DE102008038396A1

DE102008038396A1 - Sliding ring for a mechanical seal

Info

Publication number: DE102008038396A1
Application number: DE102008038396A
Authority: DE
Inventors: Oliver Nöll
Original assignee: SURCOATEC INTERNAT AG; SURCOATEC INTERNATIONAL AG
Current assignee: SURCOATEC AG, CH
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2010-02-25
Also published as: WO2010020394A1; EP2350504A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleitring 2 für eine Gleitringdichtung, mit wenigstens einer auf einer Oberseite des Gleitrings 2 angeordneten Nut 1, wobei die Nut 1 einen auf die Umfangsseite des Gleitrings 2 führenden Zuführungsbereich 3 umfasst, wobei der Zuführungsbereich 3 der Nut 1 eine Querschnittsverengung umfasst. Damit wird der durch eine Nut hervorgerufene Lift-off-Effekt weiter verbessert und die Reibung einer Gleitringdichtung wesentlich verkleinert. Zudem erhöht sich die Lebensdauer solcher Dichtungen beträchtlich.The invention relates to a sliding ring 2 for a mechanical seal, with at least one arranged on an upper side of the sliding ring 2 groove 1, wherein the groove 1 comprises a leading to the peripheral side of the sliding ring 2 feed region 3, wherein the feed region 3 of the groove 1 comprises a cross-sectional constriction. Thus, the caused by a groove lift-off effect is further improved and significantly reduces the friction of a mechanical seal. In addition, the life of such seals increases considerably.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleitring für eine Gleitringdichtung, mit wenigstens einer auf einer Oberseite des Gleitrings angeordneten Nut.The Invention relates to a sliding ring for a mechanical seal, arranged with at least one on an upper side of the sliding ring Groove.

Gleitringe und Gegenringe sind die beiden Hauptkomponenten einer Gleitringdichtung. Als Gleitring wird der axial bewegliche Dichtring einer Gleitringdichtung bezeichnet. Er wird in der Regel von einer Feder an den Gegenring gepresst. Der Gegenring sitzt meist starr im stationären Teil bzw. im Gehäuse, der Gleitring hingegen ist meist auf der rotierenden Welle befestigt. Gleitring und Gegenring stehen in vielen Fällen ständig im Kontakt. Man bezeichnet sie auch als Gegenlaufpaare. Sie können aus dem gleichen Material bestehen, oft bilden aber auch unterschiedliche Werkstoffe die Gegenlaufpaare.Glide and counter rings are the two main components of a mechanical seal. As a sliding ring is the axially movable sealing ring of a mechanical seal designated. He is usually from a spring to the counter ring pressed. The mating ring is usually rigid in the stationary Part or in the housing, the sliding ring, however, is usually attached to the rotating shaft. Slide ring and counter ring stand in many cases constantly in contact. One designates they also as Gegenlaufpaare. They can be from the same Material exist, but often also form different materials the mating pairs.

Als Gleitring oder Gegenring kommen eine Reihe unterschiedlicher Werkstoffe in Frage, die sich in vier Hauptgruppen unterteilen lassen: Kohlenstoffwerkstoffe, keramische Materialien, metallische Werkstoffe und Kunststoff. Zur Gruppe der Kohlenstoffwerkstoffe gehören u. a. Kohlenstoff-Graphit, Elektrographit und kunstharzgebundener Kohlenstoff. Zur zweiten Gruppe, der Gruppe der keramischen Materialien, gehören u. a. Siliziumcarbid, Aluminiumoxid und Wolframcarbid. Zur dritten Gruppe, der Gruppe der metallischen Werkstoffe gehören u. a. Stahl, Grauguss und Chromguss. Zur letzten Gruppe, der vierten Gruppe, gehört beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE).When Sliding ring or counter ring come a number of different materials which can be divided into four main groups: carbon materials, ceramic materials, metallic materials and plastic. to Group of carbon materials include u. a. Carbon graphite, electrographite and resin-bonded carbon. To the second group, the group of ceramic materials, include u. a. silicon carbide, Alumina and tungsten carbide. To the third group, the group The metallic materials are u. a. Steel, gray cast iron and chrome casting. Belongs to the last group, the fourth group For example, polytetrafluoroethylene (PTFE).

Im Folgenden wird hauptsächlich auf die keramischen Materialien eingegangen. Diese haben aufgrund ihrer guten tribologischen Eigenschaften als harter Partner in Gleitringdichtungen die metallischen Werkstoffe, wie Chromguss, Chrom-Molybdänguß und Chrom-Nickel-Molybdänstahl, abgelöst. Neben Aluminiumoxid und Wolframcarbid hat hier vor allem das Siliciumcarbid aufgrund seiner ausgezeichneten Eigenschaften größte Bedeutung erlangt. Siliciumcarbid ist leicht (Dichte: 3 g/cm³) und extrem hart (Vickershärte: 1500 bis 3000 HV). Damit ist Siliziumcarbid sehr verschleißfest, sehr gut wärmeleitfähig und verfugt über eine etwa doppelt so großes Elastizitätsmodul wie Chromstahl. Des Weiteren weist Siliziumcarbid eine sehr gute chemische Beständigkeit und Korrosionsfestigkeit auf. Aufgrund der Bedeutung von Siliziumcarbid wurden inzwischen eine Reihe weiterer Spezialkeramiken auf Basis des Siliziumcarbids entwickelt.In the following, the main focus will be on the ceramic materials. Due to their good tribological properties, they have replaced the metallic materials, such as chrome casting, chrome molybdenum nut and chromium-nickel-molybdenum steel, as hard partners in mechanical seals. In addition to aluminum oxide and tungsten carbide, silicon carbide has acquired the greatest importance here because of its excellent properties. Silicon carbide is light (density: 3 g / cm ³ ) and extremely hard (Vickers hardness: 1500 to 3000 HV). This silicon carbide is very wear-resistant, very good thermal conductivity and has about twice as large elastic modulus as chrome steel. Furthermore, silicon carbide has a very good chemical resistance and corrosion resistance. Due to the importance of silicon carbide, a number of other specialty ceramics based on silicon carbide have been developed.

