DE2900543A1 - Gleitringdichtung - Google Patents

Description

Borg-Warner Corporation

200 South Michigan Ave. 4„ Januar 1979

Chicago, 111.60604, USA Anwaltsakte M-4824

Gleitringdichtung

Zus ammenfassung

Es v/ird eine Gleitringdichtung zum Trennen von Strömungsmitteln angegeben, welche zusammen mit einem feststehenden Gehäuse und einer umlaufenden Welle verwendbar ist. Die Gleitringdichtung weist einen stationären Dichtring und einen umlaufenden Dichtring auf„ Der stationäre Dichtring ist durch ein Steuerdruckmittel in Richtung auf den umlaufenden Dichtring vorgespannt« Der Druck des Steuerdruckmittels läßt sich verändern, um das Kräftegleichgewicht der Dichtung abzuändern.

Um Standzeiten von mehr als 2 Jahren bei Gleitringdichtungen zu erhalten, weiche bei Drücken von mehr als 100 psi (entspricht 7 at) betrieben werden, müssen Gleitringdichtungen mit Kraftausgleich verwendet werden. Derartige Gleitringdichtungen sind dem Fachmanne bekannt und sind so ausgelegt, daß die Einheitsbelastung ausgedrückt in psi an den Berührflächen der Dichtflächen kleiner ist als der Druck, von welchem die Dichtung in der Dichtkammer oder Stopf-

buchse umgeben ist. Die kleinere Einheitsbelastung erhält man dadurch, daß man ein entsprechendes Verhältnis zwischen zwei Flächen wählt, nämlich zwischen der Größe des Kontaktbereiches und der effektiven Größe des druckbeaufschlagten Bereiches. Der Kontaktbereich ist der Bereich, über den hinweg die beiden Dichtflächen der Dichtringe in Berührung zueinander stehen. Die effektive druckbeaufschlagte Fläche ist diejenige, welche mit dem in der Stopfbuchse herrschenden Druck beaufschlagt ist, durch welchen die Dichtflächen in Anlage aneinander gehalten werden.

Um bei den bekannten kräftemäßig ausgeglichenen Gleitringdichtungen die Einheitsbelastung an den Kontaktflächen der Dichtflächen zu vermindern, muß die effktiv druckbeaufschlagte Fläche immer kleiner sein als der Kontaktbereich. Das Verhältnis zwischen der effektiv druckbeaufschlagten Fläche und dem Kontaktbereich gibt in Prozent ausgedrückt den Kräfteausgleich der Gleitringdichtung.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kräftemäßig ausgeglichene Gleitringdichtung mit einem umlaufenden Dichtring und einem stationären Dichtring. Diese Dichtringe haben aneinander anliegende Dichtflächen. Der stationäre Dichtring ist in Richtung auf den umlaufenden Dichtring zu durch ein Steuerdruckmittel vorgespannt. Auf diese Weise erhält man ein Kräftegleichgewicht der Dichtung, welches durch einen Bruch vorgegeben ist, welcher von dem Druck des Steuerdruckmittels und dem Druck des in der Stopfbuchse befindlichen Strömungsmittels vorgegeben ist. Da der Druck des Steuerdruckmittels einstellbar ist, kann man den Kräfteausgleich der Dichtung variieren und abändern, solange die mit der Dichtung versehene Vorrichtung, z.B. eine Pumpe, arbeitet.

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Man kann auch den Leckstrom über die Dichtflächen erfassen und den Druck des Steuerdruckmittels derart einstellen, daß man eine gewünschte Leckrate über die Dichtflächen erhält und so das Arbeiten der Dichtung vorgeben kann. Ein anderer mit der Erfindung erhaltener Vorteil ist der, daß der Druck des Steuerdruckmittels beim Ingangsetzen der zugeordneten Vorrichtung vermindert werden kann. Auf diese Weise erhält man beim Ingangsetzen ein geringeres Drehmoment, was zu einer Verminderung des Verschleißes der in Berührung miteinander stehenden Dichtflächen führt.

