DE4410094A1 - Gleitringdichtung mit auswechselbarem Einsatz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit zumindest einem auswech­ selbaren Einsatz mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Gleitringdichtungen dienen der Abdichtung von rotierenden Elementen, insbe­ sondere Achsen oder Wellen, an ihren Durchführungen in Gehäusen, Lagern od. dgl. Eine Gleitringdichtung muß durch Zusammenwirken des Gleitringes mit dem Gegenring gewährleisten, daß die Welle möglichst reibungsarm rotieren kann und gleichwohl die beiden Seiten der Gleitringdichtung perfekt gegen­ einander abgedichtet sind. Dies muß insbesondere auch dann gelten, wenn die Gleitringdichtung innerhalb eines aggressiven Mediums, insbesondere beim Ein­ satz in chemischen Anlagen, eingesetzt ist. Überdies muß eine Gleitring­ dichtung erheblichen Temperaturschwankungen Stand halten. Temperaturschwan­ kungen können durch Schwankungen der Temperatur des umgebenden Mediums, ins­ besondere einer Flüssigkeit, aber auch durch auftretende Reibungswärme, auch an der Gleitringdichtung selbst, verursacht werden.

Die Abdichtungswirkung einer Gleitringdichtung wird wesentlich durch die Planebenheit der aufeinander gleitenden Gleitflächen bestimmt. Diese kann durch Temperatur-Wechselbelastungen stark leiden. Dies gilt natürlich ohne weiteres schon dann, wenn normale Metall-Werkstoffe wie VA-Stahl eingesetzt werden. In Fällen besonders hoher Anforderungen an die Abdichtwirkung und Standfestigkeit einer Gleitringdichtung werden Hartstoffe wie Wolframkarbid, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid etc. zur Bildung der Gleitflächen der Gleit­ ringdichtung, zumindest einer dieser Gleitflächen, eingesetzt. Nun wäre es natürlich wesentlich zu teuer, den kompletten Adapter aus einem derart hoch­ wertigen und schwierig zu bearbeitenden Material wie Wolframkarbid oder Aluminiumoxid, Berylliumoxid od. dgl. herzustellen. In diesem Fall wählt man eine Konstruktion mit einem Einsatz in einer ringförmigen Aufnahme des Adapters. Dieser Einsatz bildet dann die eigentliche Gleitfläche, die auf der Gleitfläche des Gegenringes gleitet. Nur dieser Einsatz, der eine ein­ fache geometrische Struktur, nämlich die Struktur eines im Querschnitt qua­ dratischen oder rechteckigen Ringes hat, muß dann aus dem teuren und schwer zu bearbeitenden Hartstoff hergestellt werden (massives Siliziumkarbid, Wolf­ ramkarbid, Kunstkohle, Tetrabor etc.).

In der Praxis hat es sich nun gezeigt, daß die aus Metall oder einer Metall­ legierung bestehenden Adapter einen Ausdehnungskoeffizienten haben, der vom Ausdehnungskoeffizienten des aus Hartstoff bestehenden Einsatzes stark ab­ weicht. Dadurch kommen erhebliche Probleme bei Temperatur-Wechselbelastungen auf. Die Planebenheit der eingeschrumpften oder eingeklebten Einsätze, die die Gleitflächen oder zumindest eine Gleitfläche bilden bzw. bildet wird bei normaler Temperatur definiert. Bei Temperaturerhöhung oder auch Temperatur­ erniedrigung "verzieht" sich die Gleitfläche des Einsatzes, da dessen Aus­ dehnungskoeffizient mit dem Ausdehnungskoeffizienten des ihn tragenden Adap­ ters nicht übereinstimmt. Radial offene Aufnahmen sind ein Versuch der Lö­ sung dieses Problems, haben aber auch keine endgültige Lösung erbracht.