Wichtig bei der Auslegung von Gleitringdichtungen ist die Materialauswahl. Die Art der Paarung hängt stark von den Einsatzbedingungen ab. Zur Abdichtung gasförmiger Medien etwa empfehlen sich Hart-Weich-Paarungen. In abrasiven Medien sind wiederum eher verschleißfeste Hart-Hart-Paarungen gefordert. Die Auswahl der geeigneten Werkstoffpaarung für die Gleitringdichtung muss sehr sorgfältig erfolgen.Important in the design of mechanical seals is the choice of materials. The type of mating depends heavily on the conditions of use from. For sealing gaseous media, for example, hard-soft pairings are recommended. In abrasive media, in turn, are more wear resistant Hard-hard pairings required. The selection of the suitable material combination for the mechanical seal must be very carefully respectively.

Gleitringdichtungen werden auch dynamische Dichtungen genannt und übernehmen die Abdichtung rotierender Wellen gegenüber einer Wand, die beispielsweise zu einem Maschinengehäuse gehört. Hauptkomponenten sind die bereits erwähnten aufeinander gleitenden Bauteile, der meist befederte Gleitring und ein Gegenring. Einer der beiden Ringe sitzt starr im stationären Teil, d. h. im Gehäuse, der andere ist mit Hilfe von Verdrehsicherungsstiften auf der rotierenden Welle befestigt. Die Flächen zwischen diesen beiden Teilen sind abhängig von der Art der Gleitringdichtung zumeist plan und bestehen in der Regel aus Kohlenstoff-Graphit-Werkstoffen, Metall, Keramik, Kunststoff oder kunstharzgebundenem Kohlenstoff.Mechanical seals are also called dynamic seals and take over the sealing of rotating waves against a wall, the for example, belongs to a machine housing. Main components are the already mentioned successive ones sliding components, the most feathered sliding ring and a counter ring. One of the two rings sits rigidly in the stationary part, d. H. in the case, the other is with the help of anti-rotation pins attached to the rotating shaft. The areas between These two parts are dependent on the type of mechanical seal mostly plan and usually made of carbon graphite materials, Metal, ceramic, plastic or resin-bonded carbon.

Es lassen sich zwei Gruppen von Gleitringdichtungen unterscheiden: die axiale und die radiale Gleitringdichtung. Als Sonderformen der axialen Gleitringdichtung gelten die Speisekopfdichtungen, die auch Dampfkopfdichtungen genannt werden, und Kugelhahndichtungen. Die radialen Dichtungen lassen sich in Spaltdichtungen und Berührungsdichtungen unterteilen.It Two groups of mechanical seals can be distinguished: the axial and the radial mechanical seal. As special forms of the axial mechanical seal apply the feedhead seals, which also Steam head seals are called, and ball valve seals. The Radial seals can be in gap seals and contact seals divide.

Die einander gegenüberliegenden axialen oder radialen Dichtungsflächen rotieren relativ zueinander und bilden einen primären Dichtspalt. Zwischen den Dichtflächen erzeugt das umgebende Medium je nach Aggregatzustand einen flüssigen oder gasförmigen Schmierfilm. Die Abdichtung der Gleitringdichtungsteile gegenüber Welle bzw. Gehäuse erfolgt in der Regel mit Nebendichtungen in Form von zusätzlichen O-Ringen oder Manschetten. Insofern bestehen Gleitringdichtungen im Prinzip aus fünf Bauteilen: dem Gleitring, dem Gegenring, der Befederung sowie je einer Nebendichtung. Je nach Bauart der Dichtungen kann sich die Anzahl der Bauteile reduzieren oder auch deutlich erhöhen.The opposite axial or radial sealing surfaces rotate relative to each other and form a primary sealing gap. Between the sealing surfaces creates the surrounding medium Depending on the state of matter a liquid or gaseous Lubricating film. The sealing of the mechanical seal parts opposite Shaft or housing is usually with secondary seals in the form of additional o-rings or cuffs. Insofar exist Mechanical seals in principle of five components: the Sliding ring, the mating ring, the feathering and each a secondary seal. Depending on the design of the seals, the number of components can be reduced or increase significantly.

