DE4201292A1 - Gleitringdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung nach dem Oberbegriff von An­ spruch 1.

In einer Gleitringdichtung steht ein mit einem rotierenden Bauteil in Dreh­ richtung verbundener Gleitring einem stationären Gegenring gegenüber. Die Verbindung zwischen dem Gleitring und dem rotierenden Teil wird dabei durch über den Umfang verteilt angeordnete Mitnehmerorgane übertragen. Bei der be­ kannten Gleitringdichtung, von der die Erfindung ausgeht (DE-GM 76 29 817), werden diese Mitnehmerorgane einerseits von einem den Gleitring umfassenden Mitnehmergehäuse mit einem Tragkörper und zwei davon in Axialrichtung ab­ ragenden, diametral zueinander versetzten Mitnehmerklauen, andererseits von zwei Mitnehmerbereichen gebildet, die von dem ringförmig geschlossenen Trag­ körper des Gleitringes radial nach außen vorspringen. Die Mitnehmerklauen und die Mitnehmerbereiche erstrecken sich jeweils über einen Teil des Um­ fanges, bis über ein Viertel des Umfanges. Sie liegen mit ihren in Umfangs­ richtung weisenden Flächen, den Mitnehmerflächen, aneinander an.

Bei der bekannten, zuvor erläuterten Gleitringdichtung verlaufen die Mitneh­ merflächen etwa in Radiusrichtung. Sie können aber auch bestimmte Neigungs­ winkel zur Radiusrichtung einnehmen (DE-PS 35 20 430). Die Mitnehmerflächen gehen dabei über Übergangsbögen mit minimalen Rundungsradien in die jeweils angrenzende Umfangsfläche, also in den Außenumfang des Gleitringes bzw. in den Innenumfang des Mitnehmergehäuses über. Gerade diese Übergangsbereiche sind für Schäden anfällig, insbesondere dann, wenn Gleitringe aus zugspan­ nungsempfindlichem Material wie Keramik eingesetzt werden. Normalerweise sind zwar die über die Mitnehmerflächen zu übertragenden Kräfte verhältnis­ mäßig klein. Manchmal treten aber auch außergewöhnliche Belastungen, bei­ spielsweise hohe Reibungskräfte an den Gleitdichtflächen (den axialen An­ lageflächen), Schwingungen, einseitige Kraftspitzen beim Auftreten von Fremdkörpern, thermische Einflüsse usw. auf, die dazu führen, daß Gleit­ ring und Mitnehmergehäuse im Bereich der Mitnehmerflächen schon nach kurzer Einsatzzeit verschlissen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Gleitringdichtung hinsichtlich des Auftretens von Gleitringbrüchen auf grundsätzlich neuar­ tige Weise zu verbessern.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einer Gleitringdichtung mit den Merk­ malen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeich­ nenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß die Ursache für die auftretenden Gleitringbrüche insbesondere bei Gleit­ ringen aus zugspannungsempfindlichem Material wie Keramik in den an den Mitnehmerflächen systematisch unvermeidlich vorhandenen Kerben zu suchen ist. Auch wenn man diese Kerben durch Vergrößerung der Rundungsradien noch so sehr abflacht, stellen sie doch die eigentlichen Schwachpunkte des Gleit­ ringes und der Mitnehmer dar. Hier schafft die Erfindung eine grundsätzlich neue Lösung, indem sie von der geometrisch getrennten Ausbildung von Mit­ nehmerbereichen und tiefer liegenden Bereichen abgeht und eine integrierte Gestaltung des Außenumfanges des Gleitringes sowie eine entsprechend ange­ paßte Gestaltung der Mitnehmerklauen vorschlägt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene, völlig neuartige Kontur einer Gleitring­ dichtung führt zu einer mit der Belastung und Beanspruchung wachsenden Kraftübertragungsfläche und einer sanften Kraftüberleitung zwischen den miteinander gekuppelten Teilen. Je nach dem, welches Betriebsmedium vor­ handen ist, kann es über den vorhandenen Spalt zwischen den Mitnehmerklauen und den darunter liegenden Bereichen des Gleitringes zu einem einem Gleit­ lager ähnlichen radialen Druckaufbau kommen. Ferner erlaubt die erfindungs­ gemäße Kontur der Teile einen Selbstreinigungseffekt, da die Mitnehmerklauen gegenüber dem Gleitring während des Betriebes über einen relativ großen Be­ reich wandern können. Dieser Wandereffekt führt gleichzeitig dazu, daß der mechanische Verschleiß über große Flächen verteilt auftritt.