Die erfindungsgemäße Gleitringdichtung hat sehr einfachen Aufbau; trotzdem läßt sie sich an die verschiedensten Einsatzbedingungen anpassen, und ihr Arbeiten läßt sich entweder von Hand oder automatisch vorgeben, je nachdem was für Instrumente zur Steuerung verwendet werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Teil einer herkömmlichen, kräftemäßig ausgeglichenen Gleitringdichtung;

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Gleitringdichtung; und

Fig. 3,4 Fortbildungen der Gleitringdichtung nach Fig. 2 bezüglich der Lagerung des feststehenden Dichtringes.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche, kräftemäßig ausgeglichene Gleitringdichtung. Die Figure ist selbst mit Bezeichnungen versehen. Der Kontaktbereich ist die Ringfläche,, welche zwischen den Radien R.,

und R„ liegt. Der effektiv-druckbeaufschlagte Bereich ist die Ringfläche, welche zwischen den Radien R„ und R_ liegt. Der Kräfteausgleich der Gleitringdichtung hängt ab von dem Quotienten effektivdruckbeaufschlagte Fläche geteilt durch Größe des Kontaktbereiches. Verwendet man die in der Zeichnung verwendeten Größen, so erhält man den

R₂-R₃

Kräfte aus gleich der Dichtung (%) = χ 100.

R₂-R₁

Um die Einheitsbelastung bei den Berührflächen der Dichtflächen zu verkleinern, muß der effektiv-druckbeaufschlagte Bereich immer kleiner sein als der Kontaktbereich, über den hinweg der umlaufende Dichtring am stationären Dichtring abgestützt ist.

Fig. 2 zeigt eine kräftemäßig ausgeglichene Gleitringdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Gleitringdichtung ist insgesamt mit 10 bezeichnet und ist zusammen mit einem Gehäuse 12 wiedergegeben, welches aus einer Mehrzahl von Gehäuseteilen bestehen kann. Die Gleitringdichtung 10 dient zum Abdichten einer umlaufenden Welle 14, über welche ein an ihrem einen Ende angeordneter Antrieb M und eine an ihrem anderen Ende vorgesehene Last, z.B. eine Pumpe P, miteinander verbunden sind. Das Gehäuse 12 bildet zusammen mit der Gleitringdichtung 10 eine Stopfbuchse und begrenzt zusammen mit der Welle 14 einen Innenraum 16. Durch die Gleitringdichtung 10 sind die beim einen Ende der Welle 14 vorliegenden Strömungsmittel von den beim anderen Ende der Welle 14 vorliegenden Strömungsmitteln getrennt. In der weiteren Beschreibung wird der im Innenraum 16 herrschende Druck mit P₁ bezeichnet.

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Die Gleitringdichtung 1O weist einen umlaufenden Dichtring 18 auf, welcher an einer auf der Welle 14 ausgebildeten Schulter 2O anschlägt. Der umlaufende Dichtring 18 ist durch eine Hülse 21 und eine O-Ringdichtung 22 gegen die Welle 14 abgedichtet. Die O-Ringdichtung 22 findet in einer Nut 24 der Welle 14 Aufnahme. Der umlaufende Dichtring 18 besteht aus üblichen Materialien und hat eine Dichtfläche 26. Der umlaufende Dichtring 18 ist im wesentlichen mit dem im Innenraum 16 befindlichen Strömungsmittel beaufschlagt.

Die Gleitringdichtung IO weist ferner einen stationären Dichtring 28 auf, welcher in einer Ausnehmung 30 des Gehäuses 12 Aufnahme findet. Der Dichtring 28 hat eine Dichtfläche 32_r welche an der Dichtfläche 26 des umlaufenden Dichtringes 18 anliegt. O-Ringdichtungen 34 und 36 sind in Nuten 38 und 4O des stationären Dichtringes 28 angeordnet und dichten den Dichtring 28 innerhalb der Ausnehmung 3O ab, lassen jedoch eine gewisse axiale Bewegung des Dichtringes 28 zu, wie weiter unten noch genauer beschrieben wird.

