DE102016006106B4

DE102016006106B4 - Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE102016006106B4
Application number: DE102016006106.5A
Authority: DE
Inventors: Pascal von Dobrzewinski; Roland Lenz
Original assignee: Kaco GmbH and Co KG
Current assignee: Kaco GmbH and Co KG
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2036-05-14
Also published as: DE102016006106A1

Abstract

Gleitringdichtung mit zwei Gleitpartnern (14, 15; 23, 32), die eine Gleitpaarung bilden, die mit Dichtflächen (16, 17) unter Bildung eines Dichtspaltes aneinander liegen und von denen der erste Gleitpartner (14, 15; 23, 32) drehfest mit einem drehenden Maschinenteil (6) und der zweite Gleitpartner drehfest mit einem stehenden Maschinenteil (9) verbunden sind und beide Gleitpartner (14, 15; 23, 32) unabhängig voneinander über jeweils wenigstens ein Federelement (18, 19) so schwimmend gelagert sind, dass die Gleitpartner (14, 15; 23, 32) axial gegeneinander belastet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (18, 19) des ersten Gleitpartners (14, 15; 23, 32) mit seinem von diesem ersten Gleitpartner abgewandten Ende an einem nach außen gerichteten Ringflansch (12) einer Hülse (10) befestigt ist, die drehfest auf dem drehenden Maschinenteil (6) sitzt, und dass das Federelement (18, 19) des zweiten Gleitpartners (14, 15; 23, 32) mit seinem von diesem zweiten Gleitpartner abgewandten Ende an einem nach innen gerichteten Ringflansch (3) eines Gehäuses (1) befestigt ist, das mit dem stehenden Maschinenteil (9) drehfest verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Gleitringdichtung zeigt die DE 37 27 022 A1 .
Gleitringdichtungen, insbesondere gasgeschmierte Gleitringdichtungen, werden üblicherweise so ausgeführt, dass ein axial beweglicher Gleitring über ein Federelement gegen einen Gegenring gedrückt wird. Der Gleitring und der Gegenring bilden die Gleitpartner der Gleitringdichtung. Der Gegenring ist je nach Ausführung der Gleitringdichtung als rotierender Teil fest mit der Welle oder als stehender Teil mit einem Gehäuse verbunden. Dreht die Welle nicht, wird die statische Dichtheit über die Anpressung des axial beweglichen Gleitringes gegen den Gegenring erzeugt. Dreht die Welle, sorgen aerodynamische Strukturen in der Stirnfläche der aneinander liegenden Gleitpartner dafür, dass Luft in den Dichtspalt zwischen dem Gleit- und dem Gegenring gelangt. Es bildet sich im Dichtspalt ein Luftpolster als Druckring aus, wodurch der Gleitring axial gegen die Kraft des Federmittels verschoben wird. Es bildet sich zwischen Gleit- und Gegenring ein wenige µm breiter Dichtspalt aus. Bei richtiger Auslegung berühren sich Gleit- und Gegenring in diesem Zustand nicht.
Um einen der beiden Gleitpartner fest mit der Welle oder dem Gehäuse zu verbinden, wird er mittels eines Presssitzes mit der Welle oder dem Gehäuse verbunden. Die Verpressung wirkt sich damit unmittelbar auf diesen verpressten Gleitpartner aus. Da an die aneinanderliegenden Gleitflächen der Gleitpartner hinsichtlich der Ebenheiten sehr hohe Anforderungen gestellt werden, wirkt sich die Verpressung des einen Gleitpartners nachteilig aus und kann zu Undichtigkeiten führen.
Die direkte Verpressung des Gleitpartners hat darüber hinaus den Nachteil einer schlechten Schwingungsentkoppelung bei vibrationsstarken Anwendungen, wie beispielsweise in Motor- oder Getriebeanwendungen. Durch teilelastische oder auch elastische Presssitze kann diesem Problem zumindest ansatzweise entgegengewirkt werden. Eine vollständige Kompensation der Schwingungen ginge allerdings nur unter einer Verminderung der Pressung und damit der Verbindung selbst.
Systembewegungen, vor allem ein axiales Wellenspiel, werden von dem einzigen Federmittel ausgeglichen. Durch die axialen Bewegungen wird dieses Federmittel in Bezug auf den Betriebspunkt be- oder entlastet. Dies führt zu einem betriebspunktabhängigen Abhebeverhalten des Gleitpartners. Daher besteht das Problem, dass die Gleitringdichtung so ausgelegt sein muss, dass einerseits bei maximaler Vorspannung des Federmittels der Gleitpartner bei der gewünschten Drehzahl abhebt und andererseits bei minimaler Federmittelvorspannung statisch dicht bleibt.
Bei Einsatz von Gleitringdichtungen, insbesondere gasgeschmierten Gleitringdichtungen, bei Motoren oder Getrieben treten besonders schwierige Randbedingungen auf. Diese sind:

- starke Vibrationen des Antriebsstranges
- starke axiale Bewegung der Kurbelwelle
- geringer radialer und axialer Bauraum, der bei Gleitpartnern zu schmalen Kreisringen mit großem mittleren Radius führt; in Kombination mit einer geringen Wandstärke der kreisringförmigen Gleitpartner kann dies fertigungsbedingt zu Deformationen der Gleitpartner führen. Solche Deformationen der Gleitpartner treten zudem durch die im Betrieb auftretenden thermischen und mechanischen Belastungen auf
- gleitende Sekundärdichtelemente sind nicht umsetzbar, da aufgrund der großen Wirkdurchmesser hohe axiale Verschiebkräfte auftreten, die zu hohen axialen Gesamtkräften führen und die Funktion einer gasgeschmierten Gleitringdichtung stören können, indem der Gleitpartner zu spät oder überhaupt nicht abhebt und keine Rückstellung der Dichtung erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Gleitringdichtung so auszubilden, dass sich Vibrationen nicht nachteilig auswirken, eine möglichst betriebspunktneutrale Funktion der Gleitringdichtung sichergestellt ist und eine sichere statische und dynamische Abdichtung gewährleistet ist. Dabei sollen Unebenheiten und/oder Deformationen, die aus der Fertigung und den Betriebsbedingungen (mechanisch, thermisch) rühren, sich nicht nachteilig auswirken.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Gleitringdichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung sind beide Gleitpartner unabhängig voneinander über jeweils mindestens ein Federelement schwimmend gelagert. Durch die Federelemente werden beide Gleitpartner unabhängig voneinander axial gegeneinander gedrückt, wobei das Federelement des ersten Gleitpartners mit seinem von diesem ersten Gleitpartner abgewandten Ende an einem nach außen gerichteten Ringflansch einer Hülse befestigt ist, die drehfest auf dem drehenden Maschinenteil sitzt, und dass das Federelement des zweiten Gleitpartners mit seinem von diesem zweiten Gleitpartner abgewandten Ende an einem nach innen gerichteten Ringflansch eines Gehäuses befestigt ist, das mit dem stehenden Maschinenteil drehfest verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Gleitringdichtung wird vorteilhaft als Kurbelwellendichtung eingesetzt. Die Gleitringdichtung ist insbesondere eine gasgeschmierte Gleitringdichtung. Aufgrund der schwimmenden Aufhängung der Gleitpartner ist gewährleistet, dass Vibrationen des Antriebsstranges oder auch axiale Bewegungen einer Kurbelwelle sich nicht auf die Dichtheit nachteilig auswirken, weil die Federelemente die Gleitpartner von den Vibrationen entkoppeln. Die schwimmende Aufhängung der Gleitpartner mittels der Federelemente hat den weiteren Vorteil, dass sich Schrägstellungen der Gleitpartner weitestgehend vermeiden bzw. vollständig kompensieren lassen. Die im Betrieb der Gleitringdichtung auftretenden thermischen und mechanischen Belastungen können somit von den Federelementen aufgefangen werden, so dass die Dichtheit auch unter solchen Belastungen gewährleistet ist.
Unebenheiten/Deformationen der Gleitpartner infolge der Fertigung, thermischer und mechanischer Belastungen können bei geeigneter Auslegung der Gleitpartner in Form, Dicke und Material zumindest teilweise oder auch vollständig durch die Federelemente ausgeglichen werden. Die Gleitpartner können dabei als Metall-, Kunststoff-, Keramik-, oder Verbundwerkstoff ausgeführt sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist mindestens einer der beiden Gleitpartner eine Dicke auf, die den einen Gleitpartner durch die auf seiner rückseitigen Stirnseite wirkende axiale Kraft des Federelementes derart gegen den anderen Gleitpartner drückt, dass dessen Deformation durch die axiale Kraft des Federelementes einen Ausgleich der fertigungsbedingten, thermischen und mechanischen Unebenheiten/Deformationen schafft.
