WO2024110234A1 - Gleitring einer gleitringdichtung sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2024110234A1
WO2024110234A1 PCT/EP2023/081588 EP2023081588W WO2024110234A1 WO 2024110234 A1 WO2024110234 A1 WO 2024110234A1 EP 2023081588 W EP2023081588 W EP 2023081588W WO 2024110234 A1 WO2024110234 A1 WO 2024110234A1
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region
sliding ring
electrically conductive
ring
sliding
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PCT/EP2023/081588
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Inventor
Stefanie KREFT
Robert SUSZNIAK
Original Assignee
Eagleburgmann Germany Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3464—Mounting of the seal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3492—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member with monitoring or measuring means associated with the seal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3496—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member use of special materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/005—Sealing rings

Definitions

  • the present invention relates to a sliding ring of a mechanical seal, a mechanical seal arrangement and a method for producing the sliding ring.
  • Slide rings of mechanical seals are known in various designs from the state of the art. Recently, sensors have increasingly been arranged on a sliding surface of the slide ring to monitor a slide ring, for example its wear. This gives rise to a problem in that the sensors on the sliding surface must be electrically contacted. Since the sensors are on the sliding surface, it is necessary to have an electrical through-connection through the slide ring. Since a very brittle ceramic is often used as the material for the slide ring, holes or the like that have to be made in the slide ring to enable electrical contact are particularly dangerous in that they can lead to the risk of invisible damage and cracks in the slide ring. Furthermore, slide rings are often coated on their sliding surfaces, for example with a diamond coating.
  • the sliding ring of a mechanical seal arrangement according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that simplified and secure electrical contact is possible through a sliding ring to the sliding surface.
  • sensors that are arranged on or near a sliding surface of the sliding ring or in the sliding ring can be electrically contacted.
  • an electrical circuit to be passed through the sliding ring, which can be used, for example, for measuring wear, if the electrical circuit is arranged in such a way that if there is wear on the sliding surface of the sliding ring, the electrical circuit is interrupted when the wear is sufficiently advanced.
  • the sliding ring can be made from an electrically non-conductive, ceramic material, which is advantageous in terms of suitability as a sliding ring material.
  • the sliding ring has a sintered, ceramic ring with a sliding surface, the ceramic ring being made from an electrically non-conductive ceramic material.
  • An electrically conductive contact body is also provided, which is arranged in the ring for electrical contact.
  • the electrically conductive contact body is arranged in a recess in the ring, e.g. a hole-like recess, and completely fills the recess.
  • the electrically conductive contact body comprises a first and a second region, wherein the first region is arranged in the recess at an end of the recess facing the sliding surface and the second region fills the rest of the recess. The second region is thus arranged in the recess on a side of the sliding ring facing the rear.
  • the first and second regions are each made of an electrically conductive material, wherein a first electrically conductive material of the first region has a greater hardness than a second electrically conductive material of the second region.
  • the first electrically conductive material with a greater hardness thus lies on the side facing the sliding surface. This can prevent cracks from forming on the sliding surface, which in the In the state of the art, this can often occur at the edge of the recess or in the electrically conductive material of the contact body.
  • the first area is made of an electrically conductive, ceramic material.
  • the second area of the electrically conductive contact body which faces away from the sliding surface, is made of an electrically conductive material and can therefore be optimized on its exit side from the sliding ring for excellent electrical contact with a wire or the like for a connection to a power source and/or an evaluation unit or the like.
  • the sliding ring produced in this way nevertheless has excellent sliding ring properties and enables a wide range of applications with regard to maximum pressures and maximum temperatures.
  • a ceramic sliding ring can be provided which is only electrically conductive in the area of the electrically conductive contact body due to the introduction of the electrically conductive contact body. Since both the ring and the first area of the contact body are made of a ceramic material, there are significant advantages in operation compared to, for example, a sliding ring in which only a metallic material is arranged as an electrical conductor, since the heat generated on the sliding surface during operation of the mechanical seal arrangement leads to a very uniform, temperature-related volume change on the sliding surface in the sliding ring according to the invention.
  • the first region of the electrically conductive contact body is particularly preferably made of electrically conductive SiSiC.
  • This is a reaction-bonded, silicon-infiltrated SiC, and this material has a very high hardness.
  • the sintered ceramic ring is preferably made of SiC and thus has an almost identical thermal expansion behavior to the SiSiC material.
  • the second region is preferably a composite material comprising silicon and SiC.
  • the metallic silicon in particular provides the electrical conductivity of the second region of the electrically conductive contact body. This makes it easy to make electrical contact by means of a wire or the like to an exposed end in the recess of the material of the second region of the electrically conductive contact body.
  • the electrical contact is preferably made by a welded connection or soldered connection or electrical gluing.
  • a metallic pin or a metallic sleeve or the like can also be provided for electrical contact in or on the second region.
  • the second region is therefore preferably metallic silicon, which is reinforced with an admixed SiC component.
  • a volume fraction of the metallic silicon is greater than a volume fraction of the SiC.
  • the volume fraction of the metallic silicon is 63 vol% - 72 vol% and the volume fraction of the SiC is 18 vol% - 27 vol%.
  • the second region has gas-filled pores, wherein a volume fraction of the gas-filled pores is preferably between 5 vol% - 15 vol%.
  • the SiC added to the second region ensures that atomic bonds are formed between the second region and the ceramic ring. This results in a uniform volume change in the event of temperature-related volume changes in the ring with the electrically conductive contact body.
  • the second region is therefore preferably made from a mixture of metallic silicon and SiC with, if necessary, a small volume fraction of gas-filled pores.
  • the first region further preferably has a first length L1 in the axial direction of the recess, which is smaller than a second length L2 of the second region in the axial direction of the recess.
  • the first length L1 is preferably much smaller than the second length L2.
  • the first length L1 is preferably in a range from 1 mm to 2 mm.
  • the second length L2 is particularly preferably at least a factor of 10 greater than the first length L1.
  • the first region of the electrically conductive contact body is further preferably connected to a sensor arranged on the sliding surface.
  • the sensor preferably comprises an electrically conductive sensor layer made of the same material as the first region of the electrically conductive contact body. This allows the sensor and the first region to be manufactured in a common step.
  • the sensor layer is particularly preferably arranged in a recess in the sliding surface of the sliding ring.
  • the senor is an electrically conductive sensor layer which is arranged on the entire sliding surface of the sliding ring.
  • the sensor is also preferably covered with a coating as a protective layer.
  • the coating is preferably an electrically non-conductive layer, for example undoped DLC.
  • Coated sliding rings are preferably used because the coating on the sliding surface of the sliding ring can extend the service life of the sliding ring by reducing wear.
  • one problem with coating the sliding surface of a sliding ring is that this usually requires very high process temperatures, for example with a diamond coating of up to 900°C.
  • metals that are intended for electrical contact in a sliding ring melt at such high temperatures of approx. 900°C.
