DE29500108U1

DE29500108U1 - Magnetic coupling

Info

Publication number: DE29500108U1
Application number: DE29500108U
Authority: DE
Original assignee: Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH and Co
Current assignee: Burgmann Grundstuecksverwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 1994-01-20
Filing date: 1995-01-04
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2005-01-05

Description

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Magne t kupp1ungMagne t clutch

Die Erfindung betrifft eine Magnetkupplung gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a magnetic coupling according to the preamble of claim 1.

Sie betrifft insbesondere eine gleitlagergelagerte Magnetkupplung mit hermetischer Abdichtung eines Kupplungsinnen- gegenüber einem Kupplungsaussenbereich durch eine Spalttopfanordnung. Der grundsätzliche Aufbau derartiger Magnetkupplunge&eegr; ist bekannt, vgl z.B. DE-A-38 05 322 (Burgmann). Das Gleitlager zur Lagerung der Abtriebswelle derartiger Magnetkupplungen, auf die gleichzeitig das dem abzudichtenden Medium ausgesetzte angetriebene Bauteil, z. B. ein Pumpenlaufrad oder Rührwerk aufgesetzt sein kann, wird durch das Medium geschmiert und ist daher starken korrosiven und abrasiven Einflüssen ausgesetzt. Es wurde daher schon vorgeschlagen (DE-U-92 04 349), wenigstens die Lagerringe des Gleitlagers aus einem verschleiss- und korrosionsfesten Material wie Siliciumkarbid (SiC) zu fertigen. Bei der bekannten Gleitlageranordnung sind die Lagerringe in einem starren Lagergehäuse mit Schrumpfsitz gehalten. Die daraus resultierende starre gegenseitige Ausrichtung der Lagerringe kann zur Folge haben, dass schon geringfügige Abweichungen aus der vorgegebenen Ausrichtung der Lagerringe und dadurch bedingtes Verkanten eine linienförmige Beanspruchung dieses Bauelementes sowie der damit zusammenwirkenden Lagerschale bedingen. Dies bedeutet Verschleiss wegen erhöhter lokaler Beanspruchung der Bauteile sowie bei Lagerringen ausIt relates in particular to a plain bearing mounted magnetic coupling with hermetic sealing of an inner coupling area from an outer coupling area by means of a containment shell arrangement. The basic structure of such magnetic couplings is known, see e.g. DE-A-38 05 322 (Burgmann). The plain bearing for supporting the output shaft of such magnetic couplings, on which the driven component exposed to the medium to be sealed, e.g. a pump impeller or agitator, can be placed at the same time, is lubricated by the medium and is therefore exposed to strong corrosive and abrasive influences. It has therefore already been proposed (DE-U-92 04 349) to manufacture at least the bearing rings of the plain bearing from a wear- and corrosion-resistant material such as silicon carbide (SiC). In the known plain bearing arrangement, the bearing rings are held in a rigid bearing housing with a shrink fit. The resulting rigid mutual alignment of the bearing rings can result in even minor deviations from the specified alignment of the bearing rings and the resulting tilting causing linear stress on this component and the bearing shell interacting with it. This means wear due to increased local stress on the components and, in the case of bearing rings made of