Eventuelle axiale Auslenkungen der Kurbelwelle werden auf beide Federelemente aufgeteilt, so dass sich solche axiale Auslenkungen zumindest teilweise kompensieren lassen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind beide Gleitpartner jeweils so schwimmend gelagert, dass in jeder Axialstellung der Gleitpartner auf den Dichtspalt die gleiche Axialkraft wirkt. Dann ist sichergestellt, dass unabhängig von axialen Auslenkungen der Welle im statischen Zustand der Dichtspalt einwandfrei geschlossen ist. Die Auslenkung jedes der beiden Federelemente entspricht in diesem Falle der halben Auslenkung der Kurbelwelle. Beide Federelemente werden entsprechend der Bewegungsrichtung der Welle gleichermaßen komprimiert oder entlastet. Auf diese Weise lässt sich auch die Betriebspunktabhängigkeit der Dichtungsfunktion mindern, wenn nicht sogar vermeiden.
Die beiden Federelemente können bei einer vorteilhaften Ausführungsform in unterschiedlicher radialer Breite an den voneinander abgewandten Stirnseiten der Gleitpartner angreifen. So kann das eine Federelement im radial äußeren Bereich des einen Gleitpartners und das andere Federelement am radial inneren Bereich des anderen Gleitpartners angreifen.
Es ist aber auch möglich, die Federelemente so anzuordnen, dass sie etwa in gleicher radialer Breite auf beide Gleitpartner axial wirken.
Die Federelemente können unabhängig von ihrer jeweiligen Gestaltung kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig mit dem zugehörigen Gleitpartner verbunden sein. Auch die Anbindung der Federelemente an die Welle bzw. an das Gehäuse kann kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig erfolgen.
Bei einer besonders einfachen, erfinderischen Ausbildung ist mindestens ein Gleitpartner durch einen Abschnitt des Federelementes selbst gebildet. Vorteilhaft bilden Abschnitte der beiden Federelemente direkt die Gleitpartner. In diesem Fall sind keine zusätzlichen Gleitringe zur Bildung der Gleitpartner erforderlich.
Bei einer einfachen Ausführungsform sind die Federelemente im Axialschnitt etwa u-förmig ausgebildet. Die ringförmigen Federelemente mit einer solchen Querschnittsausbildung lassen sich einfach und kostengünstig herstellen und montieren. Sie bilden zudem gleichzeitig eine Federfunktion und eine Dichtfunktion ab.
Die Federelemente haben vorteilhaft einen Balgabschnitt. Dadurch lassen sich die Federelemente zuverlässig axial verformen, um die Gleitpartner gegeneinander zu drücken und eventuelle Schrägstellungen der Gleitpartner auszugleichen.
Eine besonders günstige Ausbildung ergibt sich, wenn ein solcher Balgabschnitt im Axialschnitt teilkreisförmig verläuft.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausbildung ist der Balgabschnitt im Axialschnitt etwa v-förmig ausgebildet. Bei einer solchen Gestaltung kann das Federelement in Achsrichtung sehr schmal ausgebildet sein, ohne die vorteilhaften Federwirkungen einzubüßen. Es bildet zudem gleichzeitig eine Federfunktion und eine Dichtfunktion ab.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sind die ringförmigen Federelemente mit einem Membranabschnitt versehen. Er bildet ein elastisches Bauteil, das eine Federfunktion und eine Dichtfunktion erfüllt. Die Federwirkung wird durch die elastische Verformung des Membranabschnittes realisiert. Bei einem solchen Federelement ist zumindest der Membranabschnitt aus elastischem Werkstoff hergestellt. Vorteilhaft ist das gesamte Federelement als elastisches Bauteil ausgeführt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Membranabschnitt des Federelementes im Axialschnitt etwa s-förmig ausgebildet. Durch diese Formgestaltung weist der Membranabschnitt wenigstens einen elastischen, vorzugsweise jedoch zwei elastische Gelenkabschnitte auf. Der elastische Gelenkabschnitt ermöglicht zum einen eine Schwingungsentkoppelung der Gleitpartner, zum anderen eine optimale Ausrichtung der Gleitpartner innerhalb der Gleitringdichtung. Insbesondere können durch den elastischen Gelenkabschnitt Schrägstellungen der Gleitpartner, die zu einer Undichtheit führen würden, vermieden werden. Auch hier werden Feder-, und Dichtfunktion vom Federelement erfüllt.
Wenn der Membranabschnitt des Federelementes zwei elastische Gelenkabschnitte aufweist, dann schließen diese beiden Gelenkabschnitte vorteilhaft aneinander an. Dadurch ergibt sich eine sehr hohe Beweglichkeit für den angeschlossenen Gleitpartner.
Bei einer anderen vorteilhaften, insbesondere konstruktiv einfachen Ausbildung wird das Federelement durch ein massives, in Axialrichtung elastisch verformbares ringförmiges Elastomerteil gebildet, das sich über den Umfang der Gleitringdichtung erstreckt. Dieses Elastomerteil übernimmt eine Dicht- und Federfunktion. Die Federwirkung erfolgt durch entsprechende axiale Verformung des Elastomerteiles.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat zumindest das eine Federelement zur Erzeugung einer auf den Dichtspalt wirkenden Kraft eine ungleiche Masseverteilung. Ein solches Federelement ist mit demjenigen Gleitpartner verbunden, der mit der Welle mitdreht. Aufgrund der dabei entstehenden Fliehkraft bewirkt die ungleiche Masseverteilung je nach Einbaulage des Federelementes, dass auf den Dichtspalt zwischen den beiden Gleitpartnern eine spaltöffnende oder spaltschließende Kraft wirkt.
Besonders vorteilhaft ist es, durch eine entsprechende Masseverteilung wenigstens des einen Gleitpartners die Federkennlinie des Federelementes zu beeinflussen.
Eine sehr kompakte und konstruktiv einfache Ausbildung ergibt sich, wenn die Gleitpartner als Folien oder als Beschichtungen ausgebildet sind, die sich auf nebeneinander liegenden Abschnitten der Federelemente befinden.
Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen

1 bis 9 jeweils im Axialschnitt eine Hälfte einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung,
10 ein als mechanischer Signalgeber ausgebildetes Bauteil der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung gem. 9 in Ansicht,
11 im Axialschnitt eine Hälfte einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung,
12 bis 18 weitere Ausführungsformen von Federelementen der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung,
19 und 20 jeweils einen Teil einer Stirnseite eines der Gleitpartner der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungen mit unterschiedlichen aerodynamischen Strukturen.

Die Gleitringdichtung gemäß 1 hat ein Gehäuse 1, das aus Metall oder einem entsprechend harten Kunststoff bestehen kann. Es hat einen zylindrischen Mantel 2, der in einen radial nach innen gerichteten Boden 3 übergeht. Der Mantel 2 kann durchgehend gleichen Durchmesser aufweisen. Im Ausführungsbeispiel besteht der Mantel 2 aus zwei Mantelabschnitten 2a, 2b, die unterschiedlichen Außen/Innendurchmesser haben und über einen Ringabsatz 4 ineinander übergehen. Der vom Boden 3 abgewandte Mantelabschnitt 2a hat größeren Durchmesser als der an den Boden 3 anschließende Mantelabschnitt 2b.
Der Boden 3 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 5 für die abzudichtende Welle 6 auf. Der die Durchgangsöffnung 5 begrenzende Rand 7 des Bodens 3 ist im Axialschnitt u-förmig ausgebildet. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung 5 ist größer als der Außendurchmesser der Welle 6.
Mit dem Mantelabschnitt 2a wird die Gleitringdichtung in einen Einbauraum 8 eines Aggregates 9 eingesetzt, das beispielsweise ein Motor oder ein Getriebe sein kann. Der Mantelabschnitt 2a sitzt mit Presssitz im Einbauraum 8.
Auf der Welle 6 sitzt ein Träger, der vorteilhaft eine Hülse 10 ist, die drehfest mit der Welle 6 verbunden ist. Die Hülse 10 dreht darum mit der Welle 6 mit. Die Hülse 10 hat einen zylindrischen Mantel 11, der drehfest auf der Welle 6 befestigt, beispielsweise aufgepresst ist. Der zylindrische Mantel 11 geht in Höhe des freien Endes des Mantelabschnittes 2a in einen radial nach außen gerichteten Ringflansch 12 über, dessen radial äußerer Rand 13, im Axialschnitt gesehen, u-förmig ausgebildet ist. Die Hülse 10 besteht aus hartem Material, wie Metall oder entsprechend hartem Kunststoff.