  • a large number of chemical compounds produced by sintering are formed between the electrically conductive contact body and the ring. On the one hand, this ensures that the contact body is securely fixed in the ring and, on the other hand, thermally induced volume changes of the ring and the contact body are carried out particularly evenly.
  • at least partial areas of the contact body and the ring can be sintered together in one step or, alternatively, the ring is pre-sintered and then the materials for the first and second areas of the contact body are introduced into the recess and then, in a second sintering step, the pre-sintered ring and the materials for the first and/or second areas of the contact body are re-sintered.
  • the recess in the ring is preferably a through-recess.
  • the through-recess can run from a rear side to the sliding surface, in particular in a straight line, or alternatively run from an inner circumferential side or an outer circumferential side to the sliding surface. This makes it possible to electrically contact the sliding ring on the circumferential sides, which is advantageous in some designs of mechanical seal arrangements.
  • the second region of the electrically conductive contact body on the exit side of the contact body forms an electrical connection for the electrically conductive contact body, to which an electrical line can be attached in a simple manner, e.g. by soldering or welding.
  • the sliding ring is a stationary sliding ring of the mechanical seal arrangement and comprises two electrically conductive contact bodies in the ring of the sliding ring in order to enable electrical contact with the sensor via a closed circuit.
  • the first of the contact bodies is an electrical supply line and the second of the contact bodies is an electrical return line.
  • the ceramic ring of the sliding ring is preferably made of SiC, which is an electrically non-conductive material, i.e. has an electrical conductivity of ⁇ 10' 8 S/m at 20°C.
  • the present invention further relates to a mechanical seal arrangement with a sliding ring according to the invention.
  • the sliding ring according to the invention is preferably used as a stationary sliding ring of the mechanical seal arrangement.
  • the mechanical seal arrangement particularly preferably comprises a sensor on the stationary sliding ring, which is electrically connected to a measuring device by the electrically conductive contact body.
  • the sensor is in particular a wear sensor.
  • the present invention relates to a method with the features of claim 15 for producing a sliding ring, in particular a stationary sliding ring, of a mechanical seal arrangement.
  • the method comprises the steps:
  • a second electrically conductive material in particular a composite material comprising metallic silicon and SiC, into the remaining second partial region of the recess and
  • the method according to the invention can thus be used to produce a ceramic sliding ring of a mechanical seal arrangement which is not electrically conductive, but has an electrically conductive contact body through the sintered first and second electrically conductive material, i.e. in this case located in the recess.
  • the sliding ring can thus be obtained by sintering in two steps.
  • a sensor material of a sensor in particular a wear sensor, is also sintered at the same time during the re-sintering. The advantages described above for the sliding ring are retained.
  • a coating in particular a diamond coating, is applied to a sliding surface of the sliding ring.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement with a sliding ring according to the invention according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of the sliding ring according to the invention of Fig. 1,
  • Fig. 3 is an enlarged view of Fig. 2,
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of a sliding ring according to a second
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of a sliding ring according to a third
  • the mechanical seal arrangement 1 comprises a mechanical seal
  • a sealing gap 5 is defined between the two sliding surfaces 3a, 4a of the sliding rings 3, 4.
  • the mechanical seal arrangement 1 seals an area 18, in which a product to be sealed is present, from an atmospheric area 19 on a shaft 14.
  • the rotating sliding ring 3 is connected to the shaft 14 in a rotationally fixed manner by means of a sliding ring carrier 16 and a screw 17.
  • a preloading element 15 is provided which preloads the rotating sliding ring 3 in an axial direction of a central axis X-X against the stationary sliding ring 4.
  • the stationary sliding ring 4 is sealed against a stationary housing component 20 by means of a first O-ring 21.
  • the rotating sliding ring 3 is sealed on its inner circumference on the shaft 14 by means of a second O-ring 22.
  • the mechanical seal arrangement 1 further comprises a measuring device 6, which is designed in particular for measuring wear of the stationary sliding ring 4 on its sliding surface 4a.
  • the measuring device 6 is connected to a sensor 7.
  • the sensor 7 is arranged on the sliding surface 4a of the stationary sliding ring 4.
  • the sensor 7 is arranged in a recess 43 in the sliding surface and is preferably a wear sensor.
  • the stationary sliding ring 4 has a sintered, ceramic ring 41, which is made of an electrically non-conductive ceramic material, in particular SiC. Furthermore, two identically constructed electrically conductive contact bodies 42 for contacting the sensor are provided in the ring 41.
  • the electrically conductive contact bodies 42 run from a rear side 4b to the sliding surface 4a.
  • the electrically conductive contact bodies 42 are arranged in recesses 40 which are formed in the ring 41 and run straight and parallel through the sliding ring 4.
  • the electrically conductive contact body 42 comprises a first region 42a and a second region 42b.
  • the electrically conductive contact bodies 42 each have an electrical connection area 13 for an electrical line 8 on an outlet side on the rear side 4b of the sliding ring 4.
  • the electrical connection area 13 is formed in such a way that the electrical line
  • the first region 42a is arranged in the recess 40 at an end of the recess 40 directed towards the sliding surface 4a and contacts the sensor 7.
  • the second region 42b fills the remaining recess 40 and extends to the rear side 4b of the stationary sliding ring 4.
  • the first region 42a is made of a first electrically conductive ceramic material and in this embodiment is made of SiSiC.
  • the second region is made of a different, second electrically conductive material and in this embodiment is made of a mixture of metallic silicon and SiC to form a composite material.
  • the composite material can have a maximum of 15 vol% of gas-filled pores.
  • a hardness of the first electrically conductive ceramic material is greater than a hardness of the second electrically conductive material.
  • a determination of the hardness of the first and second electrically conductive material can be determined using known methods, such as the Vickers method.
  • the harder first region 42a which is formed in the recess 40 on the side facing the sliding surface 4a, can prevent cracks from forming on the sliding surface. This applies both to cracks that can enter the ceramic ring 41 due to the recess 40, i.e. at the edge of the recess 40, and to cracks in the electrically conductive contact body 42 itself, which can propagate further into the ceramic ring 41 even after they have formed.
  • the second region 42b of the electrically conductive contact body 42 which has the metallic silicon and extends to the rear side 4b of the stationary sliding ring 4, enables direct and uncomplicated electrical contact with the electrical line 8. In particular, no metal pin or the like needs to be provided in the electrically conductive contact body 42 for the electrical contact.
  • the electrical line 8 can be fixed directly, e.g. by welding.
  • the electrically conductive contact body 42 with the two different areas 42a and 42b on the sliding surface prevents cracking and enables simple, quick and cost-effective electrical contact with the electrical line 8 on the back of the stationary sliding ring 4.
  • the senor 7 is made of the same material as the first region 42a, namely SiSiC. This makes it possible to achieve a simple connection between the sensor 7 and the electrically conductive contact bodies 42 during production. In particular, the sensor 7 is manufactured at the same time as the first region 42a.
