichtung ist im Hinblick auf das Vermeiden von Leckage dann am günstigsten, wenn die Distanz der Gleitflächen nicht wesentlich größer als die Rauheit und Welligkeit der plangeläppten Dichtflächen ist. Die Spalthöhe betragen somit Bruchteile eines Mikrometers bis zu wenigen Mikrometern. Hydrodynamisch wirkende, geeignet geformte Vertiefungen in den Gleitflächen funktionieren als druckerzeugende oder als rückfördernde Strukturen nur dann optimal, wenn ihre Tiefe von derselben Größenordnung ist wie die Spalthöhe des sie umgebenden Dichtspalts. Diese Forderungen lassen sich bei der in DE 38 39 106 beschriebenen Form und Ausführung der Rückförderstrukturen fertigungstechnisch nicht realisieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, in die schmalen Stirnflächen serienmäßig herzustellender Gleitringdichtungen mikrometertiefe, optimal rückförderfähige Vertiefungen einzuarbeiten, die einen Leckstrom durch den Dichtspalt weitgehend verhindern und dabei durch hydrodynamische Druckerzeugung eine reibungsmindernde Schmierung der aufeinander gleitenden Stirnflächen begünstigen. Die Vertiefungen sollen genau, zuverlässig und wirtschaftlich herstellbar sein. Die Rückförderwirkung der Vertiefungen soll möglichst in beiden Drehrichtungen der Welle vorhanden sein. Für den Fall, daß sich im ersten Raum und im zweiten Raum jeweils ein Fluid befindet und die beiden - gleichartigen oder unterschiedlichen - Fluide sicher voneinander getrennt werden müssen, besteht eine weitere Aufgabe darin, die Vertiefungen so zu gestalten und anzuordnen, daß das jeweils von einem der beiden Räume in den Dichtspalt eindringende Fluid wieder in denselben Raum zurückgefördert wird, wobei auch diese Funktionsweise möglichst wieder bei beiden Drehrichtungen der Welle wirksam sein sollte. Eine letztgenannte Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Gleitringdichtung zu schaffen, bei der eine möglichst geringe Leckage nur in einer bestimmten Drehrichtung der Welle gefordert ist, und in der anderen Drehrichtung zwar eine gute hydrodynamische Schmierwirkung, jedoch keine besonders geringe Leckage gefordert wird.

Diese Aufgaben werden mittels erfindungsgemäß strukturierter Vertiefungen gelöst, die in die Stirnfläche mindestens eines der Dichtungsringe eingearbeitet sind. Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Vertiefungen wird mittels einer geometrischen Hilfsstruktur beschrieben, die aus zwei, die Wellenachse schneidenden, radialen Linien besteht, die in der mit der Stirnfläche zusammenfallenden Ebene liegen und den Rand einer Vertiefung beidseitig tangieren. Die beiden Linien schließen somit die Vertiefung ein. Diejenigen Berührpunkte der Linien mit dem Rand der Vertiefung, die jeweils den kleinsten Abstand vom ersten Begrenzungskreis haben, teilen den Rand in zwei Randabschnitte. Der dem ersten Begrenzungskreis zugewandte Randabschnitt wird als erster Randabschnitt bezeichnet, der andere als zweiter Randabschnitt. Weiterhin wird die Verbindungslinie des Schnittpunkts der Stirnfläche mit der Wellenachse mit einem beliebigen Punkt des Randes einer Vertiefung als Radiusvektor bezeichnet. Weiterhin wird ein zu den Begrenzungskreisen konzentrischer Mittelkreis dadurch definiert, daß sein Radius gleich dem arithmetischen Mittel der Radien der Begrenzungskreise ist.

Gemäß der Erfindung werden die Aufgaben, bis auf die letztgenannte, dadurch gelöst, daß der erste Randabschnitt kürzer ist als der zweite Randabschnitt. Eine gute Rückförderwirkung und somit eine gute Dichtheit wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß vorzugsweise der gesamte Rand der Vertiefung zwischen dem ersten Begrenzungskreis und dem Mittelkreis liegt. Eine in beiden Drehrichtungen gleichermaßen günstige Rückförderwirkung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine erfindungsgemäß rückförderfähige Vertiefung spiegelsymmetrisch zu einer Radialen gestaltet ist. Eine günstige Rückförderwirkung wird auch dadurch erreicht, daß der zweite Randabschnitt so geformt ist, daß der Radiusvektor beim Überstreichen des zweiten Randabschnitts sich in höchstens einer Richtung dreht. Dies bedeutet, daß am zweiten Randabschnitt rückspringende Buchten und vorspringende Zungen der Vertiefung ausgeschlossen sind und daß somit im Bereich des zweiten Randabschnitts - außer an der allein vorspringenden Stelle am Berührpunkt - eine Druckerhöhung infolge Schleppströmung und ein damit verbundener verstärkter Austritt von Fluid aus der Vertiefung in den Dichtspalt nicht auftritt.