Besondere Vorteile hat die erfindungsgemäße Gleitringdichtung bei dem Ein­ satz keramischer Werkstoffe für den Gleitring, das Mitnehmergehäuse wird allerdings zumeist, wie auch im Stand der Technik, aus Metall bestehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung sind Gegenstand der Unteransprüche. Im übrigen wird die Erfindung im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer Seitenansicht das Mitnehmergehäuse einer erfindungs­ gemäßen Gleitringdichtung,

Fig. 2 das Mitnehmergehäuse in einer axialen Ansicht (Stirnansicht) in Fig. 1 von oben,

Fig. 3 einen Gleitring einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung in einer axialen Ansicht (Stirnansicht) und

Fig. 4 den Gleitring aus Fig. 3, eingebaut in ein Mitnehmergehäuse gemäß Fig. 2, letztlich also die zusammengesetzte Gleitring­ dichtung.

Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die Fig. 1 bis 4 im Zusammenhang verwiesen, sie sind so einfach in ihrer Darstellung, daß hier nähere Diffe­ renzierungen nicht erforderlich sind.

Die erfindungsgemäße Gleitringdichtung weist, wie jede Gleitringdichtung, zunächst einen Gleitring 1 und ein Mitnehmergehäuse 2 auf. Der Gleitring 1 weist im hier dargestellten Beispiel an seinem Außenumfang zwei einander gegenüberliegende, erhöhte Mitnehmerbereiche 3 und dazwischen entspre­ chend tieferliegende Bereiche 4, die einen Mitnahmeeffekt nicht haben, auf.

Das Mitnehmergehäuse 2 überfaßt den Gleitring 1 axial und weist sich axial und in Umfangsrichtung erstreckende Mitnehmerklauen 5 auf. Die Mitnehmer­ bereiche 3 und die Mitnehmerklauen 5 wirken über quer zur Umfangsrichtung verlaufende, gegenüber der Radiusrichtung nach außen in Umfangsrichtung des Gleitringes 1 geneigte Mitnehmerflächen 6 zusammen. In axialer Rich­ tung erkennt man Gleitring 1, eine Anlagefläche 7 und am Mitnehmergehäuse 2 eine Anlagefläche 8, an denen beide Teile unter der Kraft einer nicht dar­ gestellten Federeinrichtung axial aneinander zur Anlage kommen.

Anders als im Stand der Technik bislang gilt hier nun, daß der Gleitring 1 zur Ausbildung der Mitnehmerbereiche 3 und der dazwischen liegenden Bereiche 4 in axialer Ansicht (Stirnansicht) unrund geformt ist und die verschie­ denen Bereiche des Gleitringes 1 am Außenumfang fließend, nämlich ohne Vor­ zeichenwechsel der Krümmung, ineinander übergehen und daß die Mitnehmer­ klauen 5 in axialer Ansicht (Stirnansicht) eine bogenförmige, insbeson­ dere sichelförmige Kontur mit am Innenumfang mindestens gleich großer Krüm­ mung wie die überfaßten Bereiche des Gleitringes 1 aufweisen. Wie Fig. 3 erkennen läßt, hat der Gleitring 1 dabei unter Einschluß der Mitnehmer­ bereiche 3 in axialer Ansicht (Stirnansicht) eine etwa ellipsenförmige Kontur.