Zur Abdichtung sind zwei axial bewegliche, Gleitpartner bildende Gleitringe 14, 15 vorgesehen, die mit radialen Stirnflächen 16, 17 flächig aneinander liegen. Die beiden ebenen Stirnflächen 16, 17 bilden einen Dichtspalt zwischen den beiden Gleitringen 14, 15. Sie können je nach Einsatzfall der Gleitringdichtung aus Metall, Kunststoff, Keramik oder einem Verbundmaterial bestehen.
Die beiden Gleitringe 14, 15 sind gegeneinander durch jeweils ein Federelement 18, 19 axial belastet. Dadurch liegen die Gleitringe 14, 15 mit ihren Stirnflächen 16, 17 unter axialer Belastung aneinander. Die beiden Federelemente 18, 19 sind kraftschlüssig mit den Gleitringen 14, 15 sowie mit der Hülse 10 bzw. dem Gehäuse 1 verbunden. Beide Federelemente 18, 19 sind umlaufende Ringe, die jeweils balgförmig ausgebildet sind.
Das Federelement 18 hat einen in einer Radialebene liegenden Randabschnitt 20, der in den u-förmigen Rand 13 der Hülse 10 eingreift. Der Rand 13 ist so ausgebildet, dass der Randabschnitt 20 festgeklemmt ist, wodurch die Kraftschlussverbindung zwischen der Hülse 10 und dem Randabschnitt 20 erreicht wird. Zusätzlich kann der Randabschnitt 20 beispielsweise auch noch mittels eines Klebemittels im u-förmigen Rand 13 befestigt sein. Der Randabschnitt 20 liegt an der radial verlaufenden Innenseite 21 des Ringflansches 12 der Hülse 10 an und geht über einen Balgabschnitt 22 in einen Randabschnitt 23 über. Der Balgabschnitt 22 ist im Axialschnitt etwa halbkreisförmig nach innen in Richtung auf den Mantel 11 der Hülse 10 gebogen. Der Randabschnitt 23 geht in einen endseitigen Zylinderabschnitt 24 über, der in eine umlaufende Vertiefung 25 des Gleitringes 14 eingreift. Die Vertiefung 25 ist radial nach außen sowie in Richtung auf die der Stirnfläche 16 gegenüberliegenden Stirnseite 26 des Gleitringes 14 offen. Auf der zylindrischen Mantelfläche 27 des Gleitringes 14 ist ein Klemmring 28 befestigt, mit dem der Zylinderabschnitt 24 des Federelementes 18 auf dem Gleitring 14 festgeklemmt wird. Der zylindrische Klemmring 28 ist an seinem dem Ringflansch 12 der Hülse 10 zugewandten Ende radial nach innen so abgekröpft, dass er den Übergangsbereich zwischen dem Zylinderabschnitt 24 und dem Randabschnitt 23 des Federelementes 18 übergreift.
Auf die beschriebene Weise ist das Federelement 18 kraftschlüssig mit der Hülse 12 sowie dem Gleitring 14 verbunden. Er umgibt die Hülse 10 mit radialem Abstand. Der Klemmring 28 auf der äußeren Mantelfläche 27 des Gleitringes 14 erstreckt sich vorteilhaft bis an die Stirnfläche 16.
Das Federelement 19 ist grundsätzlich gleich ausgebildet wie das Federelement 18, jedoch ist es mit seinem einen Ende nicht an der äußeren, sondern an der inneren zylindrischen Mantelfläche 29 des Gleitringes 15 kraftschlüssig befestigt. Hierfür ist ein Klemmring 30 vorgesehen, der auf der inneren Mantelfläche 29 des Gleitringes 15 befestigt ist und den Zylinderabschnitt 31 des Federelementes 19 festklemmt. Sein radial nach außen umgebördelter Rand übergreift axial den Zylinderabschnitt 31 und den anschließenden, in einer Radialebene liegenden Randabschnitt 32 des Federelementes 19. Der Randabschnitt 32 ist über einen Balgabschnitt 33 mit einem in einer Radialebene liegenden Randabschnitt 34 verbunden, der im u-förmigen Rand 7 des Gehäusebodens 3 festgeklemmt ist. Der Balgabschnitt 33 ist im Axialschnitt etwa halbkreisförmig ausgebildet und gegen den Mantelabschnitt 2b des Gehäuses 1 gerichtet. Der Randabschnitt 34 des Federelementes 19 liegt im Bereich außerhalb des u-förmigen Randes 7 an der Innenseite 35 des Gehäusebodens 3 an.
Der Klemmring 30 erstreckt sich vorteilhaft bis in Höhe der Stirnfläche 17 des Gleitringes 15, der radialen Abstand vom Mantelabschnitt 2b des Gehäuses 1 hat.
Die beiden ringförmigen Federelemente 18, 19 sind einstückig ausgebildet und bestehen aus elastischem Material, vorzugsweise aus einem geeigneten Metall, Kunststoff, Elastomerwerkstoff oder einem Verbundmaterial. Der Gleitring 14 ist über das elastische Federelement 18 verdrehfest mit der Hülse 10 verbunden, wobei diese verdrehfeste Verbindung kraftschlüssig erfolgt. Der andere Gleitring 15 ist über das elastische Federelement 19 verdrehfest mit dem Gehäuse 1 verbunden. Die verdrehfeste Verbindung erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls kraftschlüssig.
Der Zylinderabschnitt 31 des Federelementes 19 ragt in eine Vertiefung 36, die radial nach außen und axial in Richtung auf den Gehäuseboden 3 offen ist.
Da die beiden Federelemente 18, 19 an einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Gleitringe 14, 15 angreifen, erfolgt die Axialbelastung asymmetrisch, d.h. an radial zueinander versetzten Bereichen der Gleitringe 14, 15.
Das Gehäuse 1 ist so ausgebildet, dass es die beiden Gleitringe 14, 15 sowie die beiden Federelemente 18, 19 umgibt, so dass diese geschützt untergebracht sind. Die Stirnseite des Mantelabschnittes 2a des Gehäuses 1 sowie die Außenseite des Ringflansches 12 der Hülse 10 liegen in einer gemeinsamen Radialebene.
2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Krafteinleitung in die Gleitringe 14, 15 auf gleicher radialer Höhe erfolgt. In diesem Falle sind die Federelemente 18, 19 mit ihren Zylinderabschnitten 24, 31 an den radial innen liegenden Mantelflächen 37, 38 der Gleitringe 14, 15 festgeklemmt. Die beiden Klemmringe 28, 30 sind gleich ausgebildet wie bei der vorigen Ausführungsform. Vorteilhaft sind sie so gestaltet, dass sie mit ihren einander zugewandten Stirnseiten aneinander liegen.
Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform hat die auf der Welle 6 sitzende Hülse 10 keinen radial nach außen verlaufenden Ringflansch, sondern lediglich den zylindrischen Mantel 11, mit dem die Hülse 10 drehfest auf der Welle 6 sitzt. Um das Federelement 18 festklemmen zu können, ist der vom Gehäuseboden 3 abgewandte Rand des Hülsenmantels 11 im Axialschnitt u-förmig ausgebildet. Er nimmt einen Zylinderabschnitt 39 auf, der vom Randabschnitt 20 des Federelementes 18 absteht. Im Übrigen ist die Gleitringdichtung nach 2 gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel gemäß 1. Da die beiden Federelemente 18,19 auf gleicher Höhe angeordnet sind und die Krafteinleitung in die Gleitringe 14, 15 auf gleicher Höhe erfolgt, liegt eine symmetrische Ausbildung vor. Mittels der beiden Federelemente 18, 19 werden beide Gleitringe 14, 15 axial gegeneinander gedrückt. Bei den beschriebenen beiden Ausführungsbeispielen sind beide Gleitringe 14, 15 über die Federelemente 18, 19 unabhängig voneinander so schwimmend gelagert, dass die Gleitringe 14, 15 axial gegeneinander belastet sind. Dabei ist vorteilhaft die schwimmende Lagerung so ausgebildet, dass in jeder Axialstellung der Gleitringe 14, 15 auf den Dichtspalt 16, 17 die gleiche Axialkraft wirkt. Dadurch ist eine sichere Abdichtung gewährleistet. Zu der sicheren Abdichtung trägt vorteilhaft bei, dass die beiden Federelemente 18, 19 mit ihren Randabschnitten 23, 32 flächig an den voneinander abgewandten ebenen, radial verlaufenden Stirnseiten 26, 40 anliegen.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 sind die Gleitringe 14, 15 und die elastischen Federelemente 18, 19 asymmetrisch ausgebildet. Bei der symmetrischen Ausführungsform gemäß 2 können die elastischen Federelemente 18, 19 als Gleichteile ausgebildet sein, was insbesondere aus Kostensicht vorteilhaft ist.