  • the first region 42a has a first length L1 in the axial direction of the contact body 42, which is smaller than a second length L2 of the contact body 42 in the axial direction.
  • the first length L1 is preferably in a range from 1 mm to 2 mm.
  • a thickness of the layer of the sensor 7 is further smaller than the first length L1.
  • the two electrically conductive contact bodies 42 are electrically connected to the measuring device 6 through the electrical lines 8 and thus the sensor 7 is also electrically connected to the measuring device 6.
  • the stationary sliding ring 4 made of ceramic material can be manufactured in such a way that in a first step a ring-shaped green compact is provided corresponding to the desired geometric shape of the stationary sliding ring 4 made of an electrically non-conductive ceramic material, e.g. SiC.
  • the Recesses 40 for the electrically conductive contact bodies 42 are made in the green compact.
  • the green compact is then pre-sintered.
  • the recess 43 is then also made.
  • the recess 43 for the sensor 7 is filled and the recesses 40 are partially filled, using the same material, e.g. SiSiC.
  • the recesses 40 are only partially filled until the first length L1 in the recess 40 is filled in order to form the first region 42a.
  • the second electrically conductive material which forms the second region 42b, is then introduced into the still free region in the recess 40.
  • a mixture of metallic silicon and a ceramic material, in particular SiC, can be introduced for the second region 42b.
  • the sliding ring is re-sintered so that the first and second regions 42a, 42b are also sintered with the sensor 7, whereby no SiSiC is formed in the second region 42b, but metallic silicon and SiC are present as a mixture.
  • the re-sintering also results in chemical bonds between the material of the ring and the material of the second region 42b of the contact body 42.
  • the atomic bonds during the re-sintering step between the material of the ring 41 and the material of the first region 42a of the electrically conductive contact body 42 result in flush finishes, in particular on the sliding surface, so that the sliding ring has excellent flatness and, in particular, there is also an edgeless transition between the ring material and the material of the electrical contact region.
  • Fig. 4 shows a sliding ring 4 of a mechanical seal arrangement according to a second embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are designated with the same reference numerals as in the first embodiment.
  • the sliding ring of the second embodiment has a coating 9.
  • the coating is applied over the entire sliding surface of the sliding ring and in this embodiment is an electrically conductive DLC coating. This can be achieved, for example, by means of a doped DLG coating.
  • the electrically conductive coating 9 forms the sensor 7 and closes the electrical circuit between the two contact bodies 42 in the ring 41. If the coating 9 is worn, the electrical circuit on the sliding surface is interrupted, so that wear on the measuring device 6 is indicated by the interrupted circuit. Otherwise, the embodiment corresponds to the previous embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • Fig. 5 shows a sliding ring 4 according to a third embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are designated with the sliding reference numerals as in the previous embodiments.
  • the third embodiment essentially corresponds to the first embodiment.
  • no recess is provided on the sliding surface of the ring 41.
  • the sensor 7 is provided as an electrically conductive coating on a partial area of the sliding surface of the ring 41.
  • the sensor 7 electrically connects the two electrically conductive contact bodies 42 to one another and closes the electrical circuit.
  • An electrically non-conductive coating 9' is formed above the sensor 7.
  • the electrically non-conductive coating 9' covers the entire sliding surface of the sliding ring 4.
  • the structure of the contact body 42 with the first area 42a and the second area 42b again corresponds to the previous embodiments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung, umfassend einen gesinterten, keramischen Ring (41) mit einer Gleitfläche (4a), welcher aus einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Material hergestellt ist, und einen elektrisch leitfähigen Kontaktkörper (42), der für eine elektrische Kontaktierung eingerichtet ist und in einer Ausnehmung (40) im Ring (41) angeordnet ist, wobei der elektrisch leitfähige Kontaktkörper (42) einen ersten Bereich (42a) und einen zweiten Bereich (42b) aufweist, wobei der erste Bereich (42a) in der Ausnehmung (40) an einem zur Gleitfläche (4a) gerichteten Ende der Ausnehmung (40) angeordnet ist und einen Teil der Ausnehmung (40) ausfüllt und wobei der zweite Bereich (42b) die restliche verbleibende Ausnehmung (40) ausfüllt, wobei der erste Bereich (42a) aus einem ersten, elektrisch leitfähigen, keramischen Material mit einer ersten Härte hergestellt ist, und wobei der zweite Bereich (42b) aus einem zweiten, elektrisch leitfähigen Material mit einer zweiten Härte hergestellt ist, und wobei die erste Härte des ersten Bereichs (42a) größer ist als die zweite Härte des zweiten Bereichs (42b).

Description

Gleitring einer Gleitringdichtung sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleitring einer Gleitringdichtung, eine Gleitringdichtungsanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Gleitrings.
Gleitringe von Gleitringdichtungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. In jüngster Zeit wird verstärkt zur Überwachung eines Gleitrings, beispielsweise dessen Verschleiß, Sensorik an einer Gleitfläche des Gleitrings angeordnet. Hierbei ergibt sich ein Problemkreis derart, dass die an der Gleitfläche liegende Sensorik elektrisch kontaktiert werden muss. Da die Sensorik an der Gleitfläche liegt, ist es notwendig, dass eine elektrische Durchkontaktierung durch den Gleitring hindurch erfolgt. Da als Material für den Gleitring häufig eine sehr spröde Keramik verwendet wird, sind Bohrungen oder dergleichen, welche in den Gleitring eingebracht werden müssen, um eine elektrische Kontaktierung zu ermöglichen, insbesondere dahingehend gefährlich, dass dadurch die Gefahr von nicht sichtbaren Beschädigungen und Rissen im Gleitring auftreten können. Weiterhin werden Gleitringe an ihren Gleitflächen gerne beschichtet, beispielsweise mit einer Diamantbeschichtung. Hier sind jedoch Bohrungen im Gleitring, welche bis zur Gleitfläche reichen, auch wenn diese mit einem Material aufgefüllt sind, sehr nachteilig, da an den Rändern der Bohrungen häufig Ablösungen der Beschichtung auftreten. Da eine Beschichtung üblicherweise als letzter Schritt bei der Herstellung des Gleitrings hergestellt wird, treten beispielsweise bei einer Diamantbeschichtung auch sehr hohe Prozesstemperaturen von bis zu 900°C auf. Hierdurch ergeben sich für möglicherweise im Gleitring vorhandene niederschmelzende Metalle für eine elektrische Kontaktierung wärmetechnische Probleme, da die Schmelzpunkte derartiger Metalle deutlich unter den Beschichtungstemperaturen liegen.