Vorzugsweise besteht eine erfindungsgemäße Vertiefung aus mindestens zwei Gräben mit unterschiedlichen Längen, wobei der jeweils längere Graben vom ersten Begrenzungskreis einen kleineren Abstand hat als jeder kürzere Graben, daß die Gräben entlang von Teilen ihrer Längskanten aneinander angrenzen, dergestalt, daß die von den Gräben und der ständigen Dichtfläche gebildeten Hohlräume ineinander übergehen. Als Graben wird in der Beschreibung der Erfindung und in den Patentansprüchen im wesentlichen eine langgestreckte Vertiefung verstanden, die im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Gräben sind im wesentlichen so angeordnet, daß ihre Längserstreckung hauptsächlich tangential verläuft, das heißt, in Richtung der Tangente an einen in der Dichtfläche liegenden Kreis, der seinen Mittelpunkt auf der Wellenachse hat. Vorzugsweise hat mindestens eines der Enden des längsten Grabens vom ersten Begrenzungskreis einen sehr kleinen Abstand, vorzugsweise von weniger als 0,5 Millimeter. Durch jede dieser Maßnahmen wird bewirkt, daß das im Graben befindliche und von derjenigen Dichtfläche, die sich relativ zu der mit den Vertiefungen versehenen Dichtfläche dreht, mitgeschleppte Fluid an der - in Schlepprichtung gesehen - hinteren Stirnfläche eines Grabens staut und - dem Weg des geringsten Strömungswiderstandes folgend - in den angrenzenden Graben überströmt. Durch die Anordnung der Gräben, relativ zum ersten Raum, wird bewirkt, daß auf diese Weise das Fluid kaskadenartig letztlich in denjenigen Graben gelangt, der dem ersten Raum am nächsten liegt. Das in diesen Graben in dessen Längsrichtung geschleppte Fluid wird zum Ende dieses Grabens hin, wo kein anderer Graben mehr angrenzt, aufgestaut. Dadurch steigt, je nach Schleppgeschwindigkeit, Viskosität und Tiefe des Grabens, der Druck des Fluids zum Ende dieses Grabens hin erheblich an. Dieses Ende befindet sich vorzugsweise in sehr geringem Abstand vom ersten Begrenzungskreis. Somit ist innerhalb des Dichtspalts die Distanz und dadurch auch der Strömungswiderstand zwischen dem Ende dieses Grabens und dem ersten Raum gering, wodurch ein großer Teil des aus diesem Graben abströmenden Fluids in den ersten Raum strömt.

Vorzugsweise sind die aneinander anliegenden Gräben unterschiedlich tief, dergestalt, daß der längste Graben die geringste Tiefe und der kürzeste Graben die größte Tiefe aufweist, wobei die von den Gräben und der ständigen Dichtfläche gebildeten Hohlräume jeweils in den Bereichen, in denen Gräben aneinander angrenzen, mit einer Stufe ineinander übergehen. Vorzugsweise liegt in einem Bereich, in dem zwei Gräben aneinander angrenzen, der jeweils die geringere Tiefe aufweisende Graben näher beim ersten Begrenzungskreis, mit anderen Worten, vom ersten Raum her gesehen ist ein jeweils weiter entfernter Graben tiefer als ein wenig weiter entfernter. Ausnahmen von dieser vorzugsweise einzuhaltenden Regel sind beispielsweise dann angebracht, wenn es günstig erscheint, zum Auffangen und Einlagern von in den Dichtspalt gelangten Fremdpartikeln, oder von im Spalt entstandenen Abrieb-, Reaktions-, Ausfällungs- oder Verkokungsprodukten zwischendurch tiefere Gräben vorzusehen.

Der Graben mit der geringsten Tiefe ist vorzugsweise zwischen 0,2 Mikrometer und 5 Mikrometer tief, und die Höhe einer Stufe - gleich dem Unterschied der Tiefe von zwei aneinander angrenzenden Gräben - beträgt vorzugsweise zwischen 0,2 Mikrometer und 5 Mikrometer.

Die Breite und die Tiefe einzelner Gräben kann in Längsrichtung des Grabens veränderlich sein. Vorzugsweise beträgt die Breite eines Grabens zwischen 0,05 und 0,2 Millimeter. Vorzugsweise nimmt die Tiefe mindestens eines der Gräben, in seiner Längsrichtung gesehen, zu mindestens einem seiner Enden hin ab. Vorzugsweise nimmt die Tiefe desjenigen Grabens, dessen Ende dem ersten Begrenzungskreis am nächsen liegt, zu diesem Ende hin ab. Dadurch wird der Druck am Ende dieses Grabens besonders hoch und die Rückförderung besonders intensiv und günstig.

Vorzugsweise ist mindestens eine Längskante mindestens eines Grabens gekrümmt, wobei der Krümmungsmittelpunkt auf der Seite des ersten Raumes liegt. Diese Ausführung ist besonders günstig, wenn der erste Raum innerhalb des kleineren der beiden Begrenzungskreise liegt. Durch die Krümmung zumindestens des dem Spaltrand am nächsten liegenden Grabens wird in diesem Fall erreicht, daß mindestens ein Ende dieses Grabens einen sehr kleinen Abstand vom Begrenzungskreis hat. Bei einer anderen vorzuziehenden Ausführung der Gleitringdichtung sind die Längskanten der Gräben gerade Strecken, die mit einer durch einen beliebigen Punkt einer Längskante gezogenen Radialen einen kleinsten Winkel α vorzugsweise zwischen 70° und 90° bilden. Bei einer besonders vorteilhaften, für beide Drehrichtungen der Welle geeigneten Ausführung sind die Gräben spiegelsymmetrisch zu einer Radialen angeordnet. Vorzugsweise sind die Vertiefungen so ausgeführt, daß der Rand jeder Vertiefung vollständig innerhalb der ständigen Dichtfläche liegt. Die Gleitringdichtung funktioniert in einer Drehrichtung der Welle auch dann erfindungsgemäß, wenn der erste Begrenzungskreis den Rand der Vertiefung berührt oder schneidet.