Bei der Gleitringdichtung gemäß 3 sind die Federelemente 18, 19 stoffschlüssig mit den Gleitringen 14, 15 und der Hülse 10 bzw. dem Gehäuse 1 verbunden. Der Stoffschluss kann über ein Klebemittel oder durch Anvulkanisieren erreicht werden. Die beiden Federelemente 18, 19 sind gleich ausgebildet wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1. Das Federelement 18 liegt mit seinem Randabschnitt 20 an der Innenseite 21 des Ringflansches 12 der Hülse 10 flächig an und ist stoffschlüssig mit dem Ringflansch 12 verbunden. Der freie Rand 13 des Ringflansches 12 ist im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 lediglich rechtwinklig in Richtung auf die Gleitringe 14, 15 so weit abgewinkelt, dass dieser Rand den Rand des Randabschnittes 20 des Federelementes 18 abdeckt. Mit diesem Rand 13 kann das Federelement 18 ebenfalls stoffschlüssig verbunden sein.
Der Zylinderabschnitt 24 des Federelementes liegt in der Vertiefung 25 des Gleitringes 14 und ist mit dem Boden und gegebenenfalls auch mit der Seitenwand der Vertiefung 25 stoffschlüssig verbunden. Aufgrund des Stoffschlusses ist ein Klemmring, wie er bei der Ausführungsform gemäß 1 vorgesehen ist, nicht erforderlich.
Der Zylinderabschnitt 31 des Federelementes 19 greift entsprechend der Ausführungsform gemäß 1 in die Vertiefung 36 an der inneren Mantelfläche 29 des Gleitringes 15 ein und ist dort stoffschlüssig gehalten. Außerdem ist das Federelement 19 mit seinem Randabschnitt 34 flächig stoffschlüssig mit der Innenseite 35 des Gehäusebodens 3 verbunden.
Der Rand 7 des Gehäusebodens 3 ist im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 lediglich rechtwinklig nach innen so weit abgebogen, dass er die Stirnseite des Randabschnittes 34 des Federelementes 19 bedeckt. Das Federelement kann mit seinem Randabschnitt 34 stoffschlüssig mit dem abgebogenen Rand 7 des Gehäusebodens 3 verbunden sein.
Im Übrigen ist die Gleitringdichtung gemäß 3 gleich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß 1.
Die Gleitringdichtung gemäß 4 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 2. Der Unterschied besteht darin, dass die beiden Federelemente 18, 19 stoffschlüssig mit der Hülse 10 bzw. dem Gehäuse 1 und den Gleitringen 14, 15 verbunden sind. Der Stoffschluss kann durch ein Klebemittel, eine Anvulkanisation und dergleichen gebildet sein.
Das Federelement 18 ist im Wesentlichen gleich ausgebildet wie bei der Gleitringdichtung gemäß 2. Aufgrund des Stoffschlusses ist das Federelement 18 nur mit dem Randabschnitt 20 ohne den anschließenden Zylinderabschnitt versehen. Zur Anbindung des Randabschnittes 20 ist die Hülse 10 mit dem Ringflansch 12 versehen, an dessen Innenseite 21 der Randabschnitt 20 angeschlossen ist. Mit dem Zylinderabschnitt 24 greift das Federelement 18 in die Vertiefung 25 in der inneren Mantelfläche 37 des Gleitringes 14 ein. Der Zylinderabschnitt 24 ist in der Vertiefung 25 stoffschlüssig befestigt. Um eine sichere Stoffschlussverbindung zwischen dem Federelement 18 und der Hülse 10 zu gewährleisten, ist der Ringflansch der Hülse 10 vorteilhaft in Radialrichtung länger als der Randabschnitt 20 des Federelementes 18.
Das Federelement 19 ist gleich ausgebildet wie bei der Ausführungsform gemäß 2. Es ist mit seinem Zylinderabschnitt 31 stoffschlüssig in der Vertiefung 36 in der inneren Mantelfläche 38 des Gleitringes 15 befestigt. Der gegenüberliegende Randabschnitt 34 des Federelementes 19 liegt flächig an der Innenseite 35 des Gehäusebodens 3 an und ist stoffschlüssig mit ihr verbunden.
Im Übrigen ist die Gleitringdichtung gemäß 4 gleich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß 2, so dass in Bezug auf die Vorteile einer solchen Gleitringdichtung mit symmetrischer Krafteinleitung auf die Darlegungen zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 verwiesen werden kann.
5 zeigt die Möglichkeit, durch eine besondere Gestaltung der Gleitringe 14, 15 Einfluss auf die Federkennlinie der Federelemente 18, 19 zu nehmen. Die Gleitringdichtung gemäß 5 entspricht, bis auf die Gestaltung der Gleitringe 14, 15, vollständig der Ausführungsform gemäß 1.
Die axiale Dicke des Gleitringes 14 nimmt in Richtung auf den zylindrischen Mantel 11 der Hülse 10 zu, so dass der Gleitring 14 an seiner radial inneren Mantelfläche größere axiale Breite hat als an seiner radial äußeren Mantelfläche.
Der Gleitring 15 ist so ausgebildet, dass seine axiale Dicke in Richtung auf den Gehäusemantel 2 zunimmt, so dass der Gleitring 15 an seiner radial äußeren Mantelfläche axial dicker ist als im Bereich seiner radial inneren Mantelfläche. Die Dickenzunahme ist hierbei so gestaltet, dass der bogenförmige Balgabschnitt 22, 33 sich frei bewegen kann. Die Dickenzunahme erfolgt aus diesem Grunde erst mit Abstand vom Anbindungsbereich des Randabschnittes 23, 32 am Gleitring 14, 15. Um die Gleitringe 14, 15 nicht zu schwächen, erfolgt die Dickenzunahme stetig.
Mit der entsprechenden Gestaltung der Gleitringe 14, 15 kann die Federkennlinie der Federelemente 18, 19 auf den jeweiligen Anwendungsfall der Gleitringdichtung eingestellt werden. Die in 5 dargestellte Formgebung der Gleitringe 14, 15 ist lediglich ein Ausführungsbeispiel und ist nicht als beschränkend anzusehen. Die Gleitringe 14, 15 können optimal an den Anwendungsfall angepasst werden. Die einander zugewandten Stirnflächen 16, 17 der Gleitringe 14, 15 bleiben hierbei vorteilhaft unverändert, so dass eine zuverlässige Abdichtung durch die Gleitringe 14, 15 sichergestellt ist.
Während 5 die Ausbildung der Gleitringe 14, 15 anhand einer Gleitringdichtung zeigt, bei der eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Federelementen 18, 19, den Gleitringen 14, 15, der Hülse 10 und dem Gehäuse 1 vorgesehen ist, kann eine solche Formgestaltung der Gleitringe 14, 15 auch bei einer Gleitringdichtung vorgesehen sein, bei der die Federelemente 18, 19 stoffschlüssig mit den Gleitringen 14, 15, dem Gehäuse 1 und der Hülse 10 verbunden sind. Eine solche Gleitringdichtung zeigt 6, die dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 entspricht. Die beiden Gleitringe 14, 15 sind entsprechend den Gleitringen der Gleitringdichtung gemäß 5 geformt. Auch bei einer solchen Gleitringdichtung mit einer Stoffschlussverbindung können die Gleitringe 14, 15 im Hinblick auf eine gewünschte Federkennlinie der Federelemente 18, 19 ausgebildet sein. Auch in Bezug auf 6 ist darauf hinzuweisen, dass es sich nur um eine beispielhafte Gestaltung der Gleitringe 14, 15 handelt, dass eine solche Ausbildung jedoch nicht beschränkend zu verstehen ist.
Die 5 und 6 zeigen beispielhaft, dass durch entsprechende Ausformung der Gleitringe 14, 15, die kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sind, die Federkennlinie der Federelemente 18, 19 im Hinblick auf den Einsatzfall der Gleitringdichtung beeinflusst werden kann.
Die 5 und 6 entsprechen funktional der asymmetrischen Anordnung gemäß 1. Analog lassen sich die Beispieldichtungen aus 5 und 6 auch in symmetrischer Anordnung entsprechend 2 umsetzen.
7 zeigt eine Gleitringdichtung, bei der die Gleitringe 14, 15 im Vergleich zu den vorigen Ausführungsbeispielen dünn ausgebildet sind. Die Gleitringe 14, 15 können folienartig ausgeführt sein. Auch ist es möglich, die Gleitringe 14, 15 in Form einer Beschichtung der Federelemente 18, 19 auszubilden.