Tatsache ist, daß bekannte Gleitringdichtungen für komplizierte und anspruchs­ volle Anwendungen gleichwohl wegen der zuvor erläuterten Problematik häufig unerwartet bald ausfallen oder zumindest erhebliche Leckagen zeigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Gleitringdichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 so auszugestalten und weiter­ zubilden, daß sie ungeachtet des wünschenswerten Einsatzes von Hartstoffen eine Planebenheit der Gleitflächen auch über große Zeiträume bei erheblichen Temperaturschwankungen zeigt, schlußendlich also eine möglichst hohe Stand­ festigkeit aufweist.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einer Gleitringdichtung mit den Merk­ malen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Konkretisierungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß bleibt es zwar bei der Realisierung eines Einsatzes in der Aufnahme des Adapters. Dies deshalb, weil der Adapter meist eine relativ komplizierte Gestalt hat, die beispielsweise auf der Rückseite die Aufnahme für das Ende einer Schraubendruckfeder oder eines Tellerfederpakets benötigt, während der Einsatz einen geometrisch möglichst einfachen Querschnitt auf­ weisen kann. Entgegen dem Stand der Technik ist der Einsatz aber nun im Grundsatz aus demselben bzw. hinsichtlich des Ausdehnungskoeffizienten praktisch demselben Material wie der Adapter hergestellt. Adapter und Einsatz zeigen also unter Temperatur-Wechselbeanspruchungen ein und dasselbe Aus­ dehnungsverhalten, irgendwelche negativen, die Planebenheit der Gleitflächen negativ beeinflussenden Faktoren treten so nicht auf. Gleichwohl zeigt die Gleitfläche des Einsatzes dieselben Eigenschaften wie die Gleitflächen der bisherigen Hartstoff-Einsätze, besteht nämlich selbst aus einem Hartstoff. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß die geringe Schichtdicke eines le­ diglich auf der Gleitfläche aufgebrachten Belages aus Hartstoff den Ausdeh­ nungskoeffizienten des Einsatzes insgesamt überhaupt nicht beeinflußt. Offen­ sichtlich folgt, entgegen dem eigentlich anzunehmenden Effekt, der Belag aus Hartstoff den temperaturbedingten Bewegungen des Einsatzes. Neben der gerin­ gen Schichtdicke des Belages ist offensichtlich die randseitige Offenheit des Belages, der nur auf der Gleitfläche aufgebracht ist, Grund für diesen positiven Effekt.

Versuche haben gezeigt, daß auch bei langwährendem Betrieb unter starken Temperaturschwankungen die erfindungsgemäße Gleitringdichtung hinsichtlich der Planebenheit der Gleitflächen wesentlich geringere Einbußen zeigt als die bekannten Gleitringdichtungen mit aus Hartstoff insgesamt bestehenden Einsätzen.

Ein konsequentes Durchführen der Lehre der Erfindung kann im übrigen unge­ achtet der voranstehenden Ausführungen dazu führen, daß man den Einsatz im Adapter gänzlich weglassen kann, wenn man am Adapter eine entsprechende Gleitfläche direkt durch Formgebung ausbildet und dann mit der vorgeschla­ genen Hartstoff-Beschichtung versieht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbei­ spiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Gleitringdichtung insgesamt und

Fig. 2 ein Beispiel einer Gleitring-Halterung einer Gleitringdichtung gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt zunächst andeutungsweise ein Gehäuse 1, das einen Wellendurch­ tritt 2 für eine Welle 3 aufweist. Auf der Welle 3 ist eine Gleitring-Hal­ terung 4 aufgekeilt (mittels der Madenschraube 5 festgeklemmt). Mittels eines Verdrehsicherungs-Zapfens 6 in Längsrichtung der Welle 3 verschiebbar als Teil der Halterung 4 gelagert ist ein Adapter 7. Dieser ist in Längsrichtung der Welle 3 gegenüber dem von der Madenschraube 5 gehaltenen feststehenden Teil 8 der Gleitring-Halterung 4 mittels eines Federpakets 9 federbelastet. An seiner in Fig. 1 rechts befindlichen Stirnseite ist der Adapter 7 mit einer ringförmigen Aufnahme 10 für einen den eigentlichen Gleitring dar­ stellenden Einsatz 11 versehen. Der Einsatz 11 ist in der Aufnahme 10 abge­ dichtet fest eingepaßt, beispielsweise durch Einschrumpfen oder Einkleben.