Mit Hart-Weich-Paarung wird eine Kombination von Gleitteilen bezeichnet, in der einer der Gleitpartner deutlich weicher ist als der andere, dadurch leichter verschleißt, aber auch bessere Notlaufeigenschaften bei ungünstigen Schmierungsverhältnissen aufweist. Bei Hart-Hart-Paarungen sind beide Gleitringe aus hartem und verschleißfestem Material. Diese Paarung wird vor allem bei abrasiven Produkten eingesetzt, hat aber schlechter Notlaufeigenschaften. Für die Dichtheit und den Verschleiß sind neben der Materialpaarung vor allem auch die absolut plane Ausführung der Gleitflächen sowie die Rautiefe von entscheidender Bedeutung. Sie werden daher in der Regel u. a. geläppt und poliert.With Hard-soft pairing is a combination of sliding parts, in which one of the sliding partners is significantly softer than the other, thus easier to wear, but also better emergency running properties having unfavorable lubrication conditions. In Hart-Hart pairings, both slip rings are hard and wear resistant Material. This pairing is mainly used for abrasive products, but has poor emergency running properties. For the tightness and the wear are in addition to the material pairing above all also the absolutely flat design of the sliding surfaces as well as the roughness depth of crucial importance. They will therefore usually u. a. lapped and polished.

Hauptanwendungsgebiete für Gleitringdichtungen sind u. a. Pumpen für Brauchwasser, Speisewasser, Autokühler oder Klimaanlagen, Rührwerke, Zentrifugen oder Wasserturbinen. Es sind Gleitringdichtungen für Wellendurchmesser von ca. 5 bis 630 mm, Drücke von ca. 0,01 bis 300 bar, Temperaturen von ca. –200 bis +450°C und Gleitgeschwindigkeiten von bis zu ca. 150 m/s bekannt.Main applications for mechanical seals are u. a. Pumps for Service water, feed water, car radiators or air conditioners, Agitators, centrifuges or water turbines. They are mechanical seals for shaft diameters of about 5 to 630 mm, pressures from about 0.01 to 300 bar, temperatures of about -200 to + 450 ° C and sliding speeds of up to approx. 150 m / s known.

Bei den Dichtungen unterscheidet man grob in Berührungsdichtungen und berührungslose Dichtungen, sowie nach der Art der Relativbewegung der gegeneinander abzudichtenden Teile: statisch (keine Bewegung), translatorisch (hin und her) und rotatorisch (drehend). Dabei haben die Dichtungen die Aufgabe, ungewollte Stoffübergänge von einem Raum in einen anderen zu verhindern bzw. zu begrenzen. So soll beispielsweise das ungewollte Austreten oder die Vermischung von Stoffen verhindert werden, etwa um Druck- oder Temperaturänderungen zu verringern. Dichtungen können aber auch weitere Funktionen übernehmen, wie die Funktion eines elektrischen Isolators, oder zur Wärmeleitung bzw. Wärmeableitung oder Kraftübertragung dienen. Eine Gleitringdichtung gehört zur Gruppe der rotatorischen Dichtungen, da die Relativbewegung der Dichtelemente rotatorischer Art ist.at The seals are roughly different in touch seals and non-contact seals, as well as the type of relative movement the parts to be sealed against each other: static (no movement), translatory (back and forth) and rotary (turning). Have along the seals the task, unwanted fabric transitions from one room to another to prevent or limit. Thus, for example, the unwanted leakage or mixing of substances, such as changes in pressure or temperature to reduce. Gaskets can also take on additional functions, as the function of an electrical insulator, or for heat conduction or heat dissipation or power transmission serve. A mechanical seal belongs to the group of rotary Seals, as the relative movement of the sealing elements rotatory Art is.

Es ist bekannt, dass Gleitringdichtungen Nute, auch Kehlen genannt, aufweisen können. Als Nut bzw. Kehle wird eine längliche Vertiefung oder Rille bezeichnet. Die Nut kann beispielsweise rechteckigen Querschnitt aufweisen oder in Trapezform mit nach außen geschrägter Wand oder als Schwalbenschwanz ausgeführt werden. Nuten dienen beispielsweise dazu, Bauelemente zu fixieren, zu führen oder zu versenken. Im Maschinenbau dienen Nuten als „Gegenstück” zu Dichtungen.It it is known that mechanical seals Nute, also called throats, can have. As a groove or throat is an elongated Recess or groove called. The groove can be rectangular, for example Have cross section or in trapezoidal shape with outwards beveled wall or designed as a dovetail become. For example, grooves serve to fix components to lead or sink. In mechanical engineering, grooves are used as a "counterpart" to seals.

Um in den Gleitringen mit Hilfe eines Lasers, wie beispielsweise eines YAG Lasers, solche Nuten einzugravieren, nutzt man den sogenannten „Venturi-Düsen-Effekt” aus. Ohne solche Nuten würde aufgrund der großen Reibung die Gleitringdichtungen nach einer kurzen Zeit kaputt gehen.Around in the slip rings with the help of a laser, such as a YAG Lasers to engrave such grooves, one uses the so-called "Venturi nozzle effect". Without such grooves would be due to the great friction the mechanical seals break after a short time.