Das Gehäuse 1, mit dem die Gleitringdichtung in den Einbauraum 8 des Aggregates 9 eingepresst wird, ist gleich ausgebildet wie bei der Ausführungs-I form gemäß 4. Aufgrund der folienartigen Ausbildung der Gleitringe 14, 15 hat die Hülse 10, die drehfest auf der Welle 6 liegt, eine wesentlich kürzere axiale Erstreckung als bei den vorigen Ausführungsbeispielen. Das Gehäuse 1 steht in Axialrichtung über die Hülse 10 vor.
Die beiden Federelemente 18, 19 haben im Querschnitt jeweils u-Form. Das Federelement 18 ist mit seinem einen Randabschnitt 20 an der Innenseite des Ringflansches 12 der Hülse 10 befestigt. Vorteilhaft hat der Ringflansch 12 gleiche radiale Breite wie der Randabschnitt 20 des Federelementes 18. Der Balgabschnitt 22 des Federelementes 18 ragt radial nach außen über den Ringflansch 12 der Hülse 10 und hat Abstand vom Gehäusemantel 2. Der andere Randabschnitt 23 des Federelementes 18, der entsprechend den vorigen Ausführungsformen parallel zum Randabschnitt 20 liegt, ist in Radialrichtung schmaler als der Randabschnitt 20. An seiner Außenseite ist der Gleitring 14 vorgesehen.
Das Federelement 19 ist im Axialschnitt ebenfalls u-förmig ausgebildet und hat die beiden parallel zueinander liegenden Randabschnitte 32, 34, die gleich breit sind. Der Randabschnitt 32 ist an seiner Außenseite mit dem Gleitring 15 versehen, während der andere Randabschnitt 34 an der Innenseite 35 des Gehäusebodens 3 befestigt ist.
Vorteilhaft erstrecken sich die beiden Gleitringe 14, 15 vom freien Ende der Randabschnitte 23, 32 der Federelemente 18, 19 aus über die gesamte radiale Breite der Randabschnitte. Die freien Enden der Randabschnitte 23, 32, 34 liegen vorteilhaft auf einer gemeinsamen Zylinderfläche. Der Randabschnitt 20 des Federelementes 18 hingegen erstreckt sich bis zum Mantel 11 der Hülse 10.
Die Gleitringe 14, 15 haben gleiche radiale Breite und liegen unter der Kraft der Federelemente 18, 19 dichtend aneinander. Die Gleitringe 14, 15 können in jeder geeigneten Weise auf die Federelemente 18, 19 aufgebracht werden, beispielsweise durch Kleben, Auftragen oder Anvulkanisieren.
Die Verbindung der Federelemente 18, 19 mit der Hülse 10 sowie dem Gehäuse 1 kann form-, stoff- und/oder kraftschlüssig erfolgen, wie dies beispielhaft anhand der vorigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist.
Da die Randabschnitte 20, 34 der Federelemente 18, 19 vorteilhaft über ihre gesamte radiale Breite am Ringflansch 12 der Hülse 10 sowie dem Gehäuseboden 3 befestigt sind, ergibt sich eine zuverlässige Anbindung. Die beiden Balgabschnitte 22, 33 der Federelemente 18, 19 liegen frei und haben radialen Abstand vom umgebenden Gehäuse 1. Dadurch wird erreicht, dass die Federelemente 18, 19 die Gleitringe 14, 15 sicher axial gegeneinander drücken können.
Diese Ausführungsform zeichnet sich durch ihren konstruktiv einfachen Aufbau aus. Zudem benötigen die Gleitringe 14, 15 nur einen geringen Einbauraum. Darum ist diese Gleitringdichtung gut für Anwendungen geeignet, bei denen Einbauräume mit nur geringer axialer Erstreckung vorhanden sind.
Auch bei dieser Ausführungsform sind die beiden Gleitringe 14, 15 schwimmend aufgehängt und mittels der Federelemente 18, 19 axial beweglich. Die Gleitringe 14, 15 können aus Metall, aus Kunststoff oder auch aus Polymeren bestehen.
Außer der dargestellten symmetrischen Anordnung analog zu 1 ist eine asymmetrische Anordnung der konstruktiven Umsetzung aus 7 möglich.
7a zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform. Sie ist im Wesentlichen gleich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß 7. Der Unterschied besteht darin, dass die Gleitpartner durch einen Teil der Federelemente 18, 19 selbst gebildet werden. Die aneinander liegenden, jeweils in Radialebenen liegenden Randabschnitte 23, 32 der Federelemente 18, 19 bilden die Gleitpartner. In mindestens einem der beiden Gleitpartner 18, 19 ist eine aerodynamische Struktur eingebracht, wie sie beispielhaft anhand der 19 und 20 beschrieben werden wird.
Die aneinander liegenden Oberflächen zumindest der Randabschnitte 23, 32 sind reibungsarm ausgebildet. Beispielhaft können in das Material des Randabschnittes 23, 32 PTFE-Partikel eingebettet sein.
Eine solche Ausbildung zeichnet sich durch ihre kompakte und aus nur noch wenigen Teilen bestehende Konstruktion aus.
Bei der Ausführungsform gemäß 7b sind an den voneinander abgewandten Außenseiten der Randabschnitte 23, 32 Stützelemente 64, 65 vorhanden, welche die Randabschnitte 23, 32 versteifen und damit zur Stabilisierung des Dichtspaltes beitragen. Die Stützelemente 64, 65 sind vorteilhaft dünne Beschichtungen oder fest angebundene dünne, scheibenförmige Stützringe.
Im Übrigen ist diese Ausführungsform gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel gemäß 7a.
Die Gleitringdichtung nach 8 unterscheidet sich von den vorigen Ausführungsformen grundlegend dadurch, dass sich der mit der Welle 6 mitdrehende Gleitring 14 auf der Innenseite der Gleitringdichtung befindet, während der drehfeste Gleitring 15 an der Außenseite vorgesehen ist. Die Gleitringdichtung hat das Gehäuse 1, das den zylindrischen Mantel 2 aufweist, der mit Presssitz an der Wandung des Einbauraumes 8 des Aggregates 9 anliegt. Im Unterschied zu den vorigen Ausführungsbeispielen ist der Mantel 2 nicht abgestuft ausgebildet.
Die Hülse 10 sitzt mit ihrem zylindrischen Mantel 11 drehfest auf der Welle 6. Der Mantel 11 geht an dem vom Gehäuse 1 abgewandten Ende in den radial nach außen sich erstreckenden Ringflansch 12 über, der seinerseits in einen zylindrischen Mantel 41 übergeht. Er erstreckt sich in Richtung auf das Gehäuse 1 und hat, im Axialschnitt gemäß 8 gesehen, geringen axialen Abstand vom Gehäusemantel 2.
Der Gehäusemantel 2 geht an seinem vom Ringflansch 12 der Hülse 10 abgewandten Ende in den radial nach innen gerichteten Boden über, an dessen Innenseite 35 der Randabschnitt 34 des Federelementes 19 flächig anliegt. Der Balgabschnitt 33 steht radial nach innen über den Rand 7 des Gehäusebodens vor und hat radialen Abstand von der Welle 6. Der Zylinderabschnitt 31 des Federelementes 19 liegt in der Vertiefung 36 in der äußeren Mantelfläche 42 des Gleitringes 15.
Das Federelement 18 ist mit seinem Zylinderabschnitt 24 in der Vertiefung 25 in der inneren Mantelfläche 37 des Gleitringes 14 befestigt. Der an den Zylinderabschnitt 24 anschließende Randabschnitt 23 liegt über seine radiale Breite am Gleitring 14 an und ist mit ihm verbunden. Der gegenüberliegende Randabschnitt 20 des Federelementes 18 liegt an der Innenseite 21 der Hülse 10 an, vorzugsweise über seine gesamte radiale Breite.
Die Anbindung der Federelemente 18, 19 an das Gehäuse 1, an die Hülse 10 sowie an die Gleitringe 14, 15 kann, wie anhand der vorigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, kraft-, form- und/oder stoffschlüssig erfolgen. Die Federelemente 18, 19 können, wie in 8, dargestellt, asymmetrisch angeordnet sein. Es ist aber ebenso die symmetrische Anordnung der Federelemente 18, 19 möglich, wie sie beispielhaft in den 2, 4 und 7 dargestellt ist.
