WO2003104688A1 - Modulgleitringdichtungssystem - Google Patents

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WO2003104688A1
WO2003104688A1 PCT/DE2002/002261 DE0202261W WO03104688A1 WO 2003104688 A1 WO2003104688 A1 WO 2003104688A1 DE 0202261 W DE0202261 W DE 0202261W WO 03104688 A1 WO03104688 A1 WO 03104688A1
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stub shaft
seal system
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Jürgen Kästner
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Kothener Spezialdichtungen GmbH
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Kothener Spezialdichtungen GmbH
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    • 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
    • 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
    • F16J15/3472—Means for centering or aligning the contacting faces
    • 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
    • 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
    • F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal

Definitions

  • the invention relates to a mechanical seal system in single and cartridge-mounted construction, which is used in mechanical engineering systems for moving or conveying highly viscous media and takes into account increasing requirements with regard to centering, quenching and double sealing without the cost-intensive replacement of pre-assembled designs to have to make.
  • quench or barrier liquid is not optimally brought up to the sliding surface to be cooled in every case.
  • Elaborate pump systems e.g. from GLE, provide a solution, but lead to high costs and a further increase in size.
  • the invention is therefore based on the object of offering a solution with which only a small increase in size with increasing demands on the sealing problem is possible, by using existing basic patterns without complete replacement, increasing the service life of the mechanical seal, particularly under the influence of high temperatures of the medium in question is by using a Redundanzanfederung and an integrated pumping mechanism, which conveys the cooling liquid optimal in the areas of high temperature and by a specially designed clamping cone system that completely dispensed even at very high peripheral speeds on form-fitting drive elements and if necessary. momentary "slippage" the O-ring between the hollow shaft and slide ring can be restored very quickly thanks to the special bearing design of the sinus spring, the combined positive / frictional entrainment.
  • the modular mechanical seal system gradually builds up from a basic module, which has a new clamping cone combination with O-rings, to a double seal module, whereby ultimately primary, ie media-side and secondary, ie atmospheric, comprehensive protection against escaping medium is achieved.
  • the basic module consisting of a clamping cone, which is located on a hollow stub shaft, an O-ring, slide ring and counter ring, the latter being supported on the housing flange via an additional O-ring, receives one on the secondary side via the extendable hollow stub shaft centering unit supporting the shaft alignment, the centering module. In its design, it encloses the centering and pumping ring already integrated in the basic module and has a stabilizing effect on radial shaft movements.
  • the centering and pumping ring itself has several spiral, curved "teeth" on its inner diameter, so that during quench or sealing water operation, due to its rotation, the coolant is swirled in the direction of the primary cone combination, which is indicated by a large spiral spring the hollow stub shaft is supported with regard to the desired directional transport.
  • the system used up to this point to increase the secondary sealing effect by adapting the hollow stub shaft to new components to be added is expanded in such a way that the two-part hollow stub shaft telescopes into a next existing detent, which is located on its inner diameter of the smaller part , pulled and fixed again using countersunk grub screws.
  • the extension of the hollow stub shaft is taken into account by a spacer ring to secure the "Inner" stability is pushed onto the end of the hollow stub shaft. This constructive training is also suitable for pressureless quenching.
  • a fully developed clamping cone combination can also be produced on the secondary side, in the form of an inverted individual seal.
  • the combination with the radial shaft seal described above is replaced by a stationary slide ring.