Am Wellendurchtritt 2 die Welle 3 umschließend ist eine Gegenring-Halterung 12 angeordnet, die gegenüber dem Gehäuse 1 mittels des dargestellten Dicht­ ringes 13 abgedichtet ist. Weitere Dichtringe 14, 15 dichten nicht gegen­ einander relativbewegliche Teile gegeneinander ab. Die Gegenring-Halterung 12 trägt einen eine Gleitfläche 16 bildenden Gegenring 17, genau gesagt ist sie selbst als ein solcher Gegenring 17 ausgebildet. Grundsätzlich wäre es mög­ lich, daß der Gegenring 17 auch ein separates Teil darstellt.

Eine Gleitfläche des Einsatzes 11 gleitet auf der Gleitfläche 16 des Gegen­ rings 17.

Wie zuvor schon erläutert worden ist, ist der Gegenring 17 hier einstückig ausgeführt, d. h. die Gegenring-Halterung 12 ist vom Gegenring 17 und vom Dichtring 13 gebildet. Grundsätzlich wäre es auch möglich, den Gegenring als in einer Aufnahme angeordneten Einsatz auszuführen, wie das für den Gleit­ ring zuvor erläutert worden ist. Im übrigen wäre es im Grundsatz auch möglich, die Zuordnung von Gleitring und Gegenring umgekehrt zu treffen, den beson­ deren Einsatz in einer Aufnahme also nur an der Gegenring-Halterung 12 vor­ zusehen und den Adapter 7 unter Bildung einer Gegenring-Gleitfläche ein­ teilig auszuführen.

Wesentlich ist nun, daß der Einsatz 11 aus einem praktisch denselben Aus­ dehnungskoeffizienten wie der Adapter 7 aufweisenden Werkstoff besteht und auf der Gleitfläche 18 mit einem Belag aus einem auf dem Werkstoff des Ein­ satzes 11 dauerhaft haftenden Hartstoff versehen ist. In der Zeichnung ist dieser Belag in Fig. 2 durch eine etwas dickere Linie an der Gleitfläche 18 des Einsatzes 11 angedeutet. Im übrigen ist dieser Belag aber so dünn, daß er an sich in der Zeichnung nicht zu erkennen ist, folglich auch kein Be­ zugszeichen trägt. Was der Vorteil dieses Belages auf der Gleitfläche 18 des Einsatzes 11 gegenüber der massiven Ausführung des Einsatzes 11 aus einem Hartstoff ist, ist zuvor im allgemeinen Teil der Beschreibung ausführlich erläutert worden. Darauf darf verwiesen werden. Wesentlich ist lediglich hier noch zu erwähnen, daß diese Ausführungen für die Lage des Einsatzes 11 an der Gleitring-Halterung 4 ebenso gelten wie an der Gegenring-Halterung 12.

Zuvor ist erläutert worden, daß der Einsatz 11 aus einem "praktisch" den­ selben Ausdehnungskoeffizienten wie der Adapter 7 aufweisenden Werkstoff bestehen sollte. Die Verbindung erfolgt natürlich auch hier auf eine der üb­ lichen Arten, insbesondere durch Einschrumpfen bzw. Aufschrumpfen, Einkleben, ggf. auch durch Ein- oder Aufpressen. Am einfachsten erreicht man das zuvor erläuterte Kriterium natürlich dadurch, daß der Einsatz 11 aus demselben Werkstoff wie der Adapter 7 besteht. Für den Werkstoff des Adapters 7 (und im bevorzugten Ausführungsbeispiel auch des Einsatzes 11) gilt die Empfeh­ lung eines Metalls oder einer Metallegierung, insbesondere eines VA-Stahls.