Die Mitnehmerklauen 5 können in axialer Ansicht eine bogenförmige Kontur mit am Innenumfang mit gleich großer Krümmung wie die überfaßten Bereiche des Gleitringes 1 aufweisen, das aber führt zu noch nicht optimalen Ver­ hältnissen an den dann zur Wirkung kommenden Mitnehmerflächen 6. In der Zeichnung dargestellt ist daher ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Krümmung am Innenumfang der Mitnehmer­ klauen 5 größer ist als die Krümmung der überfaßten Bereiche des Gleitrin­ ges 1, also zwischen den Mitnehmerklauen 5 und dem Gleitring 1 Spalte 9 vorliegen und daß die Mitnehmerklauen 5 im wesentlichen nur mit ihren Rän­ dern 10 am Gleitring 1 zur Anlage kommen. Hier sind genau definierte An­ lagebereiche an den Mitnehmerflächen 6, nämlich an den Rändern 10, gegeben, so daß sich an den Mitnehmerklauen 5 gewissermaßen eine Federstützwirkung ergibt. Gleichzeitig bieten die beidseits sich verjüngenden Spalten 9 eine verbesserte Möglichkeit eines gleitlagerähnlich radialen Druckaufbaus und der Aufnahme von Gleitmittel.

Fig. 4 macht deutlich, daß die Gleitringdichtung der hier erläuterten Kon­ tur im Außenumfang genauso wie eine klassische Gleitringdichtung aussieht, nämlich genau kreisförmig ausgebildet ist. Es gilt nämlich, daß das Mit­ nehmergehäuse 2 einschließlich der Mitnehmerklauen 5 einen kreisringför­ migen Außenumfang aufweist und daß der Durchmesser dieses Außenumfanges mit dem größten Durchmesser des Gleitringes 1 in den Mitnehmerbereichen 3 übereinstimmt.

Die Fig. 2 und 4 machen im übrigen besonders deutlich, daß zur Vermeidung unnötiger Verschleißerscheinungen die Ränder 10 der Mitnehmerklauen 5 abge­ rundet sind.

Schon alleine aufgrund der Tatsache, daß die Mitnehmerklauen 5 sich axial und in Umfangsrichtung abragend erstrecken, ist eine gewisse Eigenelasti­ zität der Mitnehmerklauen 5 gegeben. Erfindungsgemäß wird aber ausgenutzt, daß man die Mitnehmerklauen 5, die ja am Gleitring 1 ganz überwiegend nur radial zur Anlage kommen, in sich elastisch-federnd ausführen kann. Damit folgt die erfindungsgemäße Gleitringdichtung im Bereich der Mit­ nehmerflächen 6 aperiodischen Wechsel- und Schwellbeanspruchungen in be­ achtlicher Weise. Man erkennt in Fig. 4 oben rechts im Vergleich mit unten links, jeweils strichpunktiert eingekreist, die unterschiedlichen Aufstützflächen der Mitnehmerklauen 5 an den Mitnehmerflächen 6 bei un­ terschiedlicher Belastung.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Federeigenschaft der Mitneh­ merklauen 5 dadurch realisiert, daß die Mitnehmerklauen 5 über elastisch federnde Verbindungselemente 11 mit einem ringförmigen Tragkörper 12 des Mitnehmergehäuses 2 verbunden sind. Diese Verbindungselemente 11, die als relativ schmale, sich über einen geringen Umfangswinkel erstreckende Stie­ ge ausgeführt sind, erkennt man in Fig. 1 besonders gut.

Um die Mitnahmewirkung tatsächlich nur im Bereich der Mitnehmerklauen 5 auftreten zu lassen, empfiehlt es sich, daß der Gleitring 1 einen ring­ förmigen Tragkörper 13 aufweist und daß die Mitnehmerbereiche 3 nur auf einem Teil der Länge des Tragkörpers 13, insbesondere nämlich im Bereich der Mitnehmerklauen 5, angeordnet sind. Dies kann man aus der Darstellung in Fig. 3 aufgrund der Linienführung angedeutet entnehmen.