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kerbempfindlichen Materialien wie SiC die Gefahr von vorzeitigem Versagen durch Bruch und damit bedingter Ausfall der Magnetkupplung. Andererseits ist die Demontage und erneute Montage von Magnetkupplungen zur Behebung von Beschädigungen an sich und insbesondere bei Einsatz in Gegenwart umweltschädlicher Medien mit erheblichem Aufwand verbunden. Man hat weiter schon vorgeschlagen, die Lagerringe nachgiebig anzuordnen, indem zwischen Gehäuse und Lagerringen ein Siliconmasse vorgesehen wurde. Zwar können die Lagerringe dann Abweichungen aus einer vorgegebenen Ausrichtung in gewissem Umfang elastisch nachgeben, doch erweist sich die Siliconmasse bei zahlreichen Anwendungsfällen als nicht ausreichend belastbar und beständig. Im Maschinenbau bekannte Pendellagerungen einer Welle scheiden für die Lagerung der Abtriebswelle einer Magnetkupplung im allgemeinen aus.notch-sensitive materials such as SiC pose the risk of premature failure due to breakage and the resulting failure of the magnetic coupling. On the other hand, dismantling and reassembling magnetic couplings to repair damage is in itself a considerable effort, particularly when used in the presence of environmentally harmful media. It has also been suggested that the bearing rings be arranged in a flexible manner by placing a silicone compound between the housing and the bearing rings. The bearing rings can then elastically yield to a certain extent to deviations from a given alignment, but the silicone compound proves to be insufficiently resilient and durable in many applications. The pendulum bearings of a shaft known in mechanical engineering are generally not suitable for the bearing of the output shaft of a magnetic coupling.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetkupplung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, bei der die Gefahr eines vorzeitigen Versagens durch übermässigen Verschleiss oder Beschädigung der Gleitlageranordnung wesentlich herabgesetzt ist.The invention is based on the object of creating a magnetic coupling of the type mentioned at the beginning, in which the risk of premature failure due to excessive wear or damage to the plain bearing arrangement is significantly reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Bei der Erfindung sind somit die Lagerringe der die Abtriebswelle der Magnetkupplung haltenden Gleitlageranordnung nicht starr gegeneinander und in Bezug auf die Mittelachse der zu lagernden Welle ausgerichtet, sondern nachgiebig gehalten. Die Nachgiebigkeit wird jedoch nicht durch ein separates, verschleissanfälliges und deutlichen Belastungseinschränkungen unterworfenes Bauteil, wie eine Siliconmasse, sondern durch eine nachgiebige Ausbildung des Lagergehäuses erzielt. Die Lagerringe können daher in montagegünstiger Weise grundsätzlich fest, z.B. durch Schrumpfsitz, montiertThis object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of claim 1. In the invention, the bearing rings of the plain bearing arrangement holding the output shaft of the magnetic coupling are not rigidly aligned with one another and with respect to the center axis of the shaft to be supported, but are held in a flexible manner. The flexibility is not achieved by a separate component that is susceptible to wear and subject to significant load restrictions, such as a silicone compound, but by a flexible design of the bearing housing. The bearing rings can therefore be mounted in a way that is favorable for assembly, e.g. by means of a shrink fit.

sein. .Wenn ungleichmässig längs der Lagerflächen verteilte Lagerkräfte aufgrund von Verkantungen auftreten, hat das entstehende Moment zur Folge, dass der betreffende Lagerring aufgrund der nicht starren Fixierung selbständig in eine Position gebracht wird, bei der eine gleichmässigere Verteilung der Lagerkräfte vorliegt. Auf diese Weise werden lokale Überbeanspruchungen mit der Gefahr einer Beschädigung des Lagerringes wirksam vermieden. Die verschleissminimxerende Eigenschaft von Lagerringen aus kerbempfindlichen Hartmaterialien wie SiC kann daher standzeitverlängernd uneingeschränkt zur Geltung gebracht werden. Ausserdem haben Versuche an einer erfindungsgemäss aufgebauten Gleitlageranordnung im Vergleich mit einer solchen herkömmlicher Bauart gezeigt, dass eine wesentliche Steigerung der Belastbarkeit möglich ist. Bezüglich Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Ansprüche verwiesen.If unevenly distributed bearing forces occur along the bearing surfaces due to tilting, the resulting moment results in the bearing ring in question being automatically brought into a position where the bearing forces are more evenly distributed due to the non-rigid fixation. In this way, local excessive stress with the risk of damage to the bearing ring is effectively avoided. The wear-minimizing property of bearing rings made of notch-sensitive hard materials such as SiC can therefore be fully exploited to extend service life. In addition, tests on a plain bearing arrangement constructed according to the invention have shown, in comparison with a conventional design, that a significant increase in load-bearing capacity is possible. Reference is made to the claims for further developments of the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using embodiments and the drawing. They show:

Fig. 1 in längsgeschnittener Ansicht eine erfindungsgemäss aufgebaute Magnetkupplung,Fig. 1 shows a longitudinal section of a magnetic coupling constructed according to the invention,

Fig. 2 in Detailansicht eine modifizierte Gleitlageranordnung, undFig. 2 shows a detailed view of a modified plain bearing arrangement, and

Fig. 3 in geschnittener Ansicht ein Detail A von Fig. 1.Fig. 3 shows a sectional view of detail A of Fig. 1.