Eine Venturi-Düse, auch Venturi-Rohr genannt, besteht aus einem glattwandigen Rohrstück mit einer Verengung des Querschnitts beispielsweise durch zwei gegeneinander gerichtete Konen, die an der Stelle ihres geringsten Durchmessers vereint sind. An dieser Stelle ist daneben ein Abnahmerohr platziert. Fließt durch die Venturi-Düse ein gasförmiges oder flüssiges Medium, so ist an der engsten Stelle des Rohres der dynamische Druck bzw. der Staudruck maximal und der statische Druck bzw. der Ruhedruck minimal. Die Geschwindigkeit des strömenden Fluids, d. h. des fließenden Gases bzw. der Flüssigkeit, steigt im Verhältnis der Querschnitte beim Durchströmen des eingeschnürten Teils an, weil überall dieselbe Menge durchfließt. Gleichzeitig sinkt der Druck im Abnahmerohr, das genau im engen Teil sitzt. Damit entsteht ein Differenzdruck, dass dann in verschiedensten Messgeräten oder zum Ansaugen von Flüssigkeiten oder Gasen benutzt wird. Die Druckdifferenz ist bei idealen Gasen und Flüssigkeiten, d. h. bei inkompressiblen Medien und ohne Reibung, durch die Bernoulli-Gleichung gegeben.A Venturi nozzle, also called Venturi tube, consists of a smooth-walled pipe section with a narrowing of the cross section for example, by two oppositely directed cones, which at the Unit of their smallest diameter are united. At this point a pick-up tube is placed next to it. Flow through the Venturi nozzle a gaseous or liquid Medium, so at the narrowest point of the tube is the dynamic pressure or the dynamic pressure maximum and the static pressure or the static pressure minimal. The velocity of the flowing fluid, d. H. the flowing gas or liquid, increases in proportion to the cross sections when flowing through the constricted part because the same everywhere Crowd flows through. At the same time, the pressure in the sampling tube drops, that sits exactly in the narrow part. This creates a differential pressure, that then in a variety of measuring devices or for suction used by liquids or gases. The pressure difference is with ideal gases and liquids, d. H. incompressible Media and without friction, given by the Bernoulli equation.

Venturi-Düsen finden sich heutzutage in der Technik in einer Vielzahl von Anwendungen, da sie wartungsarm und kostengünstig arbeiten. Der Druck ist dort am Geringsten, wo der Querschnitt des Rohres am engsten bzw. die Strömungsgeschwindigkeit am Höchsten ist.Venturi nozzle are found in technology today in a variety of applications, because they work low maintenance and cost-effective. The pressure is there least, where the cross-section of the tube closest or the flow rate is highest.

Die US 6,446,976 B1 beschreibt Gleitringdichtungen mit genuteten Abdichtungssperren. In dieser Schrift werden T-förmige Nuten (T-Nuten) und spiralförmige Nuten (Spiralnuten) beschrieben, die mit Hilfe eines Lasers in den Gleitring „eingelasert” werden. Wie in der US 7,194,803 B2 ferner beschrieben wird, wird hierzu ein Excimer-Laser verwendet. Dieser ist beispielsweise ein Krypton-Fluorid-Laser.The US 6,446,976 B1 describes mechanical seals with grooved sealing barriers. In this document, T-shaped grooves (T-grooves) and spiral grooves (spiral grooves) are described, which are "lasered" by means of a laser in the slip ring. Like in the US 7,194,803 B2 is further described, an excimer laser is used for this purpose. This is, for example, a krypton-fluoride laser.

Die WO 2006/005359 A1 offenbart eine Gleitringdichtungsanordnung, die wenigstens ein Paar dichtend zusammenwirkender Gleitringe umfasst, von denen einer an einem rotierenden Bauteil zur gemeinsamen Drehung mit diesem montierbar ist. Der andere Gleitring ist gegenüber einem stationären Bauteil nicht-rotierend gehalten. Des Weiteren umfasst die Anordnung eine Einrichtung zur Zentrierung des rotierenden Bauteils gegenüber dem stationären Bauteil. Das in den Nuten eingreifende Zentrierungselement ist in wenigstens der im rotierenden Bauteil vorgesehenen Nut mit Spiel in radialen Ebenen aufgenommen, so dass im Ringraum ein Drosselspalt gebildet ist und ferner die Nuten relativ zueinander drehbar sind. Der Drosselspalt bewirkt eine Abdichtung eines Quensch-Fluoridraums gegenüber der Außenatmosphäre, zudem wird hierdurch eine Notdichtung geschaffen.The WO 2006/005359 A1 discloses a mechanical seal assembly comprising at least one pair of sealingly cooperating seal rings, one of which is mountable to a rotating member for rotation therewith. The other slide ring is held non-rotating relative to a stationary component. Furthermore, the arrangement comprises a device for centering the rotating component relative to the stationary component. The engaging in the grooves centering element is added in at least the groove provided in the rotating component with play in radial planes, so that in the annular space, a throttle gap is formed and further the grooves are rotatable relative to each other. The throttle gap causes a seal of a quench fluoride space with respect to the outside atmosphere, also an emergency seal is thereby created.