Eingangs ist schon darauf hingewiesen worden, daß die Lehre der Erfindung im besonderen Maße vorteilhaft anwendbar ist, wenn der Gleitring 1 aus keramischen Material, insbesondere aus Aluminiumoxid, Siliciumkarbid od. dgl., besteht. Demgegenüber wird das Mitnehmergehäuse primär aus Metall bestehen.

Wie im Anspruch 1 erläutert und wie im Ausführungsbeispiel gezeigt sind zwar insbesondere zwei einander gegenüberliegende, erhöhte Mitnehmerbe­ reiche vorgesehen, es können aber ebensogut auch drei oder mehr erhöhte Mitnehmerbereiche vorgesehen sein. Bei drei Mitnehmerbereichen hat der Gleitring etwa Trochoidenform.

Claims (9)

1. Gleitringdichtung mit einem Gleitring (1) und einem Mitnehmergehäuse (2), wobei der Gleitring (1) an seinem Außenumfang mehrere, insbesondere zwei ein­ ander gegenüberliegende, erhöhte Mitnehmerbereiche (3) und dazwischen ent­ sprechend tieferliegende Bereiche (4) aufweist, wobei das Mitnehmergehäuse (2) den Gleitring (1) überfassende, axial und in Umfangsrichtung erstreckte Mitnehmerklauen (5) aufweist und wobei die Mitnehmerbereiche (3) und die Mitnehmerklauen (5) über quer zur Umfangsrichtung verlaufende, gegenüber der Radiusrichtung nach außen in Umfangsrichtung des Gleitringes (1) geneigte Mitnehmerflächen (6) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleit­ ring (1) zur Ausbildung der Mitnehmerbereiche (3) und der dazwischen liegen­ den Bereiche (4) in axialer Ansicht (Stirnansicht) unrund geformt ist und die verschiedenen Bereiche des Gleitringes (1) am Außenumfang fließend, näm­ lich ohne Vorzeichenwechsel der Krümmung, ineinander übergehen und daß die Mitnehmerklauen (5) in axialer Ansicht (Stirnansicht) eine bogenförmige, insbesondere sichelförmige Kontur mit am Innenumfang mindestens gleich großer Krümmung wie die überfaßten Bereiche des Gleitringes (1) aufweisen.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleit­ ring (1) in axialer Ansicht (Stirnansicht) ellipsenförmig geformt ist.

3. Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung am Innenumfang der Mitnehmerklauen (5) größer ist als die Krümmung der überfaßten Bereiche des Gleitringes (1), also zwischen den Mitnehmerklauen (5) und dem Gleitring (1) Spalte (9) vorliegen und daß die Mitnehmerklauen (5) im wesentlichen nur mit ihren Rändern (10) am Gleitring (1) zur Anlage kommen.

4. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Mitnehmergehäuse (2) einschließlich der Mitnehmerklauen (5) einen kreisringförmigen Außenumfang aufweist und daß der Durchmesser dieses Außenumfanges mit dem größten Durchmesser des Gleitringes (1) in den Mit­ nehmerbereichen (3) übereinstimmt.

5. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mitnehmerklauen (5) an ihren Rändern abgerundet sind.

6. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß Mitnehmerklauen (5) in sich geringfügig elastisch federnd ausge­ führt sind.

7. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mitnehmerklauen (5) über elastisch-federnde Verbindungselemen­ te (11) mit einem ringförmigen Tragkörper (12) des Mitnehmergehäuses (2) verbunden sind.

8. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gleitring (1) einen ringförmigen Tragkörper (13) aufweist und daß die Mitnehmerbereiche (3) nur auf einem Teil der Länge des Tragkörpers (13), insbesondere nämlich im Bereich der Mitnehmerklauen (5), angeordnet sind.

9. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gleitring (1) aus keramischem Material, insbesondere aus Alu­ miniumoxid oder aus einem Siliciumkarbid, besteht.