Die Gleitringe 14, 15 können auch bei dieser Ausführungsform unterschiedlich gestaltet sein, um die Federkennlinie der Federelemente 18, 19 zu beeinflussen, wie beispielhaft anhand der 5 und 6 beschrieben worden ist.
Die Hülse 10 mit dem zylindrischen Mantel 11, dem Ringflansch 12 und dem zylindrischen Mantel 41 bildet in vorteilhafter Weise eine Aufnahme für einen Signalgeber eines Drehgebers.
Bei der Ausführungsform gemäß 8 wird dieser mechanische Signalgeber in die Hülse 10 eingesetzt und in geeigneter Weise befestigt.
Die 9 und 10 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher der Signalgeber 43 in die Hülse 10 integriert und einstückig mit ihr ausgebildet ist. Die Gleitringdichtung gemäß den 9 und 10 ist im Übrigen gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel gemäß 8. Der mechanische Signalgeber 43 ist zylindrisch ausgebildet und Teil eines (nicht dargestellten) Drehgebers, mit dem die Position und auch die Zahl der Umdrehungen der Welle 6 gemessen und erfasst werden kann. Da die mechanischen Drehgeber 43 an sich bekannt sind, werden sie auch nicht näher beschrieben.
Bei der Gleitringdichtung gemäß 11 ist auf der Außenseite des Mantels 41 der Hülse 10 ein Signalgeber 44 vorgesehen. Er hat vorteilhaft gleiche axiale Breite wie der Mantel 41 und ist mit einer magnetisch funktionalen Beschichtung in Form einer Codierschicht versehen. Sie weist eine Magnetspur auf, die mehrere magnetische Nord- und Südpole aufweist. Auch mit einer solchen Gestaltung eines Signalgebers kann die Position der Welle 6 sowie die Zahl der Umdrehungen der Welle 6 erfasst werden, da der Signalgeber 44 mit der Welle 6 mitdreht.
Im Übrigen ist die Gleitringringdichtung gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel gemäß 8. Der auf der Welle 6 sitzende Mantel 11 der Hülse 10 erstreckt sich axial so weit, dass die beiden Gleitringe 14, 15 radial nach innen durch den Mantel 11 abgedeckt sind.
Die 12 bis 18 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Federelementen. Dabei ist nur der eine Gleitring 15 und das eine Federelement 19 der Gleitringdichtung dargestellt. Der andere Gleitring 14 und das andere Federelement 18 können entsprechend gestaltet sein.
Der Gleitring 15 der Gleitringdichtung gemäß 12 weist an seiner radial inneren Mantelfläche 38 die Vertiefung 36 auf, die zur Stirnseite 40 und zur Mantelfläche 38 des Gleitringes 15 offen ist. Das Federelement 19 ist im Unterschied zu den vorigen Ausführungsformen als massives Elastomerbauteil ausgebildet, das gleichzeitig die Dichtfunktion sowie die Federfunktion übernimmt. Das Federelement 19 hat die radiale Stirnfläche 62, mit der es unter Axialkraft dichtend an der radialen Stirnfläche 40 des Gleitringes 15 anliegt. Das Federelement 19 ist mit einem ringförmigen Vorsprung 45 versehen, der in die Vertiefung 36 des Gleitringes 15 eingreift. Die radiale Dicke des Vorsprunges 45 entspricht der radialen Tiefe der Vertiefung 36, so dass am Übergang zwischen dem Gleitring 15 und dem Federelement 19 eine durchgehende Zylinderfläche gebildet wird. Das Federelement 19 liegt mit seiner der Stirnfläche 62 gegenüber liegenden Stirnseite 63 an der Innenseite 35 des Gehäusebodens 3 an. Vorteilhaft erstreckt sich die Stirnseite 63 bis zum Rand 7 des Gehäusebodens 3.
Der Gleitring 15 und das Federelement 19 haben radialen Abstand vom Mantelabschnitt 2b des Gehäuses 1 und von der Welle 6.
Das Federelement 19 ist zumindest in Axialrichtung elastisch nachgiebig ausgebildet. Dadurch kann mit ihm eine Axialkraft auf den Gleitring 15 ausgeübt werden, so dass die beiden Stirnflächen 40, 62 fest aneinander liegen.
Die Anbindung des Federelementes 19 an das Gehäuse 1 sowie an den Gleitring 15 kann in der beschriebenen Weise kraft-, form- und/oder stoffschlüssig erfolgen. Auch mit solchen Federelementen ist eine asymmetrische und symmetrische Bauweise der Gleitringdichtung möglich. Auch können die Gleitringe 14, 15 im Hinblick auf die Beeinflussung der Kennlinie des elastomeren Federelementes 19 unterschiedlich gestaltet werden.
Bei der Ausführungsform gemäß 13 ist das elastomere Federelement 19 membranartig ausgebildet. Entsprechend der vorigen Ausführungsform erfüllt es sowohl die Dicht- als auch die Federfunktion.
Das Federelement 19 hat einen zylindrischen Endabschnitt 46, der in die Vertiefung 36 an der radial inneren Mantelfläche 38 des Gleitringes 15 eingreift. An den Endabschnitt 46 schließt ein kegelförmiger Membranteil 47 an, der mit einem radialen Endabschnitt 48 den Gehäuseboden 3 innen- und außenseitig über einen Teil seiner radialen Breite übergreift. Um dem Membranteil 47 eine ausreichende Steifigkeit zu verleihen, liegt er über einen Teil seiner Außenseite 49 an einer Kegelfläche 50 des Gleitringes 15 an. Sie ist an einem ringförmigen Vorsprung 51 vorgesehen, der über die Stirnseite 40 des Gleitringes 15 vorsteht. Das elastische, membranartige Federelement 19 kann kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Gleitring 15 sowie dem Gehäuse 1 verbunden werden. Zumindest der kegelförmige Membranteil 47 des Federelementes 19 besteht aus elastischem bzw. elastomerem Material. Auch mit einem solchen Federelement 19 wird eine schwimmende Aufhängung des Gleitringes 15 erreicht.
Wie bei der vorigen Ausführungsform kann auch der andere Gleitring mittels eines derartigen membranartigen Federelementes schwimmend aufgehängt sei. Es ist aber auch möglich, entsprechend der vorigen Ausführungsform für den anderen Gleitring 14 ein Federelement entsprechend den vorigen Ausführungsbeispielen zu verwenden. Die Gleitringe 14, 15 können asymmetrisch sowie symmetrisch angeordnet werden sowie zur Beeinflussung der Kennlinie des elastomeren Federelementes unterschiedliche Formen haben.
Bei der Ausführungsform gemäß 14 ist das Federelement 19 im Axialschnitt etwa v-förmig ausgebildet. Es kann kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Gleitring 15 sowie dem Gehäuseboden 3 verbunden werden. Das Federelement 19 hat den zylindrischen Endabschnitt 31, mit dem es in die Vertiefung 36 in der inneren Mantelfläche 38 des Gleitringes 15 eingreift. Der an den Zylinderabschnitt 31 anschließende Randabschnitt 32 des Federelementes 19 liegt an der Stirnseite 40 des Gleitringes 15 an und ist über einen im Axialschnitt v-förmigen Balgabschnitt 33 mit dem anderen Randabschnitt 34 verbunden, der an der Innenseite 35 des Gehäusebodens 3 anliegt. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, dass der Randabschnitt 34 nicht radial nach innen über den Rand 7 des Gehäusebodens 3 vorsteht.
Der v-förmige Balgabschnitt 33 kann als elastisches Gelenk angesehen werden, das während des Einsatzes der Gleitringdichtung auftretende Bewegungen des Gleitringes 15 ausgleichen kann.
Für den anderen Gleitring 14 kann ein gleichartig ausgebildetes Federelement 18 eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, für diesen Gleitring 14 eines der Federelemente entsprechend den vorhergehenden Ausführungsformen zu verwenden. Die Anbindung der Federelemente 18,19 an die beiden Gleitringe 14, 15 kann asymmetrisch, aber auch symmetrisch erfolgen, wie beispielhaft anhand der 1 und 2 beschrieben worden ist. Weiterhin können die Gleitringe 14, 15 zur Beeinflussung der Kennlinie des elastomeren Federelementes 19 unterschiedlich gestaltet sein, wie anhand der 5 und 6 beispielhaft beschrieben worden ist.