Bei einer weiteren Art der erfindungsgemäßen Vertiefungen sind die Randabschnitte Polygonzüpge aus geraden und/oder gekrümmten Teilstücken. Vorzugsweise ist der kürzere Randabschnitt eine einzige gerade Strecke und der längere Randabschnitt eine Kurve oder ein Polygonauszug aus mindestens zwei Geraden. Vorzugsweise hat eine derartige Vertiefung eine veränderliche Tiefe und weist an ihrem kürzeren Randbereich die geringste Tiefe auf. Vorzugsweise wird der Boden der Vertiefung von einer ebenen, zur Stirnfläche geneigten Fläche gebildet. Die größte Tiefe T beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 10 Mikrometer. Beispielsweise hat bei einer besonderen Ausführung dieser vorzuziehenden Form der Rand der Vertiefung die Form eines Kreisabschnitts, dessen Sehne gemäß dem grundsätzlichen Kennzeichen dem ersten Begrenzungskreis zugedacht ist. Bei einer weiteren vorzuziehenden Ausführungsform hat der Rand der Vertiefung die Form eines Dreiecks, dessen längste Seite gemäß dem grundsätzlichen Kennzeichen dem ersten Begrenzungskreis zugewandt ist. Diese vorzuziehenden Randformen - Kreisabschnitt oder Dreieck - sind wiederum vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer Radialen, wodurch sie in beiden Drehrichtungen der Welle dieselbe Rückförderwirkung aufweisen. Falls bei Verwendung von Vertiefungen mit spiegelsymmetrischen Rand bei Linkslauf und Rechtslauf der Welle eine etwas unterschiedliche Förderwirkung erwünscht ist, bildet die Sehne oder die längste Dreieckseite mit einer durch ihre Mitte gezogenen Radialen einen von 90° verschiedenen Winkel, der vorzugsweise zwischen 70° und 89° liegt. Bei einer weiteren, fertigungsgünstigen Ausführungsform, die beispielsweise durch stirnseitiges Einschneiden eines mit einer Zylinderachse zur Stirnfläche schräg gestellten kreiszylindrischen Werkzeugs zustandekommt, hat der Rand der Vertiefung die Form eines Ellipsenabschnitts.

Ist schließlich die letztgenannte Aufgabe gestellt, nämlich eine Gleitringdichtung zu schaffen, bei der eine möglichst geringe Leckage nur in einer bestimmten Drehrichtung der Welle erwünscht ist, jedoch in der anderen Drehrichtung unter Inkaufnahme von Leckage hauptsächlich eine gute hydrodynamische Schmierwirkung gefordert wird, so können die Vertiefungen erfindungsgemäß auch anders als bisher beschrieben ausgeführt sein. In diesem Fall ist es nicht notwendig, daß, gemäß dem grundsätzlichen Kennzeichen der bisher beschriebenen Vertiefungen, der erste Randabschnitt höchstens gleich lang ist wie der zweite Randabschnitt. Die Gleitringdichtung erfüllt die in diesem Fall gestellte Aufgabe, wenn auf derselben Seite in jeder Vertiefung ein Berührpunkt zum ersten Begrenzungskreis einen kleineren Abstand hat als der andere Berührpunkt. Der erste Randabschnitt kann hier hingegen auch länger sein als der zweite. Auch bei dieser Gestaltung ist, in der einen Drehrichtung, die Rückförderwirkung besonders gut, wenn der zweite Randabschnitt so geformt ist, daß der Radiusvektor beim Überstreichen des zweiten Randabschnitts sich in höchstens einer Richtung dreht.

Vorzugsweise sind zwischen den rückförderfähigen Vertiefungen zusätzliche Vertiefungen in die Stirnfläche eingearbeitet, die sich radial mindestens bis zum ersten Bezugskreis erstrecken, so daß während der relativen Drehung der beiden Dichtringe die von den zusätzlichen Vertiefungen zusammen mit der Stirnfläche des anderen Dichtrings gebildeten Hohlräume mit dem ersten Raum zumindest zeitweilig in Verbindung stehen. Vorzugsweise ist einen zusätzliche Vertiefung zwischen 1 Mikrometer und 20 Mikrometern tief. Um eine vorteilhafte symmetrische Verteilung des Fluiddrucks über der Dichtfläche zu erhalten, sind vorzugsweise mindestens zwei zusätzliche Vertiefungen in gleichem Abstand von der Wellenachse und jeweils in gleichem Winkelabstand am Umfang angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen zwei benachbarten Vertiefungen mindestens eine zusätzliche Vertiefung angeordnet.

Schließlich ist beispielsweise zum Zwecke der Trennung zweier unterschiedlicher Fluide die Gleitringdichtung vorzugsweise so aufgebaut, daß innerhalb und außerhalb des Kreises, der die ständige Dichtfläche teilt, in mindestens eine der Stirnfläche rückförderfähige Vertiefungen und vorzugsweise zusätzliche Vertiefungen eingearbeitet sind, wobei die rückförderfähigen Vertiefungen in Bezug auf die Begrenzungskreise erfindungsgemäß so angeordnet sind, daß jedes Fluid in den Raum zurückgefördert wird, aus dem es in den Spalt eingeströmt ist.