Weiterhin muss sichergestellt werden, dass bei der elektrischen Kontaktierungsbohrung, welche bis zur Gleitfläche reicht, keine verstärkte Rissbildung sowohl an den Rändern der Bohrung als auch einem in der Bohrung angeordneten Material auftritt. Weiterhin ist es auch notwendig, dass eine einfache und sichere elektrische Kontaktierung des die Bohrung auffüllenden Materials möglich ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gleitring, eine Gleitringdichtungsanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitrings bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit und Durchführbarkeit eine sichere elektrische Kontaktierung von Sensorik an einer Gleitfläche des Gleitrings ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gleitring mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine vereinfachte und sichere elektrische Kontaktierung durch einen Gleitring hindurch bis zur Gleitfläche möglich ist. Hierdurch können insbesondere Sensoren, welche an oder nahe einer Gleitfläche des Gleitrings oder im Gleitring angeordnet sind, elektrisch kontaktiert werden. Es ist aber beispielsweise auch möglich, dass durch den Gleitring ein elektrischer Stromkreis hindurchgeführt wird, welcher beispielsweise für eine Verschleißmessung verwendet werden kann, wenn der elektrische Stromkreis derart angeordnet ist, dass bei einem Verschleiß an der Gleitfläche des Gleitrings der elektrische Stromkreis bei entsprechend weit fortgeschrittenem Verschleiß unterbrochen wird. Dabei kann der Gleitring aus einem elektrisch nicht leitenden, keramischen Material hergestellt werden, was hinsichtlich einer Eignung als Gleitringmaterial vorteilhaft ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Gleitring einen gesinterten, keramischen Ring mit einer Gleitfläche aufweist, wobei der keramische Ring aus einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Material hergestellt ist. Ferner ist ein elektrisch leitfähiger Kontaktkörper vorgesehen, welcher für ein elektrisches Kontaktieren im Ring angeordnet ist. Der elektrisch leitfähige Kontaktkörper ist dabei in einer Ausnehmung im Ring, z.B. einer bohrungsähnlichen Ausnehmung, angeordnet und füllt die Ausnehmung vollständig, aus. Der elektrisch leitfähige Kontaktkörper umfasst einen ersten und einen zweiten Bereich, wobei der erste Bereich in der Ausnehmung an einem zur Gleitfläche gerichteten Ende der Ausnehmung angeordnet ist und der zweite Bereich die restliche Ausnehmung ausfüllt. Der zweite Bereich ist somit in der Ausnehmung an einer Richtung Rückseite gerichteten Seite des Gleitrings angeordnet. Der erste und zweite Bereich sind jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt, wobei ein erstes elektrisch leitfähiges Material des ersten Bereichs eine größere Härte aufweist als ein zweites elektrisch leitfähiges Material des zweiten Bereichs. Somit liegt an der zur Gleitfläche gerichteten Seite das erste elektrisch leitfähige Material mit größerer Härte an. Hierdurch kann eine Rissbildung an der Gleitfläche, welche im Stand der Technik häufig am Rand der Ausnehmung bzw. im elektrisch leitfähigen Material des Kontaktkörpers auftritt, vermieden werden. Der erste Bereich ist dabei aus einem elektrisch leitfähigen, keramischen Material hergestellt. Der zweite Bereich des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers, welcher von der Gleitfläche abgewandt ist, ist aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt und kann an seiner Austrittsseite aus dem Gleitring daher für eine hervorragende elektrische Kontaktierung mit einem Draht oder dergleichen für eine Verbindung mit einer Stromquelle und/oder eine Auswerteeinheit oder dergleichen optimiert werden.
Da der erste Bereich aus einem keramischen Materiali ist, welches vorzugsweise ein ähnliches Wärmeausdehnungsverhalten wie das Material des keramischen Rings aufweist, hat der so hergestellte Gleitring trotzdem hervorragende Gleitringeigenschaften und ermöglicht einen weiten Anwendungsbereich hinsichtlich maximalen Drücken und maximalen Temperaturen.
Somit kann ein keramischer Gleitring bereitgestellt werden, der durch das Einbringen des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers nur im Bereich des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers elektrisch leitfähig ist. Da sowohl der Ring als auch der erste Bereich des Kontaktkörpers aus einem Keramikmaterial hergestellt sind, ergeben sich beispielsweise im Vergleich mit einem Gleitring, in welchem ausschließlich ein metallisches Material als elektrische Leitung angeordnet ist, erhebliche Vorteile im Betrieb, da die beim Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung an der Gleitfläche entstehende Wärme beim erfindungsgemäßen Gleitring zu einer sehr gleichmäßigen, temperaturbedingten Volumenänderung an der Gleitfläche führt.
Besonders bevorzugt ist der erste Bereich des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers aus elektrisch leitfähigem SiSiC hergestellt. Hierbei handelt es sich um ein reaktionsgebundenes, siliziuminfiltriertes SiC, wobei dieses Material eine sehr hohe Härte aufweist. Der gesinterte keramische Ring ist vorzugsweise aus SiC hergestellt und weist somit ein fast identisches thermisches Ausdehnungsverhalten wie das SiSiC-Material auf. Der zweite Bereich ist vorzugsweise ein Verbundwerkstoff umfassend Silizium und SiC. Hierbei stellt insbesondere das metallische Silizium die elektrische Leitfähigkeit des zweiten Bereichs des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers bereit. Dadurch kann auf einfache Weise an ein freiliegendes Ende in der Ausnehmung des Materials des zweiten Bereichs des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers eine elektrische Kontaktierung mittels einem Draht oder dergleichen erfolgen. Die elektrische Kontaktierung wird vorzugsweise durch eine Schweißverbindung oder Lötverbindung oder elektrisches Kleben hergestellt. Alternativ kann auch ein metallischer Pin oder eine metallische Hülse oder dergleichen für eine elektrische Kontaktierung im oder am zweiten Bereich vorgesehen werden. Der zweite Bereich ist somit vorzugsweise metallisches Silizium, welches mit einem beigemischten SiC-Anteil verstärkt ist. Vorzugsweise ist ein Volumenanteil des metallischen Siliziums größer als ein Volumenanteil des SiC. Vorzugsweise liegt der Volumenanteil des metallischen Siliziums bei 63 Vol% - 72 Vol% und der Volumenanteil des SiC bei 18 Vol% - 27 Vol%. Weiter bevorzugt weist der zweite Bereich gasgefüllte Poren auf, wobei ein Volumenanteil der gasgefüllten Poren vorzugsweise zwischen 5 Vol% -15 Vol% beträgt.
Das beigemischte SiC des zweiten Bereiches stellt dabei sicher, dass atomare Bindungen zwischen dem zweiten Bereich und dem keramischen Ring ausgebildet werden. Hierdurch ergibt sich bei temperaturbedingten Volumenänderungen des Rings mit elektrisch leitfähigem Kontaktkörper eine gleichmäßige Volumenänderung. Der zweite Bereich ist somit bevorzugt aus einem Gemisch aus metallischem Silizium und SiC mit ggf. geringem Volumenanteil gasgefüllter Poren hergestellt.