  • the slight expansion of the module is also followed here with the readjustment of the hollow stub shaft, whereby several spacer rings are used.
  • An extremely useful effect for maintaining the possibly decreasing elasticity of the O-rings transmitting the torsional moments is achieved by a sine spring supported against the O-ring and sliding ring made of elastic spring steel.
  • a support ring in front of the slide ring which also ensures cheaper, flat force transmission.
  • the contact surfaces of the hollow stub shaft and slide ring for the sinus spring each have at least 3 incorporated recesses with oblique outlets on both sides.
  • the prestressed .sine spring rests in the recesses starting position. In this installation situation, the overall system takes over the transmission of the torques up to a point at which the overload and / or high speeds
  • Figure 2 Sectional view of the basic module with centering module
  • Figure 3 Sectional view with rotated centering module and radial shaft seal
  • Figure 4 Sectional view of the basic module combined with a rotated individual seal
  • Figure 5 Sectional view of the individual seal (overview)
  • Figure 6 Sealing system in a sectional view with sinus spring mounted in recesses
  • a basic module as a basic version contains a tensioning cone combination, consisting essentially of the tensioning cone 1 worked up on a hollow stub shaft 5, the slide ring 2 and the O-ring 3.
  • a centering module 23 is pushed onto the hollow stub shaft 5 on the secondary side for centering the shafts and housing, the collar 24 pointing in the direction of the housing flange 6 enclosing the centering and pumping ring 9, which in turn is in operative contact with the compression spring 10.
  • the compression spring 10 is pushed against the slide ring 2. This takes on the function of a redundancy spring for the primary cone system described above. It closes on the centering module 23 with centering and
  • Hollow shaft 5 and housing ensures. On the circumference of the inner part of the hollow stub shaft 5 there are detents 11 in a double-ring offset arrangement which by means of grub screws 14 that can be screwed into them for fixing the telescopically expandable hollow stub shaft 5.
  • Centering module 23 obtained as a component, but in a rotated arrangement, with the O-ring 12 in a prepared groove and in the collar 24 which now points outwards
  • Centering module 23 of the radial shaft sealing ring 13 is placed.
  • centering and pumping ring 9 takes over the task which is carried out in the
  • the design of the centering and pumping ring 9 is to be carried out in such a way that its smallest possible diameter is curved by at least 3
  • a complete individual seal is provided on the secondary side and again as a special feature for maintaining the "internal tension" in the hollow stub shaft 5 - omitting the centering module 23 used up to this point two combined clamping cone combinations, for example in front of the secondary side, an annular, wavy sinus spring 18 is embedded. This measure compensates for the elasticity of the "resilient" O-ring 19 which inevitably decreases at higher temperatures.
  • a support ring 22 is used between the latter and the sine spring 18 to avoid mechanical damage.
  • a stub shaft system allows a modular "upgrade”.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleitringdichtungssystem in patronenmontierter Bauweise, welches in maschinentechnischen Anlagen zur Bewegung oder Förderung schwerer Medien Verwendung findet und in Stufen wachsenden Anforderungen bzgl. der Zentrierung und der Abdichtung Rechnung trägt, ohne den kostenintensiven Ersatz bereits vormontierter Ausführungen vornehmen zu müssen. Dabei wird auch zusätzlich mittels weiterer Modifizierungen die Wärmeableitung z. B. im Bereich des mit höherer Temperatur konfrontierten, d. h. medienzugewandten, O-Ringes verbessert und die Aufrechterhaltung der Elastizität des O-Ringes unterstützt. Mittels einer mit Spannkegel versehenen, erweiterungsfähigen Hohlsteckwelle (5) kann schrittweise auf ein Basismodul ein Zentriermodul (23) gesetzt werden. Wird letzteres umgekehrt aufgesetzt, erfüllt es zusätzlich durch Einsetzen eines weiteren O-Ringes und eines Radialwellendichtringes ( 13) weitere Dichtfunktionen in sekundärseitiger Position. Schliesslich kann das modifizierbare Zentriermodul (23) durch eine komplette Einzeldichtung ersetzt werden, die zudem eine aus elastischem Federstahl bestehende Sinusfeder (18) besitzt. Letztere ist variabel in die ggf. primär- und sekundärseitig vorhandenen Spannkegelkombinationen integrierbar .