Problematisch sind im Stand der Technik die hohen Reibungskräfte, auch unter Einsatz der beschriebenen Nuten, die den sogenannten „Lift-off-Effekt” negativ beeinflussen. Solche Nuten, die den Lift-off-Effekt grundsätzlich unterstützen, werden „Lift-off-Nuten” genannt. Im schlimmsten Fall, d. h. bei sehr großer Reibung und/oder bei nicht vorhandenen Lift-off-Nuten, klappen Gleitring und Gegenring aufeinander, und die Motorwelle bleibt stehen. Die beschriebenen T-Nuten und Spiralnuten verkleinern die Reibung lediglich etwas, denn der Lift-off-Effekt setzt relativ spät ein.Problematic are in the prior art, the high frictional forces, too using the grooves described, the so-called "lift-off effect" negative influence. Such grooves, which basically have the lift-off effect support, are called "lift-off grooves". In the worst case, d. H. with very high friction and / or if there are no lift-off grooves, slip ring and counter ring fold each other, and the motor shaft stops. The described T-grooves and spiral grooves only reduce the friction, because the lift-off effect starts relatively late.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, die Reibung in Gleitringdichtungen weiter zu verkleinern bzw. die Reibung nahezu auszulöschen und damit den Lift-off-Effekt zu vergrößern. Somit sollen auch die Lebensdauern von solchen Gleitringdichtungen verlängert werden.It is the object of the invention to provide a way to further reduce the friction in mechanical seals or close the friction to wipe out and thus increase the lift-off effect. Thus, the life of such mechanical seals should be extended.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Gleitring für eine Gleitringdichtung, mit wenigstens einer auf einer Oberseite des Gleitrings angeordneten Nut, wobei die Nut einen auf die Umfangsseite des Gleitrings führenden Zuführungsbereich umfasst, und wobei der Zuführungsbereich der Nut eine Querschnittsverengung umfasst.These Task is solved by a sliding ring for a mechanical seal, with at least one on an upper side the sliding ring arranged groove, wherein the groove on the peripheral side comprises the slip ring leading feed area, and wherein the feed region of the groove is a cross-sectional constriction includes.

Mit „Führung des Zuführungsbereiches der Nut auf die Umfangsseite des Gleitrings” ist gemeint, dass der Zuführungsbereich der Nut so angeordnet ist, dass ein Zugang einer gewissen Tiefe auf die Nut nicht nur von der Oberseite bzw. von der Unterseite des Gleitrings sondern auch von der Umfangseite des Gleitrings möglich ist.With "leadership the feed area of the groove on the peripheral side of Slip ring "is meant that the feed area the groove is arranged so that an access of a certain depth on the groove not only from the top or from the bottom of the Sliding ring but also from the peripheral side of the sliding ring possible is.

Mit „Querschnittsverengung des Zuführungsbereichs der Nut” ist gemeint, dass der Querschnitt des Zuführungsbereiches der Nut, genauer die Querschnittsfläche parallel zu einer Oberseite des Gleitrings, erst enger und dann wieder breiter wird. Das bedeutet, dass diese Querschnittsfläche erst einen Verengungsbereich und dann einen Verbreiterungsbereich aufweist. Dazu können eingefügte besondere Strukturen verwendet werden, wie im Folgenden beschrieben, beispielsweise Schrägen oder Treppenstufen.With "cross-sectional constriction the feeding area of the groove "is meant that the cross section of the feed area of the groove, more precisely the cross sectional area parallel to an upper side of the Sliding ring, first narrower and then wider again. That means, that this cross-sectional area only a narrowing area and then has a broadening range. Can do this inserted special structures are used as in the Described below, for example bevels or steps.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Querschnittsverengung des Zuführungsbereiches eine Schräge, wie beispielsweise eine linear verlaufende Gerade, auch Einebnung oder Rampe genannt, eine Doppelschräge, eine Vielzahl von Treppenstufen und/oder eine schmetterlingsförmige Struktur. Vorzugsweise entspricht die Doppelschräge zwei aufeinanderfolgenden Schrägen mit derselben Steigung und umgekehrten Vorzeichen. Zudem sind auf den Schrägen und/oder Doppelschrägen vorzugsweise Treppenstufen ausgestaltet, die vorzugsweise miniaturformig ausgestaltet sind.According to one preferred embodiment of the invention comprises the Cross-sectional constriction of the feed area a slope, such as a linear straight line, even leveling or ramp, a double bevel, a variety of Steps and / or a butterfly-shaped structure. Preferably, the double slope corresponds to two consecutive Slopes with the same slope and opposite sign. In addition, on the slopes and / or double bevels preferably designed staircases, which preferably designed miniaturformig are.

Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die schmetterlingsförmige Struktur in den Zuführungsbereich der Nut eingelasert. Diese schmetterlingsförmige Struktur wird auch als „Schmetterlings-Laserung” bezeichnet. Vorzugsweise entspricht die schmetterlingsförmige Struktur wenigstens zwei am Zuführungsbereich der Nut gegenüberliegenden Doppelschrägen. Mit allen oben genannte Strukturen wird der Venturi-Düsen-Effekt unterstützt und damit die Reibung in einer Gleitringdichtung verringert. Zudem ist es möglich, die Strukturen auch an einem Ende der Nut anzuordnen oder verschiedene Strukturen an unterschiedlichen Bereichen der Nut zu kombinieren.According to one Another preferred embodiment of the invention the butterfly-shaped structure in the feed area lasered in the groove. This butterfly-shaped structure will also referred to as "butterfly lasers". Preferably at least corresponds to the butterfly-shaped structure two opposite to the feed of the groove Double slopes. With all the above structures will the Venturi nozzle effect supports and thus reduces the friction in a mechanical seal. It is also possible to arrange the structures at one end of the groove or different structures in different areas of the Groove to combine.

Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Querschnittsverengung eine Tiefe von ≤ 6 μm in die Umfangsseite des Gleitrings auf, vorzugsweise eine Tiefe von ≤ 2 μm in die Umfangsseite des Gleitrings.According to one Other preferred embodiment of the invention the cross-sectional constriction has a depth of ≤ 6 μm in the peripheral side of the sliding ring, preferably a depth of ≤ 2 μm in the circumferential side of the sliding ring.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist wenigstens eine begrenzende Wand der Nut eine stetig verlaufende Steigung in die Umfangsseite des Gleitrings auf. Vorzugsweise entspricht die stetig verlaufende Steigung einer linearen Steigung.According to one another preferred embodiment of the invention At least one delimiting wall of the groove has a continuous gradient in the peripheral side of the sliding ring. Preferably corresponds the continuous gradient of a linear gradient.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Boden der Nut eingelagerte Wellen zum Erhöhen des Staudrucks auf. Diese Wellen erzeugen mehr und/oder stärkere Wirbel, da sie eine Verengung bzw. eine darauffolgende Erhebung beinhalten, die ein sogenanntes „Druck/Sog-Muster” verursachen. Dadurch wird der Venturi-Düsen-Effekt noch stärker unterstützt.According to one another preferred embodiment of the invention the bottom of the groove has embedded waves for elevation of the dynamic pressure. These waves create more and / or stronger eddies, because they contain a constriction or a subsequent survey, which cause a so-called "pressure / suction pattern". This makes the Venturi nozzle effect even stronger supported.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Nut T-förmig (T-Nut), spiralförmig (Spiralnut), rechteckförmig, gekrümmt und/oder gewölbt ausgestaltet. Vorzugsweise umfasst der Gleitring ein Material aus Siliziumnitrit (SiN), Siliziumcarbid (SiC), gehärtetem Stahl und/oder ein Hartmetall. Vorzugsweise umfasst das Hartmetall Wolframnitrit (WoN) und/oder Wolframcarbid (WoC). Gemäß einem anderem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Material eine Multilayerschicht. Die Multilayerschicht umfasst vorzugsweise eine High Velocity Oxygen Fuel-Schicht (HVOF-Schicht) und/oder eine Diamond-Like-Carbon-Schicht (DLC-Schicht). Die Schichten werden vorzugsweise als Multilagen aufgetragen.According to one another preferred embodiment of the invention the groove is T-shaped (T-groove), spiral (spiral groove), rectangular, curved and / or curved designed. Preferably, the slip ring comprises a material Silicon nitride (SiN), silicon carbide (SiC), hardened Steel and / or a carbide. Preferably, the hard metal comprises Tungsten nitrite (WoN) and / or tungsten carbide (WoC). According to one Another preferred embodiment comprises the material a multilayer layer. The multilayer layer preferably comprises a high velocity oxygen fuel layer (HVOF layer) and / or a Diamond-like-carbon layer (DLC layer). The layers are preferably applied as multilayers.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Gleitring als Gegenring ausgestaltet. Vorzugsweise ist die Gleitringdichtung dazu geeignet, dass ein Fluid durch sie strömt. Das strömende Fluid umfasst vorzugsweise ein gasförmiges Medium oder ein flüssiges Medium.According to one another preferred embodiment of the invention the sliding ring is designed as a counter ring. Preferably, the Mechanical seal suitable for a fluid flowing through it. The flowing fluid preferably comprises a gaseous Medium or a liquid medium.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Lift-off-Effekt grundlegend gefördert und damit die Reibung in Gleitringdichtungen so gering wie möglich gehalten. Somit wird auch die Lebensdauer von solchen Gleitringdichtungen erhöht.With the device according to the invention becomes the lift-off effect fundamentally promoted and thus the friction in mechanical seals kept as low as possible. Thus, the life of increased such mechanical seals.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter im Detail erläutert.following The invention is based on preferred embodiments further explained in detail with reference to the drawings.

1 zeigt einen Gleitring mit einer T-Nut auf einer Oberseite gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 shows a sliding ring with a T-groove on a top according to a first preferred embodiment of the invention;

2 zeigt eine Draufsicht auf die T-Nut mit Schmetterlingslaserung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 2 shows a plan view of the T-slot with Butterfly laser according to a second preferred embodiment of the invention;

3 zeigt die T-Nut mit einer Doppelschräge an einem Ende gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und 3 shows the T-slot with a double slope at one end according to a third preferred embodiment of the invention; and

4 zeigt eingelagerte Wellen auf dem Boden der T-Nut gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 4 shows embedded waves on the bottom of the T-slot according to a fourth preferred embodiment of the invention.

Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sollen bei einer Gleitringdichtung, bestehend aus einem Gleitring 2 und einem Gegenring, aus Siliziumnitrit (SiN), mittels eines Lasers Lift-off-Nuten „herausgelasert” bzw. in den Gleitring graviert werden. Dies geschieht so, dass kein „Kantenaufwurf” entsteht. Mit „Kantenaufwurf” ist eine unebene schräge Oberfläche am Gleitring in der Umgebung der Nut gemeint.According to a first preferred embodiment of the invention in a mechanical seal, consisting of a sliding ring 2 and a counter ring made of silicon nitrite (SiN), "lasered out" by means of a laser lift-off grooves or engraved in the slip ring. This happens so that no "edge throw" arises. By "edge throw-up" is meant an uneven sloping surface on the slip ring in the vicinity of the groove.