Weiter bevorzugt weist der erste Bereich eine erste Länge L1 in axialer Richtung der Ausnehmung auf, welche kleiner ist als eine zweite Länge L2 des zweiten Bereichs in axialer Richtung der Ausnehmung. Die erste Länge L1 ist dabei vorzugsweise sehr viel kleiner als die zweite Länge L2. Die erste Länge L1 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 mm bis 2 mm. Besonders bevorzugt ist die zweite Länge L2 dabei um mindestens den Faktor 10 größer als die erste Länge L1 .
Weiter bevorzugt ist der erste Bereich des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers mit einem an der Gleitfläche angeordneten Sensor verbunden. Der Sensor umfasst vorzugsweise eine elektrisch leitfähige Sensorschicht aus dem gleichen Material wie der erste Bereich des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers. Dadurch kann der Sensor und der erste Bereich in einem gemeinsamen Schritt hergestellt werden. Besonders bevorzugt ist die Sensorschicht dabei in einer Vertiefung in der Gleitfläche des Gleitrings angeordnet.
Alternativ ist der Sensor eine elektrisch leitfähige Sensorschicht, welche auf der gesamten Gleitfläche des Gleitrings angeordnet ist.
Weiter bevorzugt ist der Sensor mit einer Beschichtung als Schutzschicht überdeckt. Die Beschichtung ist vorzugsweise eine elektrisch nicht leitfähige Schicht, beispielsweise undotiertes DLC. Beschichtete Gleitringe werden bevorzugt eingesetzt, da durch die Beschichtung an der Gleitfläche des Gleitrings eine Lebensdauer des Gleitrings durch reduzierten Verschleiß verlängert werden kann. Ein Problemkreis bei einer Beschichtung einer Gleitfläche eines Gleitrings liegt jedoch darin, dass hierzu üblicherweise sehr hohe Prozesstemperaturen, beispielsweise bei einer Diamantbeschichtung von bis zu 900°C notwendig sind. Metalle, welche in einem Gleitring für eine elektrische Kontaktierung vorgesehen sind, schmelzen jedoch bei derart hohen Temperaturen von ca. 900°C. Dadurch war es jedoch bisher nicht möglich, beschichtete Gleitringe mit einem Sensor, insbesondere einem Verschleißsensor zu versehen, da eine elektrische Kontaktierung des Sensors durch die üblichen Kontaktierungsverfahren nicht möglich ist. Ein nachträgliches Einbringen einer elektrischen Kontaktierung, beispielsweise das Vorsehen einer Bohrung in den keramischen Ring nach Aufbringen der Beschichtung ist jedoch sehr schwierig und kostenintensiv und es besteht immer die Gefahr, dass der keramische Gleitring Risse oder die Beschichtung Beschädigungen erfährt, wodurch ein Ausschussanteil bei der Herstellung derartiger beschichteter keramischer Gleitringe mit elektrischen Leitungen sehr hoch und in der Regel unwirtschaftlich ist.
Besonders bevorzugt sind zwischen dem elektrisch leitfähigen Kontaktkörper und dem Ring eine Vielzahl durch Sintern hergestellte chemische Verbindungen ausgebildet. Dies sorgt zum einen für eine sichere Fixierung des Kontaktkörpers im Ring und zum anderen werden dadurch thermisch bedingte Volumenänderungen des Rings und des Kontaktkörpers besonders gleichmäßig ausgeführt. Hierbei sei angemerkt, dass zumindest Teilbereiche des Kontaktkörpers und der Ring gemeinsam in einem Schritt gesintert werden können oder alternativ der Ring vorgesintert wird und anschließend die Materialien für den ersten und zweiten Bereich des Kontaktkörpers in die Ausnehmung eingebracht werden und dann in einem zweiten Sinterschritt der vorgesinterte Ring und die Materialien für den ersten und/oder zweiten Bereich des Kontaktkörpers nachgesintert werden.
Die Ausnehmung im Ring ist vorzugsweise eine Durchgangsausnehmung. Die Durchgangsausnehmung kann dabei von einer Rückseite zur Gleitfläche verlaufen, insbesondere geradlinig, oder alternativ von einer inneren Umfangsseite oder einer äußeren Umfangsseite zur Gleitfläche verlaufen. Dadurch ist eine elektrische Kontaktierung des Gleitrings an den Umfangsseiten möglich, was bei manchen Bauformen von Gleitringdichtungsanordnungen vorteilhaft ist.
Besonders bevorzugt bildet der zweite Bereich des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers an der Austrittsseite des Kontaktkörpers einen elektrischen Anschluss für den elektrisch leitfähigen Kontaktkörper, an welchem eine elektrische Leitung auf einfache Weise z.B. durch Löten oder Schweißen angebracht werden kann.
Bevorzugt ist der Gleitring dabei ein stationärer Gleitring der Gleitringdichtungsanordnung und umfasst zwei elektrisch leitfähige Kontaktkörper im Ring des Gleitrings, um eine elektrische Kontaktierung des Sensors durch einen geschlossenen Stromkreis zu ermöglichen. Dabei ist der erste der Kontaktkörper eine elektrische Zuleitung und der zweite der Kontaktkörper eine elektrische Rückleitung. Der keramische Ring des Gleitrings ist vorzugsweise aus SiC hergestellt, was ein elektrisch nicht leitendes Material ist, d.h. eine elektrische Leitfähigkeit von < 10'8S/m bei 20°C aufweist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Gleitringdichtungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen Gleitring. Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Gleitring als stationärer Gleitring der Gleitringdichtungsanordnung verwendet. Die Gleitringdichtungsanordnung umfasst besonders bevorzugt einen Sensor am stationären Gleitring, welcher durch den elektrisch leitfähigen Kontaktkörper mit einer Messeinrichtung elektrisch verbunden ist. Der Sensor ist insbesondere ein Verschleißsensor.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 zur Herstellung eines Gleitrings, insbesondere eines stationären Gleitrings, einer Gleitringdichtungsanordnung. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte:
- Herstellen eines ringförmigen Grünlings aus einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Material,
- Einbringen einer Durchgangs-Ausnehmung in den Grünling,
- Vorsintern des Grünlings
- Füllen eines ersten Teilbereichs der Ausnehmung im vorgesinterten Grünling mit einem ersten, elektrisch leitfähigen, keramischen Material, insbesondere SiSiC,
- Einbringen eines zweiten elektrisch leitfähigen Materials, insbesondere ein Verbundwerkstoff umfassend metallisches Silizium und SiC, in den verbliebenen zweiten Teilbereich der Ausnehmung und
- Nachsintern des Gleitrings mit dem ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Material, um in der Ausnehmung einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich eines elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers zu bilden, sodass ein keramischer Gleitring mit einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Ring und dem elektrisch leitfähigen Kontaktkörper hergestellt wird, wobei eine Härte des ersten Bereichs größer ist als eine Härte des zweiten Bereichs.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit ein keramischer Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung hergestellt werden, welcher elektrisch nicht leitfähig ist, jedoch einen elektrisch leitfähigen Kontaktkörper durch das gesinterte, also hier in der Ausnehmung befindliche erste und zweite elektrisch leitfähige Material aufweist. Somit kann der Gleitring durch ein Sintern in zwei Schritten erhalten werden. Vorzugsweise wird beim Nachsintern gleichzeitig auch ein Sensormaterial eines Sensors, insbesondere eines Verschleißsensors, gesintert. Dabei werden die voranstehend für den Gleitring beschriebenen Vorteile erhalten.