Durch den Dichtring 28 ist im Inneren der Ausnehmung 30 ein mit Steuerdruck beaufschlagter Arbeitsraum 42 begrenzt, v/elcher über einen Kanal 44 und eine externe Leitung mit einer Steuerdruckquelle verbunden ist, z.B. mit der in den Fig. 2 und 3 schematisch wiedergegebenen Pumpe 46. Durch den im Arbeitsraum 42 herrschenden Steuerdruck ist der stationäre Dichtring 28 in Richtung auf den umlaufenden Dichtring 18 vorgespannt» Ein Druckregelventil 48 ist zwischen die Pumpe 46 und den Arbeitsraum 42 geschaltet. Das Druckregelventii 48 kann programmierbar sein, so daß man den in der Zeichnung mit P„ bezeichneten Druck des Steuerdruckmittels vermindern oder erhöhen kann und so den jeweiligen Betriebsbedingungen

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Rechnung tragen kann.

Bei der hier beschriebenen Gleitringdichtung ist die effektiv druckbeaufschlagte Fläche die Fläche des stationären Dichtringes 28 , welche mit dem Steuerdruckmittel beaufschlagt ist. Der Kontaktbereich der Dichtung ist gleich der Stirnfläche des Dichtringes 28, hat also die gleiche Größe wie die Dichtfläche 32. Diese beiden Flächen haben also bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel die gleiche Größe. Man kann sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber auch unterschiedlich große wählen. Damit ist der Kraftausgleich der Dichtung gegeben durch die nachstehende Gleichung:

P₂ χ effektive druckbeaufschlagte Fläche

Kraftausgleich (%) = χ 100.

P₁ χ Größe des Kontaktbereiches

Sind die effektiv druckbeaufschlagte Fläche und der Kontaktbereich gleich groß, so hängt der Kräfteausgleich der Dichtung vom Verhältnis der Drücke P„ und P- ab.

Der Kraftausgleich der oben beschriebenen Gleitringdichtung läßt sich auf verschiedene Arbeitsweisen einstellen. Z.B. kann man den Kraftausgleich dadurch abändern, daß man noch im Betrieb den Druck des Steuerdruckmittels modifiziert. Der Druck des Steuerdruckmittels kann dabei so programmiert werden, daß er beim Anlaufen der durch die Welle 14 angetriebenen Pumpe vermindert wird. Damit wird erreicht, daß der Antrieb M beim Anwerfen der Pumpe nur ein geringeres Anlaufdrehmoment erbringen muß. Auf diese Weise wird auch der Verschleiß der Dichtflächen vermindert. Man kann auch den Leck-

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strom über die Dichtflächen dadurch in gewünschter Weise steuern, daß man den Druck des Steuerdruckmittels entsprechend ändert.

In der Zeichnung ist zwar nur eine einzige Gleitringdichtung wiedergegeben; es versteht sich aber, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch mehrstufige Gleitringdichtungen vorgesehen sein können, von denen eine jede durch ein getrenntes Steuerdruckmittel steuerbar ist. Die Gleitringdichtungen können parallel oder in Reihe geschaltet sein, und die Steuerdruckmittel können entweder dieselben sein, also unter dem gleichen Druck stehen und/oder das gleiche Strömungsmittel aufweisen, oder die Steuerdruckmittel können voneinander verschieden sein, wie dies jeweils gewünscht wird.

Falls gewünscht, kann ein Stift 50 (vgl. Fig.3) verwendet werden, um den stationären Dichtring 28 drehfest am Gehäuse 12 festzulegen. Der Stift 50 ist seinerseits am Gehäuse 12 befestigt und findet in einem gestreckten axialen Schlitz 52 des Dichtringes 28 Aufnahme, so daß letzterer in axialer Richtung beweglich ist.

In weiterer Abwandlung der oben beschriebenen Gleitringdichtung kann eine Feder 54 vorgesehen sein, um eine Mindestvorspannung des Dichtringes 28 in Richtung auf den Dichtring 18 zu zu erhalten. Die Feder 54 ist bei der in Fig. 4 gezeigten Gleitringdichtung in der Ausnehmung 30 angeordnet.