1 zeigt eine T-Nut 1 angeordnet in einem Gleitring 2, wobei die T-Nut 1 auf der Oberseite des Gleitrings 2 eingelasert wurde. Gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Gleitring 2 eine auf einer Oberseite angeordnete Nut 1. Gemäß anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen wird eine Vielzahl von Nuten auf einer Oberseite des Gleitrings und/oder auf der Umfangsseite des Gleitrings angeordnet. Gemäß wieder anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Nuten konzentrisch, radial und/oder axial im Gleitring angeordnet. Wie in 1 zu sehen ist, umfasst die T-Nut 1 einen auf die Umfangsseite des Gleitrings 2 führenden Zuführungsbereich 3, so dass die T-Nut 1 nicht nur von der Oberseite des Gleitrings 2 sondern auch von der Umfangsseite des Gleitrings 2 zugänglich ist. 1 shows a T-slot 1 arranged in a sliding ring 2 , where the T-groove 1 on top of the sliding ring 2 was lasered. According to this first embodiment of the invention, the sliding ring comprises 2 a groove arranged on an upper side 1 , According to other preferred embodiments, a plurality of grooves are arranged on an upper side of the sliding ring and / or on the peripheral side of the sliding ring. According to yet other preferred embodiments, the grooves are arranged concentrically, radially and / or axially in the sliding ring. As in 1 can be seen, includes the T-slot 1 one on the peripheral side of the sliding ring 2 leading feed area 3 so that the T-groove 1 not just from the top of the slip ring 2 but also from the peripheral side of the sliding ring 2 is accessible.

2 zeigt eine Draufsicht auf die T-Nut 1 gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Zuführungsbereich 3 der T-Nut 1 weist eine schmetterlingsförmige Struktur bzw. eine Schmetterlings-Laserung auf. Das sind gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel zwei am Zuführungsbereich 3 der T-Nut 1 gegenüberliegende Doppelschrägen 4, wobei eine Doppelschräge 4 zwei aufeinanderfolgende Schrägen mit derselben Steigung und umgekehrten Vorzeichen entspricht. Damit weist der Zuführungsbereich 3 der T-Nut 1 in 2 eine Querschnittsverengung auf. Die Querschnittsfläche parallel zu einer Oberseite des Gleitrings 2 aus 1 wird zuerst enger und danach wieder breiter, d. h. die Querschnittsfläche weist einen Verengungsbereich und einen Verbreiterungsbereich auf. Gemäß anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen können zusätzlich auf den Doppelschrägen 4 und/oder auf einer Schräge miniaturförmige Treppenstufen eingelasert werden, die den Venturi-Düsen-Effekt weiter unterstützen. 2 shows a plan view of the T-slot 1 according to a second preferred embodiment of the invention. The feed area 3 the T-slot 1 has a butterfly-shaped structure or a butterfly laser. These are two at the feed area according to this second embodiment 3 the T-slot 1 opposite double slopes 4 , where a double bevel 4 two consecutive slopes with the same slope and opposite sign. This indicates the feeder area 3 the T-slot 1 in 2 a cross-sectional constriction on. The cross-sectional area parallel to an upper side of the sliding ring 2 out 1 becomes narrower first and then wider again, ie, the cross-sectional area has a narrowing area and a broadening area. According to other preferred embodiments may additionally on the double slopes 4 and / or be lasered on a slope miniature stairs, which further support the Venturi nozzle effect.

3 zeigt ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die T-Nut 1 umfasst an einem Ende zwei aufeinanderfolgende Schrägen, d. h. eine Doppelschräge 4. Die Doppelschräge 4 in 3 muss also nicht zwingender Weise am Zuführungsbereich 3 angeordnet sein, sondern kann gemäß diesem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel auch an einem Ende an der Wand der T-Nut 1 angeordnet sein. Gemäß diesem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Querschnittsverengung eine Tiefe von ≤ 6 μm in die Umfangsseite des Gleitrings 2 auf. 3 shows a third preferred embodiment of the invention. The T-slot 1 comprises at one end two consecutive slopes, ie a double slope 4 , The double slope 4 in 3 So does not necessarily have to supply area 3 can be arranged, but according to this third preferred embodiment also at one end to the wall of the T-slot 1 be arranged. According to this third preferred embodiment of the invention, the cross-sectional constriction has a depth of ≦ 6 μm in the circumferential side of the sliding ring 2 on.

Gemäß anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Tiefe einen noch geringeren Wert aufweisen, beispielsweise ≤ 2 μm. Gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt zudem wenigstens eine begrenzende Wand der T-Nut 1 eine stetig verlaufende Steigung (nicht in 3 gezeigt) in die Umfangsseite des Gleitrings 2 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel entspricht die stetig verlaufende Steigung einer linearen Steigung. Gemäß anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen werden beliebige stetige Steigungen verwendet. Es wird betont, dass rampenförmige Steigungen nicht geeignet sind, da diese dazu führen, dass der Lift-off-Effekt sehr spät einsetzt.According to other preferred embodiments, the depth may have an even lower value, for example ≦ 2 μm. According to the third preferred embodiment of the invention also shows at least one delimiting wall of the T-slot 1 a continuous gradient (not in 3 shown) in the peripheral side of the sliding ring 2 on. According to this embodiment, the continuous slope corresponds to a linear slope. According to other preferred embodiments, any continuous slopes are used. It is emphasized that ramped slopes are not suitable because they cause the lift-off effect to begin very late.