Mit dem Bezugszeichen 1 in Fig. 1 ist das Gehäuse einer Vorrichtung, z.B. Kreiselpumpe, angedeutet, die ihren Antrieb über eine erfindungsgemässe Magnetkupplung erfährt. Durch eine allgemein mit 3 bezeichnete Gleitlageranordnung ist eine Welle 2 im Gehäuse 1 gelagert, die das Abtriebselement derThe reference number 1 in Fig. 1 indicates the housing of a device, e.g. a centrifugal pump, which is driven by a magnetic coupling according to the invention. A shaft 2 is mounted in the housing 1 by a plain bearing arrangement generally designated 3, which shaft forms the output element of the

Magnetkupplung darstellt. Auf der Welle 2 kann z.B. ein Pumpenlaufrad (nicht gezeigt) aufgesetzt sein.magnetic coupling. A pump impeller (not shown) can be mounted on shaft 2, for example.

In radial beabstandeter koaxialer Beziehung zur Welle 2 ist mit dieser zur gemeinsamen Drehung ein zylindrisches Abtriebsteil 4 der Magnetkupplung verbunden, das aussenumfänglich mit einer Magnetanordnung 5 in Gestalt einer Vielzahl von Permanentmagneten versehen ist. Der abtriebsseitigen Magnetanordnung 5 entspricht eine antriebsseitige Magnetanordnung 6 aus Permanentmagneten an einem zylindrischen Antriebsteil 7, das koaxial in Bezug auf den Abtriebsteil 4 so angeordnet ist, dass zwischen den Magnetanordnungen 5, 6 ein Ringspalt verbleibt. Der Antriebsteil 7 kann mit einer Antriebsquelle {nicht gezeigt) verbunden sein. Infolge der wechselseitigen Polung der Permanentmagnete wirkt zwischen diesen eine magnetische Kraft, die bei einer Drehung des Antriebsteiles 7 zu einer ebensolchen Drehung des Abtriebsteiles 4 und damit der Welle 9 führt.A cylindrical output part 4 of the magnetic coupling is connected to the shaft 2 in a radially spaced coaxial relationship with the latter for common rotation, said cylindrical output part 4 being provided on the outside with a magnet arrangement 5 in the form of a plurality of permanent magnets. The output-side magnet arrangement 5 corresponds to a drive-side magnet arrangement 6 made of permanent magnets on a cylindrical drive part 7, which is arranged coaxially with respect to the output part 4 in such a way that an annular gap remains between the magnet arrangements 5, 6. The drive part 7 can be connected to a drive source (not shown). As a result of the mutual polarity of the permanent magnets, a magnetic force acts between them, which, when the drive part 7 rotates, leads to a similar rotation of the output part 4 and thus of the shaft 9 .

Ein Spalttopf 8, der, wie bei 9 angedeutet, am Gehäuse 1 befestigt ist, kann vorgesehen sein, um zwischen den an- und abtriebsseitigen Bereichen der Magnetkupplung eine hermetische Abdichtung zu schaffen, so dass der dem Einfluss eines Mediums, z.B. das zu fördernde Medium einer Pumpe, ausgesetzte Bereich der Magnetkupplung gegenüber der Aussenumgebung abgedichtet ist. Der Spalttopf 8 durchsetzt mit seinem zylindrischen Bereich den Ringspalt zwischen den an- und abtriebsseitigen Magnetanordnungen 5, 6.A containment shell 8, which is attached to the housing 1 as indicated at 9, can be provided to create a hermetic seal between the drive and output side areas of the magnetic coupling, so that the area of the magnetic coupling exposed to the influence of a medium, e.g. the medium to be pumped by a pump, is sealed from the outside environment. The containment shell 8 penetrates the annular gap between the drive and output side magnet arrangements 5, 6 with its cylindrical area.