15 zeigt eine Ausführungsform eines Federelementes 19, das entsprechend der vorigen Ausführungsform im Axialschnitt etwa v-förmig ausgebildet ist. Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform ist anstelle der v-Spitze ein im Axialschnitt etwa halbkreisförmiges Gelenkstück 52 vorgesehen, das einen elastischen Gelenkabschnitt bildet. Im Übrigen ist das Federelement 19 gleich ausgebildet wie bei der vorigen Ausführungsform. Der v-förmige Balgabschnitt 33 erstreckt sich entsprechend der vorigen Ausführungsform im Bereich zwischen dem Gleitring 15 und dem Gehäuseboden 3 radial nach außen in Richtung auf den Mantel 2 des Gehäuses 1. Das Federelement 19 hat wie der Gleitring 15 ausreichenden Radialabstand vom Gehäusemantel 2. Vorteilhaft erstreckt sich der Balgabschnitt 33 des Federelementes 19 bis etwa in Höhe der zylindrischen äußeren Mantelfläche 53 des Gleitringes 15. Wie das vorige Ausführungsbeispiel zeigt, kann der Balgabschnitt 33 des Federelementes 19 in Radialrichtung auch gegenüber der Mantelfläche 53 zurückstehen.
Wie bei der vorigen Ausführungsform kann das Federelement 19 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Gleitring 15 und dem Gehäuseboden 3 verbunden sein. Die Anbindung der Federelemente an die beiden Gleitringe 14, 15 kann asymmetrisch, aber auch symmetrisch erfolgen, wie beispielhaft anhand der 1 und 2 beschrieben worden ist. Weiterhin können die Gleitringe 14, 15 zur Beeinflussung der Kennlinie des elastomeren Federelementes 19 unterschiedlich gestaltet sein, wie anhand der 5 und 6 beispielhaft beschrieben worden ist.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 16 hat das Federelement 19, mit dem der Gleitring 15 schwimmend aufgehängt wird, mindestens einen elastischen Gelenkabschnitt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 19 mit zwei elastischen Gelenkabschnitten 54, 55 versehen. Sie werden dadurch gebildet, dass der Balgabschnitt 33 des Federelementes 19 im Axialschnitt etwa s-förmig gekrümmt ausgebildet ist. Das Federelement 19 ist mit dem radial verlaufenden Randabschnitt 32 an der Stirnseite 40 nahe der inneren Mantelfläche 38 des Gleitringes 15 befestigt. Der andere Endabschnitt 48 umgreift den Boden 3 des Gehäuses 1 über einen Teil seiner radialen Breite innen- und außenseitig.
Das Federelement 19 ist ein elastisches Bauteil, das sowohl eine Feder- als auch eine Dichtfunktion erfüllt. Die Federwirkung wird durch Deformationsvorgänge des elastischen Federelementes 19 realisiert. Die beiden Gelenkabschnitte 54, 55 haben im Axialschnitt Bogenform und erstrecken sich über den Umfang des Federelementes 19.
Das Federelement 19 kann wiederum kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Gleitring 15 und dem Gehäuseboden 3 verbunden werden. Das Federelement 19 kann bei einer symmetrischen sowie einer asymmetrischen Anordnung eingesetzt werden. Auch kann ein solches Federelement 19 bei Gleitringen verwendet werden, deren Form zur Beeinflussung der Kennlinie des elastomeren Federelementes 19 gestaltet ist.
Die Gleitringdichtung gemäß 17 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 2. Der Unterschied besteht darin, dass der Balgabschnitt 22 des Federelementes 18 mit einer Verdickung 56 versehen ist. Sie ist im Axialschnitt kreisförmig ausgebildet, erstreckt sich über den Umfang des Balgabschnittes 22 und steht radial nach außen und radial nach innen über den Balgabschnitt 22 vor. Die Verdickung 56 befindet sich am höchsten Punkt des Balgabschnittes 22. Er ragt von der Hülse 10 aus radial nach außen in Richtung auf den Gehäusemantel 2.
Mittels der Verdickung 56 kann die Massenverteilung des Federelementes 18 variiert bzw. geändert werden. Dies kann dazu genutzt werden, den Dichtspalt zwischen den beiden Gleitringen 14, 15 gezielt zu beeinflussen. Bei einer Ausbildung des Federelementes 19 gemäß 17 bewirkt die im Einsatz der Gleitringdichtung auf das Federelement 18 wirkende Fliehkraft eine spaltöffnende Kraft zwischen den beiden Gleitringen 14, 15.
Die Gleitringdichtung nach 18 entspricht im Wesentlichen der Gleitringdichtung gemäß 1. Der Unterschied besteht darin, dass das Federelement 18 im Bereich seines Balgabschnittes 22 mit der Verdickung 56 versehen ist, die entsprechend der vorigen Ausführungsform ausgebildet ist. Da sich der Balgabschnitt 22 in Richtung auf die Hülse 10 erstreckt, wird durch die Verdickung 56 beim Drehen des Gleitringes 14 unter Fliehkrafteinwirkung eine spaltschließende Kraft zwischen den beiden Gleitringen 14, 15 erzeugt.
Die Verdickung 56 der Gleitringdichtungen gemäß den 17 und 18 ist lediglich als ein Beispiel einer Masseverteilung anzusehen. Je nach den Anforderungen an die Gleitringdichtung kann die Masseverteilung unterschiedlich gewählt und/oder ausgebildet werden. Die Verdickungen 56 lassen sich bereits bei der Herstellung der Federelemente 18 vorsehen.
Anhand der 19 und 20 wird beispielhaft beschrieben, dass zumindest der eine Gleitring 14, 15 mit aerodynamischen Strukturen versehen werden kann. Durch sie wird bei Drehung des entsprechenden Gleitringes ein Luftpolster zwischen den beiden Gleitringen 14, 15 erzeugt. Dieses Luftpolster führt dazu, dass die Gleitringe 14, 15 gegen die Kraft der Federelemente 18, 19 axial auseinandergedrückt werden. Die Gleitringdichtung stellt dann eine gasgeschmierte Dichtung dar.
19 zeigt beispielhaft eine aerodynamische Struktur in der Stirnfläche 16, 17 des Gleitringes 14, 15. Diese Struktur wird durch Nuten 57 gebildet, die sich vom äußeren Rand 58 der Stirnfläche 16, 17 aus in Richtung auf den inneren Rand 59 spiralförmig erstrecken. Die Nuten 57 enden mit Abstand vom inneren Rand 59, so das zwischen dem Nutenende und dem inneren Rand 59 ein nutenfreier Bereich 60 gebildet wird, der einen Dichtdamm bildet, der sich über den Umfang der Stirnfläche 16, 17 des Gleitringes erstreckt. Die Nuten 57 haben über ihre Länge gleiche Breite. Die Nuten 57 können sich vom äußeren Rand 58 aus im Uhrzeigersinn erstrecken, wie dargestellt, aber auch entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufend vorgesehen sein. Der Dichtdamm 60 sorgt bei Stillstand des Gleitringes, also im statischen Fall, für die Dichtheit.
Bei der Ausführungsform gemäß 20 sind die Nuten 57 als spitz zulaufende v-Nuten ausgebildet, die sich vom äußeren Rand 58 aus erstrecken und spiralig verlaufen. Die V-Spitze 61 der Nuten 57 endet mit Abstand vom inneren Rand 59, wodurch entsprechend der vorigen Ausführungsform der umlaufende Dichtdamm 60 gebildet wird. Die Nuten 57 verlaufen vom äußeren Rand 58 aus entgegen dem Uhrzeigersinn. Sie können selbstverständlich auch im Uhrzeigersinn geneigt angeordnet sein.
Die aerodynamischen Strukturen können sich auch vom inneren Rand 59 aus nach außen erstrecken, wobei in diesen Falle der nutenfreie Dichtdamm 60 längs des äußeren Randes 58 verläuft.
Die Nuten 57 können eine beliebige Formgebung haben, je nach Einsatzfall der Gleitringdichtung.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen können Vibrationen der Welle 6 bzw. Vibrationen des die Welle 6 enthaltenden Antriebsstranges sowie auch aus den allgemeinen Betriebsbedingungen heraus durch die elastischen Federelemente 18, 19 kompensiert werden. Axiale Auslenkungen der Welle 6 werden auf beide Federelemente 18, 19 aufgeteilt und kompensiert. Dies folgt dem Gesetz von in Reihe geschalteter Federn. Im sich einstellenden Kräftegleichgewicht verhalten sich die Auslenkungen der Federelemente 18, 19 umgekehrt proportional zum Verhältnis der Federsteifigkeiten. Bei gleicher Federsteifigkeit beider Federelemente 18, 19 sind demnach auch die Auslenkungen beider Federelemente 18, 19 identisch. In diesem Fall entspricht die Auslenkung jedes der beiden Federelemente 18, 19 der halben axialen Auslenkung der Welle 6. Es werden beide Federelemente 18, 19 entsprechend der Bewegungsrichtung der Welle 6 gleichermaßen komprimiert oder entlastet. Dadurch lässt sich die Betriebspunktabhängigkeit der Dichtungsfunktion verringern.