Damit die nur Bruchteile eines Mikrometers bis einige Mikrometer tiefe Vertiefungen nicht infolge von Verschleiß verschwinden können, werden sie in einen Dichtring aus sehr hartem, verschleißfesten Werkstoff eingearbeitet. Vorzugsweise bestehen diejenigen Gleitringe der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung, in die Vertiefungen eingearbeitet sind, aus keramischem Werkstoff. Wegen der hohen Verschleißfestigkeit, der chemischen Beständigkeit und der guten Wärmeleitfähigkeit von Siliciumkarbid wird vorzugsweise dieser Werkstoff für Gleitringe mit den erfindungsgemäßen Rückförderstrukturen verwendet.

Vertiefungen mit der für eine optimale Rückförderwirkung erforderlichen geringen Tiefe im Bereich von Bruchteilen eines Mikrometers bis zu wenigen Mikrometern werden in die Dichtringe erfindungsgemäß mittels Laserstrahl eingearbeitet. Wegen des besonderen Vorteils eines direkten, hochgenauen Materialabtrags durch Aufbrechen von chemischen Verbindungen mit der hohen Photonenenergie sehr kurzwelliger Excimer-Laserstrahlen, werden insbesondere sehr kleine Vertiefungen in extrem harte Werkstoffe der Dichtringe vorzugsweise mittels Excimer-Laser eingearbeitet. Vorzugsweise wird mindestens ein Teil der Vertiefungen durch mehrmalige zeitlich aufeinanderfolgende Laser-Bestrahlung der Projektionsfläche oder von Teilen der Projektionsfläche der Vertiefungen eingearbeitet. Sehr kleine Vertiefungen, insbesondere solche mit eckigem Rand, werden vorzugsweise dadurch hergestellt, daß vor der Fokussierung in den Laserstrahl eine Blende eingefügt wird, die wenigstens einen Durchbruch mit einer ähnlich vergrößerten Randkontur aufweist, so daß der Strahlquerschnitt an der Bearbeitungsstelle die Form des Randes der Vertiefung hat.

Vorzugsweise ist bei einer auf diese Weise hergestellten Vertiefung mit dreieckförmigem Rand die längste Dreiecksseite weniger als 1 Millimeter lang und die radial gemessene Höhe des Dreiecks beträgt weniger als 0,5 Millimeter. Derartig kleine Vertiefungen werden vorzugsweise bei Gleitringdichtungen verwendet, deren Begrenzungskreise voneinander einen radialen Abstand von weniger als zwei Millimeter haben, oder bei denen erfindungsgemäß zur Trennung von zwei im ersten und zweiten Raum enthaltenen Fluiden sowohl radial nach innen fördernde als auch radial nach außen fördernde Vertiefungen angeordnet sind. Vorzugsweise bei der Herstellung von langgestreckten, grabenförmigen Vertiefungen werden in Längsrichtung des Grabens aufeinanderfolgende Bereiche überlappend bestrahlt, wodurch Teilbereiche öfter bestrahlt werden und infolgedessen tiefer sind als daran anschließende Bereiche. Ebenso werden an ihren Längsseiten aneinander angrenzende Gräben vorzugsweise überlappend bestrahlt, wodurch am Übergang vom einen zum anderen Graben ein tieferer Einschnitt entsteht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Reihe von in Zeichnungen dargestellten, beispielsweisen Ausführungsformen erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gleitringdichtung,

Fig. 1a eine Teilansicht der Stirnfläche mit der prinzipiellen Darstellung einer Ausführungsform des Randes der Vertiefung der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung,

Fig. 2 die Ansicht von insgesamt 8 Ausführungsformen des Randes der Vertiefungen der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung,

Fig. 3 in zwei Teilansichten die Stirnflächen von zwei verschiedenen Ausführungsformen der Vertiefungen der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungen mit zusätzlichen Vertiefungen,

Fig. 4 die Erläuterung der Strömung durch die Vertiefungen und zusätzlichen Vertiefungen der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung,

Fig. 5 in perspektivischer Darstellung einen Schnitt durch einen Dichtring der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung mit grabenförmigen Vertiefungen,

Fig. 6 in perspektiver Darstellung einen Schnitt durch einen Dichtring der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung mit schräg eingeschnittenen Vertiefungen mit elliptischem Rand,

Fig. 7 in zwei Teilansichten die Stirnflächen von zwei verschiedenen Ausführungsformen mit innenliegenden und außenliegenden Vertiefungen der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung mit zusätzlichen Vertiefungen,

Fig. 8 die Erläuterung der Strömung durch die Vertiefungen und zusätzlichen Vertiefungen einer ersten Ausführungsform mit innenliegenden und außenliegenden Vertiefungen der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung, und

Fig. 9 die Erläuterung der Strömung durch die Vertiefungen und zusätzlichen Vertiefungen einer zweiten Ausführungsform mit innenliegenden und außenliegenden Vertiefungen der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung.

Die in der Fig. 1 beispielhaft dargestellte Anordnung enthält die Grundelemente und Merkmale einer Gleitringdichtung, die den Durchtritt einer umlaufenden Welle 1 von einem ersten Raum 31 durch eine Wand 2 in einen zweiten Raum 32 abdichtet, nämlich
einen an der Wand mit einem Verdrehsicherungselement 200 gehaltenen, mit einem statischen Dichtelement 20 gegen diese abgedichteten, axial beweglichen ersten Dichtring 21 mit einer Stirnfläche 213,
einen an der Welle 1 mit einem Verdrehsicherungselement 100 gehaltenen, mit einem statischen Dichtelement 10 gegen diesen abgedichteten zweiten Dichtring 11 mit einer Stirnfläche 113,
eine axial auf den ersten Dichtring einwirkende Feder 23,
einem im Betrieb zwischen den Stirnflächen sich einstellenden Dichtspalt 13.