Der vorbeschriebene Aufbau einer Magnetkupplung ist grundsätzliche bekannt und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.The structure of a magnetic coupling described above is basically known and therefore does not need to be described in more detail.

Die allgemein mit 3 bezeichnete Gleitlageranordnung umfasst eine auf der Welle 2 aufgesetzte Lagerschale 10. Die Lagerschale 10 kann die Welle 2 mit einem radialen Spiel umgeben, welches entsprechend dem Wärmeausdehnungsverhalten der Welle 2 zu bemessen ist.The plain bearing arrangement, generally designated 3, comprises a bearing shell 10 placed on the shaft 2. The bearing shell 10 can surround the shaft 2 with a radial clearance which is to be dimensioned according to the thermal expansion behavior of the shaft 2.

Die Gleitlageranordnung 3 umfasst ferner ein Lagergehäuse 11, das am Gehäuse 1, wie bei 12 angedeutet ist, befestigt sein kann und ein Paar axial beabstandete Lagerringe 13, 14 trägt, deren innere Umfangsflächen in bekannter Weise mit der Lagerschale 10 unter Bildung eines hydrodynamischen Radiallagers zusammenwirken.The plain bearing arrangement 3 further comprises a bearing housing 11 which can be fastened to the housing 1, as indicated at 12, and carries a pair of axially spaced bearing rings 13, 14, the inner circumferential surfaces of which interact in a known manner with the bearing shell 10 to form a hydrodynamic radial bearing.

Die Lagerschale 10 ebenso wie die Lagerringe 13, 14 bestehen vorzugsweise aus einem geeigneten verschleissfesten Hartmaterial. Obschon andere Materialien in Frage kommen, ist bevorzugtes Material Siliciumkarbid.The bearing shell 10 as well as the bearing rings 13, 14 are preferably made of a suitable wear-resistant hard material. Although other materials are possible, the preferred material is silicon carbide.

Zur konzentrischen Positionierung der Lagerschale 10 gegenüber der Mittelachse M der Welle 2 sind ein Paar axial längs der Lagerschale 10 beabstandete Zentrierringe 15, 16 vorgesehen, die den äusseren Umfang der Lagerschale 10 mit einem geeigneten Passitz umfassen. Jeder Zentrierring 15, 16 ist an seinem äusseren Umfang in einer Halterung 17, 18, z.B. durch Schrumpfsitz, gehalten. Beide Halterungen 17, 18 sind gegenüber der Welle 2 lagefixiert. Z.B. kann eine der Halterungen 17, 18 (in Fig. die linksseitige) mit der Welle 2 durch einen Passtift 9 und die andere {in Fig. 1 rechtsseitige) Halterung durch eine Passfederanordnung 2 0 verbunden sein. Die rechtsseitige Halterung 18 kann gleichzeitig als Träger des zylindrischen Abtriebsteiles 4 der Magnetkupplung dienen.For concentric positioning of the bearing shell 10 relative to the central axis M of the shaft 2, a pair of centering rings 15, 16 are provided which are axially spaced apart along the bearing shell 10 and which enclose the outer circumference of the bearing shell 10 with a suitable fit. Each centering ring 15, 16 is held on its outer circumference in a holder 17, 18, e.g. by shrink fit. Both holders 17, 18 are fixed in position relative to the shaft 2. For example, one of the holders 17, 18 (the left-hand one in Fig. 1) can be connected to the shaft 2 by a dowel pin 9 and the other holder (the right-hand one in Fig. 1) can be connected by a key arrangement 20. The right-hand holder 18 can simultaneously serve as a carrier for the cylindrical output part 4 of the magnetic coupling.