Vorzugsweise wird nach dem zweifachen Sintern des Gleitrings eine Beschichtung, insbesondere eine Diamantbeschichtung, auf einer Gleitfläche des Gleitrings aufgebracht.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschreiben. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen Gleitring gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Gleitrings von Fig. 1 ,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht von Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines Gleitrings gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht eines Gleitrings gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 eine Gleitringdichtungsanordnung
1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Gleitringdichtung
2 mit einem rotierenden Gleitring 3 und einem stationären Gleitring 4. Der rotierende Gleitring
3 weist eine erste Gleitfläche 3a auf und der stationäre Gleitring 4 weist eine zweite Gleitfläche 4a auf.
Zwischen den beiden Gleitflächen 3a, 4a der Gleitringe 3, 4 ist ein Dichtspalt 5 definiert. Die Gleitringdichtungsanordnung 1 dichtet dabei einen Bereich 18, in welchem ein abzudichtendes Produkt vorhanden ist, gegenüber einem Atmosphärenbereich 19 an einer Welle 14 ab. Der rotierende Gleitring 3 ist dabei mittels eines Gleitringträgers 16 und einer Schraube 17 mit der Welle 14 drehfest verbunden.
Ferner ist ein Vorspannelement 15 vorgesehen, welches den rotierenden Gleitring 3 in einer Axialrichtung einer Mittelachse X-X gegen den stationären Gleitring 4 vorspannt.
Der stationäre Gleitring 4 ist mittels eines ersten O-Rings 21 gegenüber einem stationären Gehäusebauteil 20 abgedichtet. Der rotierende Gleitring 3 ist mittels eines zweiten O-Rings 22 an seinem Innenumfang an der Welle 14 abgedichtet. Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner eine Messeinrichtung 6, welche insbesondere für eine Messung eines Verschleißes des stationären Gleitrings 4 an dessen Gleitfläche 4a eingerichtet ist. Die Messeinrichtung 6 ist dabei mit einem Sensor 7 verbunden. Der Sensor 7 ist an der Gleitfläche 4a des stationären Gleitrings 4 angeordnet.
Der Sensor 7 ist einer Vertiefung 43 in der Gleitfläche angeordnet und bevorzugt ein Verschleißsensor.
Hierzu muss eine elektrische Kontaktierung des Sensors 7 an der Gleitfläche 4a vorgesehen werden sein, welche im Detail aus Fig. 2 ersichtlich ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist der stationäre Gleitring 4 einen gesinterten, keramischen Ring 41 auf, welcher aus einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Material, insbesondere SiC, hergestellt ist. Ferner sind im Ring 41 zwei gleich aufgebaute elektrisch leitfähige Kontaktkörper 42 zur Kontaktierung des Sensors
7 angeordnet.
Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, verlaufen die elektrisch leitfähigen Kontaktkörper 42 von einer Rückseite 4b zur Gleitfläche 4a. Die elektrisch leitfähigen Kontaktkörper 42 sind in Ausnehmungen 40, welche im Ring 41 ausgebildet sind, angeordnet und verlaufen geradlinig und parallel durch den Gleitring 4.
Der elektrisch leitfähige Kontaktkörper 42 umfasst einen ersten Bereich 42a und einen zweiten Bereich 42b.
Die elektrisch leitfähigen Kontaktkörper 42 weisen an einer Austrittsseite an der Rückseite 4b des Gleitrings 4 jeweils einen elektrischen Anschlussbereich 13 für eine elektrische Leitung 8 auf. Dabei ist der elektrische Anschlussbereich 13 derart gebildet, dass die elektrische Leitung
8 direkt an dem zweiten Bereich 42b angeschlossen werden kann.
Der erste Bereich 42a ist in der Ausnehmung 40 an einem zur Gleitfläche 4a gerichteten Ende der Ausnehmung 40 angeordnet und kontaktiert den Sensor 7. Der zweite Bereich 42b füllt die restliche Ausnehmung 40 aus und reicht bis zur Rückseite 4b des stationären Gleitrings 4.
Der erste Bereich 42a ist aus einem ersten elektrisch leitfähigen, keramischen Material hergestellt und in diesem Ausführungsbeispiel aus SiSiC hergestellt. Der zweite Bereich ist aus einem anderen, zweiten elektrisch leitfähigen Material hergestellt und ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Gemisch von metallischem Silizium und SiC hergestellt, um einen Verbundwerkstoff zu bilden. Der Verbundwerkstoff kann maximal 15 Vol% gasgefüllter Poren aufweisen.
Eine Härte des ersten elektrisch leitfähigen, keramischen Materials ist dabei größer als eine Härte des zweiten elektrisch leitfähigen Materials. Eine Bestimmung der Härte des ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Materials kann mit bekannten Verfahren, beispielsweise Vickers- Verfahren, ermittelt werden.
Durch den härteren ersten Bereich 42a, der in der Ausnehmung 40 an der zur Gleitfläche 4a gerichteten Seite ausgebildet ist, kann eine Rissbildung an der Gleitfläche verhindert werden. Dies betrifft sowohl Risse, welche aufgrund der Ausnehmung 40, d.h. am Rand der Ausnehmung 40 in den keramischen Ring 41 gelangen können, als auch Risse im elektrisch leitfähigen Kontaktkörper 42 selbst, welche sich auch nach Bildung weiter in den keramischen Ring 41 fortpflanzen können. Der das metallische Silizium aufweisende zweite Bereich 42b des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers 42, welcher bis zur Rückseite 4b des stationären Gleitrings 4 reicht, ermöglicht eine direkte und unkomplizierte elektrische Kontaktierung mit der elektrischen Leitung 8. Insbesondere muss hier kein Metallpin oder dergleichen im elektrisch leitfähigen Kontaktkörper 42 für die elektrische Kontaktierung vorgesehen sein. Die elektrische Leitung 8 kann direkt, z.B. mittels Schweißen, fixiert werden.
Somit ermöglicht der elektrisch leitfähige Kontaktkörper 42 mit den zwei unterschiedlichen Bereichen 42a und 42b an der Gleitfläche eine Verhinderung von Rissbildung und an der Rückseite des stationären Gleitrings 4 eine einfache, schnelle und kostengünstige elektrische Kontaktierung mit der elektrischen Leitung 8.