Je nach Einsatzfall kann es vorteilhaft seien, beide Federelemente 18, 19 mit unterschiedlichen Federsteifigkeiten (Federraten) auszulegen. So ist es beispielsweise möglich, dass das mit der Welle 6 rotierende Federelement zur Kompensation von Fliehkrafteffekten eine höhere Federsteifigkeit aufweist als das nicht rotierende Federelement.
Aufgrund der beschriebenen Ausbildung können bei entsprechender Auslegung der Gleitringe 14, 15 Ebenheitsprobleme an den Stirn- bzw. Gleitflächen 16, 17 durch die Federelemente 18, 19 ausgeglichen werden. Unter Auslegung der Gleitringe 14, 15 ist beispielsweise die Dicke oder das Material der Gleitringe zu verstehen. Hierfür ist es erforderlich, dass die Federelemente 18, 19 eine möglichst konstante Krafteinleitung auf die aneinanderliegenden Stirnflächen 16, 17 der Gleitringe 14, 15 erzeugen. Unebenheiten der Gleitringe 14, 15 an den Stirnflächen 16, 17 werden dann im statischen Falle, d.h., bei nicht drehendem Gleitring, durch die einander entgegenwirkenden und über den Umfang möglichst kontanten Federkräfte ausgeglichen. Bei drehender Welle, also im dynamischen Zustand, stehen die Federkräfte im dynamischen Gleichgewicht mit dem Druckzustand im Dichtspalt 16, 17 zwischen den beiden Gleitringen 14, 15. Dann werden Unebenheiten der Stirnflächen 16, 17 auch im dynamischen Zustand ausgeglichen. Außerdem können mit den Federelementen 18, 19 auch thermische und/oder mechanische Deformationen der Gleitringe 14, 15 ausgeglichen werden.
Unebenheiten in den Stirnflächen 16, 17 der Gleitringe 14, 15 können besonders einfach bei einer Ausführungsform entsprechend 7 ausgeglichen werden, bei der die Gleitringe 14, 15 durch eine Folie oder eine Beschichtung der Federelemente 18, 19 gebildet wird.
Bei den Ausführungsformen gemäß den 7a und 7b können die Förderelemente 18, 19 auch eine Formgebung entsprechend den 12 bis 16 aufweisen. Mit den Federelementen 18, 19 können entsprechend den Ausführungsformen gemäß den 17 und 18 Fliehkrafteffekte durch eine ungleichmäßige Masseverteilung genutzt werden, wie anhand der 17 und 18 erläutert ist.
Die Federelemente 18, 19 können, wie anhand der vorigen Ausführungsbeispiele erläutert worden ist, in symmetrischer oder in asymmetrischer Weise angeordnet sein.
Montagebedingte, maßlich schwer beherrschbare Abweichungen können durch die schwimmende Aufhängung der beiden Gleitringe 14, 15 durch ein Federelement vermieden bzw. kompensiert werden, das als elastisches Bauteil Feder- und Sekundärdichtungseigenschaften übernimmt. Solche Federelemente sind beispielhaft anhand der 12 bis 16 erläutert und beschrieben worden. Mit solchen Federelementen lassen sich Schrägstellungen der Gleitringe 14, 15 weitestgehend vermeiden bzw. kompensieren.
Der Einsatz solcher elastischer Federelemente 18, 19 ermöglicht die Funktion einer Sekundärdichtung, die von Fertigungstoleranzen nahezu unabhängig ist. Bei Gleitringen haben die Fertigungstoleranzen der Bauteile gro-ße Auswirkung auf die radiale Verpressung und damit auch auf die axialen Verschiebkräfte. Die elastischen Federelemente, wie sie anhand der 12 bis 16 beispielhaft beschrieben sind, sind nur von den axialen Deformationskräften abhängig. Am drehenden Federelement lässt sich der Fliehkrafteffekt vorteilhaft ausnutzen, der anhand der 17 und 18 beispielhaft beschrieben worden ist. Je nach Einordnung und Ausbildung des Federelementes 18 lässt sich die Fliehkraft als zusätzlich öffnende oder schließende Kraft (zusätzlicher axialer Kraftanteil, zusätzlich dichtspaltöffnend oder dichtspaltschließend) nutzen.
Generell lassen sich alle zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Federelemente aus elastischem Material ausbilden. Daher ist die Ausführung der Federelemente als Metall-, Kunststoff- und/oder Elastomer- und/oder Verbundwerkstoffbauteil umsetzbar. Die Federelemente übernehmen gleichzeitig die Federfunktion und Dichtfunktion.

Claims

Gleitringdichtung mit zwei Gleitpartnern (14, 15; 23, 32), die eine Gleitpaarung bilden, die mit Dichtflächen (16, 17) unter Bildung eines Dichtspaltes aneinander liegen und von denen der erste Gleitpartner (14, 15; 23, 32) drehfest mit einem drehenden Maschinenteil (6) und der zweite Gleitpartner drehfest mit einem stehenden Maschinenteil (9) verbunden sind und beide Gleitpartner (14, 15; 23, 32) unabhängig voneinander über jeweils wenigstens ein Federelement (18, 19) so schwimmend gelagert sind, dass die Gleitpartner (14, 15; 23, 32) axial gegeneinander belastet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (18, 19) des ersten Gleitpartners (14, 15; 23, 32) mit seinem von diesem ersten Gleitpartner abgewandten Ende an einem nach außen gerichteten Ringflansch (12) einer Hülse (10) befestigt ist, die drehfest auf dem drehenden Maschinenteil (6) sitzt, und dass das Federelement (18, 19) des zweiten Gleitpartners (14, 15; 23, 32) mit seinem von diesem zweiten Gleitpartner abgewandten Ende an einem nach innen gerichteten Ringflansch (3) eines Gehäuses (1) befestigt ist, das mit dem stehenden Maschinenteil (9) drehfest verbunden ist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gleitpartner (14, 15; 23, 32) jeweils so schwimmend gelagert sind, dass in jeder Axialstellung der Gleitpartner (14, 15; 23, 32) auf den Dichtspalt (16, 17) die gleiche Axialkraft wirkt.
Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (18, 19) in unterschiedlicher radialer Breite an den voneinander abgewandten Stirnseiten (26, 40) der Gleitpartner (14, 15) angreifen.
Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (18, 19) auf gleicher radialer Breite an den voneinander abgewandten Stirnseiten (26, 40) der Gleitpartner (14, 15) angreifen.
Gleitringdichtung nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gleitpartner (23, 32) durch einen Abschnitt des Federelementes (18, 19) selbst gebildet ist.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (18, 19) im Axialschnitt im Querschnitt etwa U-Form haben.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (18, 19) mindestens einen Balgabschnitt (22, 33) aufweisen.
Gleitringdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Balgabschnitt (22, 33) im Axialschnitt teilkreisförmig verläuft.
Gleitringdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Balgabschnitt (22, 33) im Axialschnitt etwa V-förmig ausgebildet ist.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (18, 19) mit einem Membranabschnitt versehen sind.
Gleitringdichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranabschnitt im Axialschnitt etwa s-förmig gekrümmt verläuft.
Gleitringdichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranabschnitt wenigstens einen, vorzugsweise zwei Gelenkabschnitte (54, 55) aufweist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkabschnitte (54, 55) aneinander anschließen.
Gleitringdichtung nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (18, 19) ein massives, in Axialrichtung elastisch verformbares Elastomerteil ist.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das eine Federelement (18, 19) zur Erzeugung einer auf den Dichtspalt (16, 17) wirkenden Kraft eine ungleiche Masseverteilung hat.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, das die Federkennlinie des Federelementes (18, 19) durch entsprechende geometrische Gestaltung wenigstens des einen Gleitpartners (14, 15) beeinflussbar ist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitpartner (14,15) als Folien oder Beschichtungen ausgebildet sind, die sich auf nebeneinander liegenden Abschnitten (23, 32) der Federelemente (18, 19) befinden.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanischer Signalgeber (43) in einen auf dem drehenden Maschinenteil (6) drehfest sitzenden Träger (10) integriert ist, insbesondere einstückig mit ihm ausgebildet ist.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetischer Signalgeber in Form einer Codierschicht (44) auf einem auf dem drehenden Maschinenteil (6) drehfest sitzenden Träger (10) aufgebracht ist.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Gleitpartner (14, 15) über das Federelement (18, 19) an einem auf dem drehenden Maschinenteil (6) drehfest sitzenden Träger (10) aufgehängt ist.