4 zeigt ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wiederum ist eine T-Nut 1 gezeigt. Der Boden der T-Nut 1 weist eingelagerte Wellen 6 auf. Solche eingelagerten Wellen erhöhen zusätzlich den Staudruck und fördern somit weiter den Venturi-Düsen-Effekt. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden „Schlupfkanten” am Ende der T-Nut 1 nicht in eine 90°-Kante eingearbeitet, sondern in eine Rampe mit 45° Steigung, die zudem Miniatur-Treppenstufen (nicht in 4 gezeigt) aufweist. 4 shows a fourth preferred embodiment of the invention. Again, a T-slot 1 shown. The bottom of the T-slot 1 has embedded waves 6 on. Such embedded waves additionally increase the dynamic pressure and thus further promote the Venturi nozzle effect. According to the fourth embodiment of the invention, "slip edges" at the end of the T-slot 1 not incorporated in a 90 ° edge, but in a ramp with 45 ° slope, which also miniature steps (not in 4 shown).

Die Nuten können jegliche Gestalt aufweisen, wie T-förmig (T-Nuten), spiralförmig (Spiralnuten), rechteckförmig, gekrümmt und/oder gewölbt. Die eingefügten Strukturen in der Nut führen zu Liftwirbeln, die den Lift-off-Effekt der gegeneinanderlaufenden Gleit- und Gegenringe stark unterstützen. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden mehrere Nuten auf einem Gleitring angeordnet, wobei sich hinter jeder Nut ein Wirbel bildet. Dadurch wird durch den Unterdruck noch mehr Luft bzw. Gas angesaugt und somit setzt der Lift-off-Effekt durch den entstehenden Druck sehr früh ein. Damit wird die Reibung nahezu ausgelöscht oder zumindest verringert.The Grooves can have any shape, such as T-shaped (T-slots), spiral (spiral grooves), rectangular, curved and / or curved. The inserted Structures in the groove lead to lifter vertebrae, which has the lift-off effect strongly support the counter-rotating sliding and counter rings. According to a further preferred embodiment the invention several grooves are arranged on a sliding ring, wherein behind each groove forms a vortex. This is through sucked the negative pressure even more air or gas and thus sets the Lift-off effect due to the resulting pressure very early one. Thus, the friction is almost extinguished or at least reduced.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 6446976 B [0016]
US 7194803 B2 [0016]
WO 2006/005359 A1 [0017]

Claims

Sliding ring ( 2 ) for a mechanical seal, with at least one on an upper side of the sliding ring ( 2 ) groove ( 1 ), wherein the groove ( 1 ) one on the peripheral side of the sliding ring ( 2 ) leading supply area ( 3 ) and wherein the feed area ( 3 ) of the groove ( 1 ) comprises a cross-sectional constriction.

Sliding ring according to claim 1, wherein the cross-sectional constriction of the feed area ( 3 ) a slope, a double slope ( 4 ), a plurality of steps and / or a butterfly-shaped structure.

Sliding ring according to claim 2, wherein the double bevel ( 4 ) corresponds to two consecutive slopes of the same slope and opposite sign.

Sliding ring according to claim 2, wherein the steps miniaturized configured.

Sliding ring according to claim 2, wherein the butterfly-shaped structure comprises at least two at the feed area ( 3 ) of the groove ( 1 ) opposite double slopes ( 4 ) corresponds.

Sliding ring according to one of the preceding claims, wherein the cross-sectional constriction has a depth of ≤ 6 μm in the peripheral side of the sliding ring ( 2 ), preferably a depth of ≤ 2 microns in the peripheral side of the sliding ring ( 2 ) having.

Sliding ring according to one of the preceding claims, wherein at least one delimiting wall of the groove ( 1 ) a steadily extending slope in the peripheral side of the sliding ring ( 2 ) having.

Sliding ring according to claim 7, wherein the continuously extending Slope corresponds to a linear slope.

Sliding ring according to one of the preceding claims, wherein the bottom of the groove ( 1 ) embedded waves ( 6 ) for increasing the dynamic pressure.

Sliding ring according to one of the preceding claims, wherein the groove ( 1 ) T-shaped, spiral, rectangular, curved and / or curved is designed.

Sliding ring according to one of the preceding claims, wherein the sliding ring ( 2 ) comprises a material of silicon nitride, silicon carbide, hardened steel and a cemented carbide.

Sliding ring according to claim 11, wherein the hard metal Tungsten nitrite and / or tungsten carbide.

Sliding ring according to one of the preceding claims, wherein the sliding ring ( 2 ) is designed as a counter ring.

Sliding ring according to one of the preceding claims, wherein the mechanical seal is suitable for that Fluid flows through it.

A sliding ring according to claim 14, wherein the flowing Fluid is a gaseous medium or a liquid Medium includes.