Für den Werkstoff des Belages empfehlen sich im Grundsatz alle denkbaren Hartstoffe, wenn und soweit sie das im Anspruch 1 definierte Kriterium er­ füllen, auf dem Werkstoff des Einsatzes 11 dauerhaft zu haften. Das hängt einerseits vom Werkstoff des Belages, andererseits von der Aufbringungs­ technik ab, zu der später noch etwas gesagt werden wird. Versuche haben er­ geben, daß für den Belag als bevorzugte Werkstoffe ein Metalloxid, insbe­ sondere Aluminiumoxid, Titandioxid, Chromoxid oder Mischungen daraus, in Frage kommt oder ein Metallkarbid, insbesondere Wolframkarbid, Chromkarbid, Titankarbid, Siliziumkarbid od. dgl.

Zuvor ist schon die Frage der Herstellung des Belages auf dem Einsatz 11 angesprochen worden. Diese Herstellungstechnik ist natürlich wiederum davon abhängig, welcher Hartstoff als Belag eingesetzt wird. Abhängig davon und durch Versuche ohne weiteres verifizierbar, kann es sich empfehlen, den Be­ lag im PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition), im CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition), auf galvanischem Wege, durch Auftragsschweißung, mittels eines Diffusionsverfahrens (Borieren, Nitrieren) oder, insbesondere, durch thermisches Spritzen herzustellen.

Schließlich ist weiter oben schon erläutert worden, daß bei dieser neuartigen Technik die Möglichkeit besteht, den Einsatz 11 als Teil des Adapters 7 aus­ zuführen, also mit dem Adapter 7 einstückig zu gestalten, so daß der Adap­ ter 7 selbst dann die Gleitfläche 18 mit dem Hartstoff-Belag bildet.

Claims (7)

1. Gleitringdichtung mit einer auf einer Welle (3) aufgekeilten Gleitring- Halterung (4) mit einem in der Halterung (4) angeordneten Adapter (7) mit einer ringförmigen Aufnahme (10) für einen den eigentlichen Gleitring dar­ stellenden Einsatz (11), der in der Aufnahme (10) abgedichtet fest einge­ paßt ist, und mit einer am Wellendurchtritt (2) die Welle (3) umschließend angeordneten Gegenring-Halterung (12) mit einem eine Gleitfläche (16) bil­ denden Gegenring (17), wobei eine Gleitfläche (18) des Einsatzes (11) auf der Gleitfläche (16) des Gegenringes (17) gleitet, wobei ggf. auch der Ge­ genring als in einer Aufnahme angeordneter Einsatz ausgeführt ist und wobei die Zuordnung von Adapter (7) und Gegenring (17) auch umgekehrt vorgesehen sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) aus einem praktisch denselben Ausdehnungskoeffizienten wie der Adapter (7) aufweisenden Werk­ stoff besteht und auf der Gleitfläche (18) mit einem Belag aus einem auf dem Werkstoff des Einsatzes (11) dauerhaft haftenden Hartstoff versehen ist.

2. Gleitringdichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) aus demselben Werkstoff wie der Adapter (7) besteht.

3. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Werkstoff des Adapters (7) ein Metall oder eine Me­ tallegierung, insbesondere VA-Stahl, ist.

4. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Werkstoff des Belages ein Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid, Titandioxid, oder eine Mischung daraus, oder ein Metallkar­ bid, insbesondere Wolframkarbid, Chromkarbid, Titankarbid, Siliziumkarbid, etc., ist.

5. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Belag im PVD-Verfahren, im CVD-Verfahren, galvanisch, durch Auftragsschweißung, in einem Diffusionsverfahren oder, insbesondere, durch thermisches Spritzen auf die Gleitfläche (18) des Einsatzes (11) auf­ gebracht wird.

6. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einsatz (11) in der Aufnahme (10) des Adapters (7) einge­ schrumpft oder aufgeschrumpft, eingeklebt oder eingepreßt bzw. aufgepreßt ist.

7. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einsatz (11) integraler Bestandteil des Adapters (7), also mit diesem einstückig ausgeführt ist und die Gleitfläche (18) am Adapter (7) selbst ausgebildet ist.