Wie weiter aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel der Sensor 7 aus dem gleichen Material wie der erste Bereich 42a, nämlich SiSiC, hergestellt. Somit kann eine herstellungsbedingte einfache Verbindung zwischen dem Sensor 7 und den elektrisch leitfähigen Kontaktkörpern 42 erreicht werden. Insbesondere wird der Sensor 7 gleichzeitig mit dem ersten Bereich 42a hergestellt.
Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist der erste Bereich 42a eine erste Länge L1 in axialer Richtung des Kontaktkörpers 42 auf, welche kleiner ist als eine zweite Länge L2 des Kontaktkörpers 42 in axialer Richtung. Die erste Länge L1 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 mm bis 2 mm.
Eine Dicke der Schicht des Sensors 7 ist weiterhin kleiner als die erste Länge L1.
Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die beiden elektrisch leitfähigen Kontaktkörper 42 durch die elektrischen Leitungen 8 mit der Messeinrichtung 6 elektrisch verbunden und somit auch der Sensor 7 mit der Messeinrichtung 6 elektrisch verbunden.
Der stationäre Gleitring 4 aus keramischen Material kann dabei derart hergestellt werden, dass in einem ersten Schritt ein ringförmiger Grünling entsprechend der gewünschten geometrischen Gestalt des stationären Gleitrings 4 aus einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Material, z.B. SiC, bereitgestellt wird. Gleichzeitig oder anschließend werden die Ausnehmungen 40 für die elektrisch leitfähigen Kontaktkörper 42 in den Grünling eingebracht. Dann erfolgt ein Vorsintern des Grünlings. Anschließend wird auch die Vertiefung 43 eingebracht. In einem nächsten Schritt erfolgt ein Auffüllen der Vertiefung 43 für den Sensor 7 sowie ein teilweises Auffüllen der Ausnehmungen 40, wobei das gleiche Material, z.B. SiSiC, verwendet wird. Die Ausnehmungen 40 werden dabei nur teilweise aufgefüllt, bis die erste Länge L1 in der Ausnehmung 40 aufgefüllt ist, um den ersten Bereich 42a zu bilden. Anschließend erfolgt ein Einbringen des zweiten elektrisch leitfähigen Materials, welches den zweiten Bereich 42b bildet, in den noch freien Bereich in der Ausnehmung 40. Dabei kann ein Gemisch aus metallischem Silizium und einem keramischen Material, insbesondere SiC, für den zweiten Bereich 42b eingebracht werden. Anschließend erfolgt ein Nachsintern des Gleitrings, so dass auch der erste und zweite Bereich 42a, 42b mit dem Sensor 7 gesintert wird, wobei im zweiten Bereich 42b kein SiSiC entsteht, sondern metallisches Silizium und SiC als Gemisch vorliegt.
Durch das Nachsintern ergeben sich neben der Bildung von SiSiC im ersten Bereich 42a auch chemische Verbindungen zwischen dem Material des Rings und dem Material des zweiten Bereichs 42b des Kontaktkörpers 42.
Da eine Wärmeausdehnung der Keramik des Rings 41 und der beiden Bereiche 42a, 42b des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers 42 im Wesentlichen gleich ist, erfolgt insbesondere keine Bauteilschwächung bei einer Wärmeausdehnung, wie dies bei Verwendung eines metallischen Materials für eine elektrische Kontaktierung vorhanden wäre. Dadurch ergeben sich ferner auch keine temperaturabhängigen Einschränkungen bei einer Wahl der Beschichtung 9. Insbesondere kann eine Diamantbeschichtung, die bei Temperaturen von circa 900 °C aufgebracht werden muss, vorgesehen werden, welche nach Herstellung des Gleitrings aufgebracht werden kann.
Weiterhin ergeben sich durch die atomaren Bindungen beim Schritt des Nachsinterns zwischen dem Material des Rings 41 und dem Material des ersten Bereichs 42a des elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers 42 insbesondere an der Gleitfläche bündige Abschlüsse, sodass der Gleitring eine hervorragende Ebenheit aufweist und insbesondere auch ein kantenloser Übergang zwischen dem Ringmaterial und dem Material des elektrischen Kontaktbereichs vorhanden ist.
Hierdurch ergeben sich auch deutlich verbesserte Notlaufeigenschaften, insbesondere hinsichtlich einer möglichen Notlaufdauer, da an der Gleitfläche 4a beispielsweise nach Verschleiß des Sensors 7 trotzdem eine ebene, insbesondere am Übergang zwischen den beiden Materialien kantenfreie Fläche vorhanden ist, die als Gleitfläche für den Notlauf verwendet werden kann. Somit kann ein stationärer Gleitring 4 bereitgestellt werden, welcher beispielsweise einen Sensor 7 zur Verschleiß-Messung an der Gleitfläche aufweist. Ist der Sensor 7 durch Verschleiß abgetragen, wird ein elektrischer Stromkreis über die Kontaktkörper 42 unterbrochen, was ein Verschleißindikator ist. Die Sensorkontaktierung ist dabei in den Ring integriert und durch das gleitfähige, keramische Material sichergestellt. Durch den zweiten Bereich 42b kann auch eine besonders einfache thermische elektrische Kontaktierung durch Schweißen oder Löten direkt am Gleitring erfolgen, ohne dass Beschädigungen des Gleitrings auftreten.
Fig. 4 zeigt einen Gleitring 4 einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche beziehungsweise funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der Gleitring des zweiten Ausführungsbeispiels eine Beschichtung 9 auf. Die Beschichtung ist über die gesamte Gleitfläche des Gleitrings aufgebracht und ist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrisch leitfähige DLC-Beschichtung. Dies kann beispielsweise mittels einer dotierten DLG- Beschichtung erreicht werden. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 9 bildet den Sensor 7 und schließt dabei den elektrischen Kreis zwischen den beiden Kontaktkörpern 42 im Ring 41. Sollte die Beschichtung 9 verschlissen sein, wird der elektrische Kreis an der Gleitfläche unterbrochen, so dass ein Verschleiß an der Messeinrichtung 6 durch den unterbrochenen Stromkreis angezeigt wird. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel dem vorhergehen Ausführungsbeispiel, sodass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Fig. 5 zeigt einen Gleitring 4 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche beziehungsweise funktionsgleiche Teile sind mit den Gleitbezugszeichen wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, entspricht das dritte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Allerdings ist beim dritten Ausführungsbeispiel keine Vertiefung an der Gleitfläche des Rings 41 vorgesehen. Der Sensor 7 ist als elektrisch leitfähige Beschichtung auf einem Teilbereich der Gleitfläche des Rings 41 vorgesehen. Der Sensor 7 verbindet dabei die beiden elektrisch leitfähigen Kontaktkörper 42 elektrisch miteinander und schließt den elektrischen Kreis. Über dem Sensor 7 ist eine elektrisch nicht leitfähige Beschichtung 9' ausgebildet. Die elektrisch nicht leitfähige Beschichtung 9' überdeckt die gesamte Gleitfläche des Gleitrings 4. Der Aufbau des Kontaktkörpers 42 mit erstem Bereich 42a und zweitem Bereich 42b entspricht wieder den vorhergehenden Ausführungsbeispielen.