Kur einwandfreien Abdichtung der verschiedenen Teile der Gleitringdichtung gegeneinander sind weitere Dichtungen oder 0-Ringe vorgesehen, so z.B. der 0-Ring 56, welcher zwischen dem Gehäuse 12 und einem Dichtflansch 31 liegt.

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Leerseite

Claims (10)

Borg-Warner Corporation South Michigan Ave. 4. Januar 1979 Chicago, 111.60604, USA Anwaltsakte M-4824 Patentansprüche

1. /Gleitringdichtung zur Verwendung an einer umlaufenden Welle und an einem feststehenden Gehäuse, welche verschiedene Strömungsmittel voneinander getrennt hält,, mit einem stationären Dichtring und einem umlaufenden Dichtring, welche aneinander anliegende Dichtflächen tragen, gekennzeichnet durch eine Ausnehmung (30), in welcher der stationäre Dichtring (28) abgestützt ist; durch eine Steuerdruckquelle (46), die mit einem durch die Ausnehmung (30) und den stationären Dichtring (28) begrenzten Arbeitsraum (42) in Verbindung steht und dazu dient, die ringförmige Dichtfläche (32) des stationären Dichtringes (28) in dichter Anlage an der Dichtfläche (26) des umlaufenden Dichtringes (18) zu halten? und durch eine Verbindungseinrichtung (20-22) zum drehfesten Verbinden des umlaufenden Dichtringes (18) mit der Welle (14), wobei der umlaufende Dichtring (18) mit einem anderen Strömungsmittel beaufschlagt ist als dem von der Steuerdruckquelle (46) abgegebenen Steuerdruckmittel=

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2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kräftegleichgewicht der Dichtung gegeben ist durch

wobei bedeuten:

P„ Druck des Steuerdruckmittels,

P₁ Druck des vom Steuerdruckmittel verschiedenen Strömungsmittels,

A die Ringfläche der Dichtung, welche mit dem Steuerdruckmittel beaufschlagt ist, und

B die gemeinsame Kontaktfläche der beiden Dichtflächen.

3. Gleitringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß A gleich B ist.

4. Gleitringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß A und B voneinander verschieden sind.

5. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (48) zum Einstellen des Druckes des Steuerdruckmittels,

6. Gleitringdichtung zum Trennen zweier Strömungsmittel mit einem stationären Dichtring, welcher an einem Gehäuse festgelegt ist, welches eines der Strömungsmittel enthält, und mit einem umlaufenden Dichtrxng, welcher mit einer umlaufenden Welle (14) verbunden ist und mit dieser umläuft, die ihrerseits eine Pumpe antreibt, welche von dem anderen Strömungsmittel umgeben ist, wo-

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bei die Dichtringe aneinander anstoßende und aufeinander laufende Dichtflächen aufweisen, gekennzeichnet durch eine Ausnehmung (30), welche den stationären Dichtring (28) aufnimmt und zusammen mit diesem eine Druckkammer (42) begrenzt; und durch eine Steuerdruckquelle (46,48), welche mit der Druckkammer (42) kommuniziert und ein Steuerdruckmittel bereitstellt, durch welches der stationäre Dichtring (28) in Richtung auf den umlaufenden Dichtring (18) vorgespannt ist, so daß die Dichtflächen (26,32) der Dichtringe (18,28) in Anlage aneinander gehalten werden.

7. Gleitringdichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (48) zum Einstellen des Druckes des Steuerdruckmittels ·

8. Gleitringdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kräftegleichgewicht der Dichtung gleich

^AP2
B P₁

ist, wobei bedeuten:

P_? Druck des Steuerdruckmittels,

P.. Druck des anderen Strömungsmittels,

A Größe des ringförmigen Bereiches der Dichtung, welche mit dem Steuerdruckmittel beaufschlagt ist, und

B die Größe des Kontaktbereiches, über welchen hinweg die Dichtflächen der beiden Dichtringe in Berührung stehen.

9. Gleichtringdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Fläche A gleich der Fläche B ist, so daß das Kräftegleichgewicht der Dichtung gleich dem Verhältnis V^fB. ist.

10.Gleitringdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen A und B voneinander verschieden sind.

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