Fig. 1a zeigt eine Teilansicht der Stirnfläche des Dichtrings 11 aus Fig. 1 mit einer prinzipiellen Darstellung einer in den Dichtring eingearbeiteten Vertiefung 4. Der gerastert wiedergegebene Teil der Stirnfläche 113 stellt die ständige Dichtfläche 35 dar. Sie ist aufgrund der Durchmesser der in Fig. 1 gezeigten Außenränder 111 bzw. 211 sowie Innenränder 112 bzw. 212 der beiden Dichtringe die während der Drehung der Welle ständig von beiden Dichtringen überdeckte Fläche und liegt zwischen einem ersten Begrenzungskreis 33 und einem zweiten Begrenzungskreis 34. In der Mitte der ständigen Dichtfläche liegt der Mittelkreis 36. Der Rand 41 der Vertiefung wird links von der Radialen 116 im Punkt 46 berührt. Rechts berührt die Radiale 115 den Rand entlang eines geradlinigen Teils. Der Berührpunkt 45 ist derjenige Punkt auf der Berührlinie zwischen der Radialen 115 und dem Rand 41, der vom ersten Begrenzungskreis 33 den kleinsten Abstand hat. Der Radiusvektor 110 ist die Verbindungslinie zwischen Wellenmitte 117 und einem beliebigen Punkt 40 auf dem zweiten, zwischen den Punkten 45 und 46 liegenden Randabschnitt 412, der erfindungsgemäß länger ist als der erste Randabschnitt 411.

Fig. 2 zeigt in den Teilfiguren 2a bis 2h die Ansichten von insgesamt 8 Ausführungsformen der Vertiefung 4 der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung. Für alle Beispiele der Fig. 2 gilt, daß der erste Raum 31 mit dem abzudichtenden Fluid außen liegt. Fig. 2a zeigt eine allgemeine Grundform mit den Randabschnitten 411 und 412, die durch die Berührpunkte 45 und 46 der beidseits tangierenden Radialen bestimmt sind. Bild 2b zeigt eine abgewandelte Grundform. Die Randkonturen nach den Bildern 2c, 2d und 2f sind Dreiecke, die das Merkmal des Hauptanspruchs erfüllen. Bei Fig. 2b erstreckt sich der zweite Randabschnitt definitionsgemäß um die innere Ecke bis zum Punkt 45, da die kürzeste Dreiecksseite radial gerichtet ist. Das Dreieck nach Bild 2e erfüllt das Merkmal des Nebenanspruchs 20, indem der Berührpunkt 46 einen kleineren Abstand zum ersten Begrenzungskreis 33 hat als der Berührpunkt 45, jedoch der erste Randabschnitt 411 länger ist als der zweite Randabschnitt 412. Fig. 2g zeigt eine sehr spitz zulaufende Randkontur mit dem zweiten Randabschnitt 415. Fig. 2h zeigt eine Vertiefung mit einem Rand, der die Form eines Kreisabschnitts oder eines Ellipsenabschnitts hat. Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2f, 2g und 2h sind spiegelsymmetrisch zu einer Radialen 118 und zeigen somit in beiden Drehrichtungen der Welle gleiche Eigenschaften. Bei allen in Fig. 2 gezeigten Ausführungsformen der Randkontur der Vertiefungen liegt erfindungsgemäß mindestens einer der Berührpunkte sehr nahe beim ersten Begrenzungskreis 33.

Fig. 3 zeigt in zwei Teilansichten die ständigen Dichtflächen 35 der Stirnflächen 113 bzw. 312 von zwei verschiedenen Ausführungsformen, nämlich rechts mit Vertiefungen 43, deren Rand ein zur Radialen 118 spiegelsymmetrischer Kreis- oder Ellipsenabschnitt ist, und links mit spiegelsymmetrischen Vertiefungen 42, die aus mehreren aneinandergrenzenden schmalen Gräben bestehen. Zwischen den Vertiefungen sind zusätzliche Vertiefungen 51 angeordnet, die mit dem ersten, hier außenliegenden Raum 31 in Verbindung stehen.

Fig. 4 erläutert die Strömung durch die Vertiefungen und zusätzlichen Vertiefungen der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung am Beispiel der Strömung durch grabenförmige, aneinander angrenzende, spiegelsymmetrische Vertiefungen. Fluid aus dem ersten Raum 31 gelangt in die randoffene zusätzliche Vertiefung 51 und wird von der relativ darüber hinweggleitenden Stirnfläche des anderen Dichtrings aus der zusätzlichen Vertiefung in den Dichtspalt geschleppt. Dort wird es weiter bis über die Ränder der Gräben der Vertiefung in die Gräben 421, 422, 423 und 424 geschleppt. Durch axiale Fluktuationen der Spaltwände wird Fluid in die Vertiefung gequetscht, abgestreift und in den Gräben wiederum durch Schleppwirkungen an den Hinterwänden aufgestaut. Am Ende eines jeweils kürzeren Grabens weicht das aufgestaute Fluid seitlich in den angrenzenden längeren Graben aus und wird dort weitergeschleppt und gelangt so kaskadenartig in den längsten Graben 421. Am Ende 420 dieses erfindungsgemäß sehr flachen Grabens entsteht auf diese Weise ein verhältnismäßig hoher Druck, der ohne weiteres sehr viel größer sein kann als der Druck im ersten Raum 31. Da das Ende 420 mit den erfindungsgemäß nahe am ersten Begrenzungskreis liegenden Berührpunkten 46 nahezu zusammenfällt (vgl. Fig. 1, Fig. 2), ist der Strömungswiderstand im Spalt zwischen dem Ende 420 und dem ersten Raum 31 verhältnismäßig klein und ein großer Teil des von der Vertiefung "aufgesammelten" und umgelenkten Fluidstroms gelangt über den ersten Begrenzungskreis 33 zurück in den ersten Raum.