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Erf indungsgemäss sind die Lagerringe 13, 14 der Gleitlageranordnung nicht starr, sondern in nachgiebiger Weise gegeneinander und in Bezug auf die Mittelachse M der Welle positioniert.According to the invention, the bearing rings 13, 14 of the plain bearing arrangement are not rigid, but are positioned in a flexible manner against each other and in relation to the central axis M of the shaft.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist zu diesem Zweck das Lagergehäuse 11 an einem zwischenliegenden axialen Bereich zwischen den Lagerringen 13, 14 geschwächt. Insbesondere umfasst das Lagergehäuse 11 einen rohrförmigen zwischenliegenden Wandbereich 21 mit verringerter Wandstärke, an dem sich endseitig starre, die Lagerringe 13, 14 haltende Gehäuseabschnitte anschliessen können. Die durch den rohrförmigen zwischenliegenden Wandbereich 21 geschaffene Flexibilität des Lagerghäuses 11 bewirkt, dass die Gehäuseabschnitte, welche die Lagerringe 13, 14 halten, nicht mehr in einer starren axialen Beziehung zueinander stehen, sondern unter den einwirkenden Lagerkräften unterschiedliche Ausrichtungen einnehmen können.As shown in Fig. 1, for this purpose the bearing housing 11 is weakened in an intermediate axial region between the bearing rings 13, 14. In particular, the bearing housing 11 comprises a tubular intermediate wall region 21 with a reduced wall thickness, to which rigid housing sections holding the bearing rings 13, 14 can be connected at the end. The flexibility of the bearing housing 11 created by the tubular intermediate wall region 21 means that the housing sections holding the bearing rings 13, 14 are no longer in a rigid axial relationship to one another, but can adopt different orientations under the acting bearing forces.

Die in Fig. 2 gezeigte GIeitlageranordnung unterscheidet sich von der vorbeschriebenen in einer modifizierten Ausführung des Lagergehäuses 11, indem längs eines zwischenliegenden Gehäusebereiches 2 2 ein oder mehrere radiale Einschnitte 23 vorgesehen sind, die eine Querschnittsschachung des zwischenliegenden Gehäusebereiches 22 bewirken und damit ähnliche Wirkungen haben, wie der rohrförmige Gehäusebereich 21 der vorbeschriebenen Ausführungsform. Die Einschnitte 23 können abwechselnd von der Innen- und Aussenseite des zwischenliegenden Gehäusebereiches 22 eingebracht sein. Die Einschnitte 23 könnten eine geeignete andere Ausrichtung als die gezeigte radiale Ausrichtung haben.The plain bearing arrangement shown in Fig. 2 differs from that described above in a modified version of the bearing housing 11 in that one or more radial incisions 23 are provided along an intermediate housing region 22, which cause a cross-sectional corrugation of the intermediate housing region 22 and thus have similar effects to the tubular housing region 21 of the previously described embodiment. The incisions 23 can be made alternately from the inside and outside of the intermediate housing region 22. The incisions 23 could have a suitable orientation other than the radial orientation shown.

Die die Elastizität . des Lagergehäuses 11 schaffenden zwischenliegenden Bereiche 21 bzw. 22 der vorbeschriebenen Ausführungsformen brauchen sich nicht über die gesamte axiale Länge des Lagergehäuses zwischen den die Lagerringe 13, 14 haltenden Gehäuseabschnitten erstrecken.The intermediate regions 21 and 22 of the previously described embodiments, which create the elasticity of the bearing housing 11, do not need to extend over the entire axial length of the bearing housing between the housing sections holding the bearing rings 13, 14.

Der in der Halterung 17 montierte Zentrierring 15 hat ferner, wie in Fig. 3 gezeigt ist, eine Stirnfläche 24, die mit der gegenüberliegende Stirnfläche 25 des Lagerringes 13 zusammenwirken kann, um das Lagergehäuse 11 axial abzustützen. In Fig. 3 ist nur die in Fig. 1 linksseitige Anordnung aus Lagerring 13 und Zentrierring 15 dargestellt. Es versteht sich, dass die in Fig. 1 rechtsseitige Anordnung aus Lagerring 14 und Zentrierring 16 ebenso ausgebildet sein kann.The centering ring 15 mounted in the holder 17 also has, as shown in Fig. 3, an end face 24 which can interact with the opposite end face 25 of the bearing ring 13 in order to axially support the bearing housing 11. In Fig. 3, only the arrangement of bearing ring 13 and centering ring 15 on the left in Fig. 1 is shown. It is understood that the arrangement of bearing ring 14 and centering ring 16 on the right in Fig. 1 can also be designed.