Bei einem Verschleiß der elektrisch nicht leitfähigen Beschichtung 9' und des Sensors 7 wird wiederum der elektrische Kreis elektrisch getrennt, so dass die Messeinrichtung 6 ein entsprechendes Verschleißsignal ausgeben kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den Fig. 1 bis 5 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste
1 Gleitringdichtungsanordnung
2 Gleitringdichtung
3 rotierender Gleitring
3a erste Gleitfläche
4 stationärer Gleitring
4a zweite Gleitfläche
4b Rückseite
5 Dichtspalt
6 Messeinrichtung
7 Sensor
8 elektrische Leitung
9 elektrisch leitfähige Beschichtung
9' elektrisch nicht leitfähige Beschichtung
13 elektrischer Anschluss
14 Welle
15 Vorspannelement
16 Gleitringträger
17 Schraube
18 Bereich, in dem abzudichtende Produkt vorhanden ist
19 Atmosphärenbereich
20 Gehäusebauteil
21 erster O-Ring
22 zweiter O-Ring
40 Ausnehmung
41 elektrisch nicht leitfähiger keramischer Ring
42 elektrisch leitfähiger Kontaktkörper
42a erster Bereich
42b zweiter Bereich
43 Vertiefung in der Gleitfläche
L1 erste Länge
L2 zweite Länge
X-X Mittelachse

Claims

Ansprüche
1 . Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung, umfassend einen gesinterten, keramischen Ring (41) mit einer Gleitfläche (4a), welcher aus einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Material hergestellt ist, und einen elektrisch leitfähigen Kontaktkörper (42), der für eine elektrische Kontaktierung eingerichtet ist und in einer Ausnehmung (40) im Ring (41) angeordnet ist, wobei der elektrisch leitfähige Kontaktkörper (42) einen ersten Bereich (42a) und einen zweiten Bereich (42b) aufweist, wobei der erste Bereich (42a) in der Ausnehmung (40) an einem zur Gleitfläche (4a) gerichteten Ende der Ausnehmung (40) angeordnet ist und einen Teil der Ausnehmung (40) ausfüllt und wobei der zweite Bereich (42b) die restliche verbleibende Ausnehmung (40) ausfüllt, wobei der erste Bereich (42a) aus einem ersten, elektrisch leitfähigen, keramischen Material mit einer ersten Härte hergestellt ist, und wobei der zweite Bereich (42b) aus einem zweiten, elektrisch leitfähigen Material mit einer zweiten Härte hergestellt ist, und wobei die erste Härte des ersten Bereichs (42a) größer ist als die zweite Härte des zweiten Bereichs (42b).
2. Gleitring nach Anspruch 1 , wobei der erste Bereich (42a) aus elektrisch leitfähigem SiSiC hergestellt ist.
3. Gleitring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Bereich (42b) aus einem Verbundwerkstoff aus metallischem Silizium und SiC ist.
4. Gleitring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Bereich (42a) eine erste Länge (L1) in axialer Richtung der Ausnehmung (40) aufweist, welcher kleiner ist als eine zweite Länge (L2) des zweiten Bereichs (42b) in axialer Richtung der Ausnehmung (40).
5. Gleitring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Bereich (42a) mit einem an der Gleitfläche (4a) angeordneten Sensor (7) verbunden ist.
6. Gleitring nach Anspruch 5, wobei der Sensor (7) eine elektrisch leitfähige Sensorschicht ist und aus dem gleichen Material wie der erste Bereich (42a) hergestellt ist.
7. Gleitring nach Anspruch 6, wobei die Sensorschicht in einer Vertiefung (43) in der Gleitfläche (4a) des Gleitrings angeordnet ist.
8. Gleitring nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Sensor (7) eine an der gesamten Gleitfläche angeordnete elektrisch leitfähige Beschichtung ist.
9. Gleitring nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Sensor (7) von einer elektrisch nicht leitfähigen Beschichtung (9) überdeckt ist, welche die Gleitfläche des Gleitrings bildet.
10. Gleitring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem elektrisch leitfähigen Kontaktkörper (42) und dem Ring (41) durch Sintern hergestellte chemische Verbindungen ausgebildet sind.
11. Gleitring nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausnehmung (40) eine Durchgangsausnehmung ist, welche von einer Rückseite (4b) zur Gleitfläche (4a) reicht oder welche von einer inneren Umfangsseite (4c) oder einer äußeren Umfangsseite (4d) zur Gleitfläche (4a) reicht.
12. Gleitring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine elektrische Leitung (8) mit dem elektrisch leitfähigen Kontaktkörper (42) direkt am zweiten Bereich (42b) elektrisch verbunden ist.
13. Gleitring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gleitring ein stationärer Gleitring (4) der Gleitringdichtungsanordnung ist und zwei Kontaktkörper (42) im Ring (41) zur elektrischen Kontaktierung des Sensors (7) vorhanden sind, um einen elektrisch geschlossenen Stromkreis zu bilden.
14. Gleitringdichtungsanordnung umfassend einen stationären Gleitring (4) entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine Messeinrichtung (6), die elektrisch mit dem Kontaktkörper (42) des Gleitrings (4) verbunden ist.
15. Verfahren zur Herstellung eines Gleitrings, umfassend die Schritte:
Herstellen eines ringförmigen Grünlings aus einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Material,
Einbringen einer Durchgangs-Ausnehmung (40) in den Grünling, Vorsintern des Grünlings Füllen eines Teilbereichs der Ausnehmung (40) mit einem ersten elektrisch leitfähigen, keramischen Material,
Einbringen eines zweiten elektrisch leitfähigen Materials in den noch nicht aufgefüllten Teilbereich der Ausnehmung (40), und
Nachsintern des Gleitrings mit dem ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Material, um in der Ausnehmung (40) einen ersten Bereich (42a) und einen zweiten Bereich (42b) eines elektrisch leitfähigen Kontaktkörpers (42) zu bilden, sodass ein keramischer Gleitring mit einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Ring (41) und dem elektrisch leitfähigen Kontaktkörper (42) hergestellt wird, wobei eine Härte des ersten Bereichs größer ist als eine Härte des zweiten Bereichs. Verfahren nach Anspruch 15, wobei auf die Gleitfläche (4a) des Gleitrings nach dem Nachsintern eine Beschichtung (9) aufgebracht wird und/oder wobei beim Nachsintern auch ein Sensormaterial gesintert wird.
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