Fig. 5 zeigt in perspektiver Darstellung einen Schnitt durch einen Dichtring der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung mit grabenförmigen Vertiefungen, die mittels Laserstrahl hergestellt sind. Die Tiefe h des flachsten und zugleich längsten Grabens 421 nimmt zu dessen Ende 420 hin im Bereich 453 einen noch kleineren Wert an, wodurch der Druck am Ende des Grabens extrem hoch wird. Die Breite des Grabens ist B. Die Stufe Δh zwischen den Gräben ist annähernd so groß wie die Tiefe des flachsten Grabens. Der tiefste Graben 423 hat die Tiefe T. Bei der Herstellung der lang gestreckten Vertiefungen werden in Längsrichtung der Gräben aufeinanderfolgende Bereiche überlappend bestrahlt, wodurch Teilbereiche öfter bestrahlt werden und infolgedessen in Bereichen 452 tiefer sind als in daran anschließenden Bereichen 421. Ebenso werden an ihren Längsseiten aneinander angrenzende Gräben vorzugsweise überlappend bestrahlt, wodurch am Übergang von einen zum anderen Graben tiefere Einschnitte 451 entstehen.

Fig. 6 zeigt in perspektiver Darstellung einen Schnitt durch einen Dichtring der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung mit schräg eingeschnittenen Vertiefungen mit einem beispielsweise elliptischen Randabschnitt 414. Die Vertiefung ist nach innen begrenzt von der ebenen Fläche 431 und hat an der tiefsten Stelle die Tiefe T. Hier nimmt der Querschnitt der Vertiefung in Schlepprichtung zum Ende 430 hin auf doppelte Weise ab, nämlich in der Breite und in der Tiefe. Dadurch entsteht ein besonders hoher, für die Rückförderung des Fluids wirksamer hydrodynamischer Druckaufbau.

Fig. 7 zeigt in zwei - in der Zeichnung schwarz gefärbten - Teilansichten die ständigen Dichtflächen der Stirnflächen von zwei verschiedenen Ausführungsformen, nämlich rechts mit Vertiefungen 43 und 63, und links mit spiegel symmetrischen Vertiefungen 42 und 62. Die Vertiefungen sind innerhalb und außerhalb des Mittelkreises 36 in die Stirnflächen eingearbeitet. Zwischen den Vertiefungen sind in gleicher Weise innen und außen zusätzliche Vertiefungen 51 und 52 eingearbeitet, die jeweils mit den angrenzenden Räumen 31 bzw. 32 in Verbindung stehen. Gleitringdichtungen mit derartig strukturierten Stirnflächen eignen sich zum trennenden Abdichten von zwei in den Räumen 31 und 32 enthaltenen Fluiden. Die Vertiefungen im jeweiligen Bereich zwischen Mittelkreis 36 und einem Begrenzungskreis 33 bzw. 32 fördern das aus dem jeweils an den Begrenzungskreis angrenzenden Raum in den Spalt eintretende und die Stirnflächen schmierende Fluid in denselben Raum zurück.

Fig. 8 und Fig. 9 veranschaulichen schließlich die Strömung durch die Vertiefungen und zusätzliche Vertiefungen zwischen den Stirnflächen der in Fig. 7 gezeigten erfindungsgemäßen Gleitringdichtung. Die Bezeichnungen in den Fig. 8 und 9 entsprechen denen in Fig. 7. Der Strömungsverlauf ist analog zu dem bei Fig. 4 erläuterten Verlauf. Auf der an dem Raum 32 angrenzenden Innenseite sind dreieckförmige Vertiefungen 63 bzw. grabenförmige Vertiefungen 62 mit zum Begrenzungskreis 32 hin gekrümmten Randabschnitten in die Stirnflächen eingearbeitet. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, die Enden 630 bzw. 620 sehr nahe an den Begrenzungskreis 32 heranzuführen und damit auch auf der Innenseite eine optimale Rückförderung zu erreichen.