Erfindungsgemäss ist die Stirnfläche 24 des Zentrierringes 15 leicht ballig, insbesondere kreissegmentförmig ausgebildet. Dies bewirkt, dass die radial ausgerichtete Stirnfläche 25 des Lagerringes 13 auf der balligen Stirnfläche 24 des Zentrierringes 15 abrollen kann und daher die durch die Flexibilität des Lagergehäuses 11 geschaffene selbstausrichtende Eigenschaft des Lagerringes 13 nicht behindert wird. Andererseits wird die axial abstützende Zusatzfunktion des Zentrierringes 15 hierdurch nicht beeinträchtigt.According to the invention, the end face 24 of the centering ring 15 is slightly spherical, in particular in the shape of a circular segment. This means that the radially aligned end face 25 of the bearing ring 13 can roll on the spherical end face 24 of the centering ring 15 and therefore the self-aligning property of the bearing ring 13 created by the flexibility of the bearing housing 11 is not hindered. On the other hand, the additional axially supporting function of the centering ring 15 is not impaired by this.

Wie ferner in Fig. 3 zu erkennen ist, ist die Balligkeit der Stirnfläche 24 des Zentrierringes 15 so, dass bei ideal axial ausgerichtetem Lagerring 13 eine umfängliche berührende Eingriffnahme zwischen den zusammenwirkenden Stirnflächen-Paarungen 24, 25 der Lager- und Zentrierringe 13, 15 im wesentlichen nur längs eines Bereiches nahe deren radial innenliegenden Kanten zustande kommt.As can also be seen in Fig. 3, the crowning of the end face 24 of the centering ring 15 is such that, with an ideally axially aligned bearing ring 13, a circumferential contact engagement between the interacting end face pairs 24, 25 of the bearing and centering rings 13, 15 occurs essentially only along a region close to their radially inner edges.

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Wenn erwünscht, könnte die Balligkeit auch an der Stirnfläche 25 des Lagerringes 13 vorgesehen sein, während die Stirnflächen 25 des Zentrierringes 15 eine radiale Ausrichtung hätte. Auch könnte eine ballige Konfiguration bei beiden zusammenwirkenden Stirnflächen-Paarungen 24, 25 vorgesehen sein.If desired, the crowning could also be provided on the end face 25 of the bearing ring 13, while the end faces 25 of the centering ring 15 would have a radial orientation. A crowned configuration could also be provided on both interacting end face pairs 24, 25.

Claims

Protection claims

1. Magnetic coupling with a pair of interacting magnet arrangements on the input and output sides, of which the output side is held by a shaft supported by a plain bearing arrangement, the plain bearing arrangement comprising at least two bearing rings held by a bearing housing at an axial distance from one another and essentially concentrically to the central axis of the shaft, characterized in that the bearing housing (11) is designed to be flexible along at least a part of the area (21, 22) between the bearing rings (13, 14).

2. Magnetic coupling according to claim 1, characterized in that the bearing housing (11) has a reduced wall thickness at the intermediate partial region (21).

3. Magnetic coupling according to claim 1, characterized in that the bearing housing (11) at the intermediate portion

(22) is weakened in bending by incisions (23).

4. Magnetic coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing rings (13, 14) are held in the bearing housing (11) by a shrink fit.

5. Magnetic coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing rings (13, 14) are made of a hard material.

6. Magnetic coupling according to one of the preceding claims, wherein at least one of the bearing rings of the plain bearing arrangement

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an arrangement fixed relative to the shaft is assigned for axial support, characterized in that at least one of the surfaces (24, 25) of the bearing ring (13) and the support arrangement (15) which cooperate for axial support is curved, in particular circular segment-shaped.

7. Magnetic coupling according to claim 6, characterized in that the cooperating surfaces (24, 25) touch along a circumferential region near their radially inner ends.