Literatur
(1) H. K. Müller: Abdichtung bewegter Maschinenteile, Medienverlag U. Müller, Waiblingen 1990 (ISBN3-920484-00-2)
(2) Laurenson, I. T. u. O′Donoghue, J. P.: A slot fed multirecess hydrostatic seal, 6th International Conference on Fluid Sealing, (Organised by British Hydromechanics Research Association, Cranfield, Bedford), München 1973

Claims

1. Gleitringdichtung zum Abdichten der Durchtrittsstelle einer umlaufenden Welle (1) durch eine Wand (2), die einen ein abzudichtendes Fluid enthaltenden ersten Raum (31) von einem zweiten Raum (32) trennt, wobei in der Regel im ersten Raum ein höherer Druck herrscht als im zweiten Raum, und die Gleitringdichtung einen drehfest an der Wand gehaltenen und zu dieser abgedichteten ersten Dichtring (21) mit einer ebenen, radial zur Wellenachse (114) liegenden, durch einen Außenrand (211) und einen Innenrand (212) begrenzten ersten Stirnfläche (213) aufweist, daß die Gleitringdichtung weiter einen drehfest an der Welle gehaltenen und gegen diese abgedichteten zweiten Dichtring (11) mit einer ebenen, radial zur Wellenachse liegenden, durch einen Außenrand (111) und einen Innenrand (112) begrenzten zweiten Stirnfläche (113) aufweist und die beiden Stirnflächen sich bei stillstehender Welle berühren und bei rotierender Welle einen engen Dichtspalt (13) bilden, daß zwei Begrenzungskreise (33, 34) eine zwischen ihnen liegende ständige Dichtfläche (35) definieren, daß der Mittelpunkt jedes Begrenzungskreises auf der Wellenachse liegt und der Radius des einen Begrenzungskreises gleich dem Abstand zwischen der Wellenachse und dem dieser am nächsten liegenden Punkt eines der Außenränder ist und der Radius des anderen Begrenzungskreises gleich dem Abstand zwischen der Wellenachse und dem von dieser am weitesten entfernt liegenden Punkt eines der Innenränder ist, wobei derjenige Begrenzungskreis, der näher beim ersten Raum (31) liegt, als erster Begrenzungskreis (33) bezeichnet wird, und derjenige Begrenzungskreis, der näher beim zweiten Raum (32) liegt als zweiter Begrenzungskreis (34) bezeichnet wird, daß einer der Dichtringe in Richtung der Wellenachse beweglich ist und sowohl durch mindestens ein Federelement (23) als auch durch den Druck des abzudichtenden Fluids an den anderen Dichtring angepreßt ist, und daß in mindestens einen der Dichtringe von dessen Stirnfläche (113, 213) her mehrere Vertiefungen (4) eingearbeitet sind, daß jede Vertiefung einen auf der Stirnfläche in sich geschlossenen Rand (41) hat, und daß zwei Randabschnitte definiert sind, indem der Rand jeder Vertiefung beiderseits von je einer, die Wellenachse schneidenden radialen Linie (115, 116) berührt wird, also die radialen Linien die Vertiefung einschließen, und die Berührpunkte (45, 46), die jeweils den kleinsten Abstand vom ersten Begrenzungskreis haben, den Rand in zwei Randabschnitte aufteilen, wobei der dem ersten Begrenzungskreis zugewandte Randabschnitt als erster Randabschnitt (411) und der übrige Rand als zweiter Randabschnitt (412) bezeichnet wird, und daß ein zu den Begrenzungskreisen konzentrischer Mittelkreis (36) dadurch definiert ist, daß sein Radius gleich dem arithmetischen Mittel der Radien der Begrenzungskreise ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Randabschnitt (411) höchstens gleich lang ist wie der zweite Randabschnitt (412).

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (41) der Vertiefung zwischen dem ersten Begrenzungskreis (33) und dem Mittelkreis (36) liegt.

3. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vertiefung in Bezug auf eine Radiale (117) spiegelsymmetrisch ist.

4. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Berührpunkte (45, 46) vom ersten Begrenzungskreis (33) einen Abstand von höchstens 0,5 Millimeter hat.

5. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Tiefe (T) einer Vertiefung zwischen 0,2 und 10 Mikrometer beträgt.

6. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden einer Vertiefung mindestens teilweise von einer ebenen, zur Stirnfläche (113, 213) geneigten Fläche gebildet wird.

7. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe einer Vertiefung in der Nähe mindestens eines der Berührpunkte (45, 46) kleiner ist als im mittleren Bereich der Vertiefung.

8. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtung gemessene Breite einer Vertiefung in der Nähe mindestens eines der Berührpunkte kleiner ist als im mittleren Bereich der Vertiefung.

9. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vertiefung (42) aus mindestens zwei Gräben (421, 422, 423) mit unterschiedlichen Längen besteht, wobei der jeweils längere Graben vom ersten Begrenzungskreis (33) einen kleineren Abstand hat als jeder kürzere Graben, daß die Gräben entlang von Teilen ihrer Längskanten aneinander angrenzen, dergestalt, daß die von den Gräben und der ständigen Dichtfläche gebildeten Hohlräume ineinander übergehen, und die Gräben im wesentlichen so angeordnet sind, daß ihre Längserstreckung hauptsächlich tangential verläuft.

10. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander angrenzenden Gräben unterschiedlich tief sind, dergestalt daß der längste Graben (421) die geringste Tiefe und der kürzeste Graben (424) die größte Tiefe aufweist, wobei die von den Gräben und der ständigen Dichtfläche gebildeten Hohlräume jeweils in den Bereichen, in denen Gräben aneinander angrenzen, mit einer Stufe ineinander übergehen.

11. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bereich, in dem zwei Gräben aneinander angrenzen, der jeweils weniger tiefe Graben näher beim ersten Begrenzungskreis (33) liegt als jeder tiefere Graben.

12. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (h) des flachsten Grabens (450) zwischen 0,2 Mikrometer und 5 Mikrometer beträgt, und die Höhe (Δh) einer Stufe zwischen zwei Gräben zwischen 0,2 Mikrometer und 5 Mikrometer beträgt.

13. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) eines Grabens zwischen 0,05 und 0,2 Millimeter beträgt.

14. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe mindestens eines Grabens, in seiner Längsrichtung gesehen, zu mindestens einem der Berührpunkte (45, 46) hin abnimmt.

15. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskante der Gräben gerade Strecken sind.

16. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Längskante mindestens eines Grabens gekrümmt ist, und der Krümmungsmittelpunkt auf der Seite des ersten Raumes liegt.

17. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand einer Vertiefung aus einem Polygonzug besteht, der gerade und/oder gekrümmte Teilstücke aufweist.

18. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Randabschnitt (411) eine einzige gerade Strecke (413) und der zweite Randabschnitt eine Kurve (412, 414) oder ein Polygonzug (415, 416) aus mindestens zwei Geraden ist.

19. Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radiusvektor (110) - der definiert ist als Verbindungslinie des Schnittpunkts der Stirnfläche mit der Wellenachse mit einem beliebigen Punkt (40) des Randes der Vertiefung - beim Überstreichen des zweiten Randabschnitts (412) sich in höchstens einer Richtung dreht.

20. Gleitringdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, zum Erzeugen einer Rückförderwirkung in nur einer Drehrichtung der Welle, dadurch gekennzeichnet, daß, von der Wellenachse her gesehen, der bei jeder Vertiefung auf der gleichen Seite der Vertiefung liegende Berührpunkt einen größeren Abstand zum ersten Begrenzungskreis (33) hat als der andere Berührpunkt.

21. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den rückförderfähigen Vertiefungen (42, 43) zusätzliche Vertiefungen (51) in die Stirnfläche (113, 213) eingearbeitet sind, die zwischen 1 Mikrometer und 20 Mikrometer tief sind und sich radial mindestens bis zum ersten Begrenzungskreis (33) erstrecken, so daß der von den zusätzlichen Vertiefungen und der ständigen Dichtfläche gebildete Raum mit dem ersten Raum mindestens zeitweilig in Verbindung steht.

22. Gleitringdichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in gleichem Abstand von der Wellenachse und jeweils in gleichem Winkelabstand mindestens zwei zusätzliche Vertiefungen am Umfang angeordnet sind.

23. Gleitringdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, zur Trennung zweier unterschiedlicher Fluide, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl innerhalb als auch außerhalb des Mittelkreises (36) in mindestens einer der Stirnflächen rückförderfähige Vertiefungen (42, 43, 62, 63) mit in den vorangehenden Ansprüchen beschriebenen Merkmalen eingearbeitet sind, wobei die außerhalb des Mittelkreises liegenden Vertiefungen das eine Fluid nach außen fördert und die innerhalb des Mittelkreises liegenden Vertiefungen das andere Fluid nach innen fördern.

24. Gleitringdichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Mittelkreises liegenden Vertiefungen in die Stirnfläche eines der Dichtringe (11 oder 21) eingearbeitet sind und daß die außerhalb des Mittelkreises liegenden Vertiefungen in die Stirnfläche des anderen Dichtrings eingearbeitet sind.

25. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den rückförderfähigen Vertiefungen zusätzliche Vertiefungen (51 bzw. 52) in die Stirnfläche eingearbeitet sind, die zwischen 1 Mikrometer und 20 Mikrometer tief sind und sich radial mindestens bis zu dem der zusätzlichen Vertiefung benachbarten Vertiefung am nächsten liegenden Begrenzungskreis (33 bzw. 34) erstrecken, so daß der von den zusätzlichen Vertiefungen und der ständigen Dichtfläche gebildeten Raum mit dem angrenzenden ersten beziehungsweise zweiten Raum mindestens zeitweilig in Verbindung steht.

26. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand einer zusätzlichen Vertiefung (51, 52) an keiner Stelle von dem nächstliegenden Begrenzungskreis weiter entfernt ist als irgendein Punkt auf dem Rand einer benachbarten Vertiefung (4).

27. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen und die zusätzlichen Vertiefungen mittels Laserstrahl in den Dichtring eingearbeitet werden.

28. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen mittels des Laserstrahls eines Excimer-Lasers eingearbeitet werden.

29. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Vertiefungen durch mehrmalige zeitlich aufeinanderfolgende Laser-Bestrahlung der Projektionsfläche oder von Teilen der Projektionsfläche der Vertiefungen eingearbeitet werden.

30. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß sehr kleine Vertiefungen dadurch hergestellt werden, daß vor der Fokussierung in den Laserstrahl eine Blende eingefügt wird, die wenigstens einen der Randkontur der Vertiefung ähnlichen, vergrößerten Durchbruch aufweist, so daß der Strahlquerschnitt an der Bearbeitungsstelle die Form des Randes der Vertiefung hat.

31. Gleitringdichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung einen dreieckförmigen Rand aufweist und die längste Dreieckseite weniger als 1 Millimeter lang ist und die radial gemessene Höhe des Dreiecks weniger als 0,5 Millimeter beträgt.

32. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß aneinander angrenzende Bereiche einer Vertiefung überlappend bestrahlt wird, wodurch Teilbereiche öfter bestrahlt werden und infolgedessen tiefer sind als daran anschließende Bereiche.

33. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Vertiefungen durch gleichzeitige Bestrahlung mehrerer getrennter Sektoren hergestellt ist.

34. Gleitringdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring, in den Vertiefungen eingearbeitet sind, aus Siliciumkarbid besteht.