Description

Modulgleitringdichtungssystem
Die Erfindung betrifft ein Gleitringdichtungssystem in einzel- und in patronenmontierter Bauweise, welches in maschinentechnischen Anlagen zur Bewegung oder Förderung hochviskoser Medien Verwendung findet und in Stufen wachsenden Anforderungen bzgl. der Zentrierung, der Quenchung und der Doppelabdichtung Rechnung trägt, ohne den kostenintensiven Ersatz bereits vormontierter Ausführungen vornehmen zu müssen. Dabei wird auch zusätzlich mittels weiterer Modifizierungen die Wärmeableitung z. B. im Bereich des mit entsprechender Temperatur konfrontierten, d. h. medienzugewandten, O-Ringes verbessert und die Aufrechterhaltung der Elastizität des O-Ringes unterstützt.
Dem Stand der Technik folgend, existieren Lösungen, die in der Literatur nach folgenden
Grundtypen unterschieden werden:
Gleitringdichtung mit Gruppen- oder Einzelbefederung, die im Produktraum angeordnet sind und dadurch mit dem wirkenden Druckgradienten gleichgerichtet arbeiten. Gleitringdichtung mit Gruppen- oder Einzelbefederung, die außerhalb des Produktraumes angeordnet und dadurch vor dem Medium geschützt arbeiten. Ihre Anpreßwirkung muß aber entgegen des wirkenden Druckgradienten aufgebaut werden.
Die o.g. Grundversionen sind in einzel- oder patronenmontierter Bauweise bekannt.
Ihre Anwendung kann als einfachwirkende Gleitringdichtung, als gequenchte
Gleitringdichtung oder als doppeltwirkende Gleitringdichtung vorgenommen werden.
Nachteilig bei allen Prinziplösungen ist die Zuordnung zu einer der oben beschriebenen
Federanordnungen im stationären oder rotierenden Teil.
Es werden damit immer die Vorteile der nicht verwendeten Federanordnung aufgegeben und
Nachteile der verwendeten Federanordnung in Kauf genommen.
Diese Zweiteilung in der Gleitringdichtung-Philosophie führte in der Vergangenheit zu eher
Vielzahl verschiedener Lösungen, deren Zuordnung für optimale Anwendungsaufgaben durch den Anwender immer komplizierter wird. Eiήen besonderen Platz in der modernen Dichtungstechnik nehmen mehr und mehr die patronenmontierten Gleitringdichtungen ein.
Leider steigen mit wachsender Ausbaustufe auch die Kosten und die Baugröße oft überdimensional an. Die große Baulänge kann bei Belastungen der Antriebswelle zum Verkanten der Gleitringe fuhren und somit zum Ausfall der Dichtung.
Ein weiterer Nachteil muß in den engen Führungen der Gleitringe gesehen werden, wodurch die Beweglichkeit derselben eingeschränkt wird.
Nur aufwendige Sonderkonstruktionen, wie sie beispielsweise von den Firmen AES und GLE in Form eines beweglichen Gegenringes angeboten werden, können das Problem lösen. Ebenfalls nachteilig bei allen Gleitringdichtungen ist die formschlüssige Verständigung zwischen Gleitring und rotierenden Teilen.
Dadurch werden Schwingungen und Stöße von der Antriebswelle auf die Gleitringe verstärkt übertragen. Bei stark klebenden Medien und häufigen An- und Abfahrvorgängen kann das zur Zerstörung der Gleitringe oder der Formschlußelemente führen.
Ein weiterer Nachteil gequenchter oder doppeltwirkender Gleitringdichtungen, insbesondere in kompakter Patronenbauweise besteht darin, daß die Quench- bzw. Sperrflüssigkeit nicht in jedem Fall optimal an die zu kühlende Gleitfläche herangeführt wird. Aufwendige Pumpsysteme, z.B von GLE verhelfen zu einer Lösung, führen jedoch zu hohen Kosten und zum weiteren Anstieg der Baugröße.
Gemäß der DE-OS 37 00 888 AI wird eine Gleitringabdichtung zum Abdichten einer hinsichtlich einer Wandung rotierenden Achse vorgeschlagen, wobei Gleit- und Dichtungsring an ihren Berührungsflächen , insbesondere mittels Schrumpfung über eine konvexe Ausformung des Gleit oder Dichtungsringes , auch bei Temperaturschwankungen, eine dauerhafte radiale und axiale Abstützung realisieren. Es bleibt indessen dahingestellt, ob die gewählte Anordnung auch geeignet ist, ruckartige Anfahrvorgänge in schwergängigen Medien ( Bitumen, Zuckerlösungen etc.) und teilweise leichten Auslenkungen der rotierenden Elemente elastisch abzufangen. Auf die den angedeuteten Betriebsbedingungen geschuldeten Kühlprobleme wird nicht weiter eingegangen.
Mit den beschriebenen Nachteilen behaftet kann der bekannte Stand der Gleitringdichtsysteme nicht befriedigen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzubieten, mit der eine nur geringe Baugrößenerweiterung bei wachsenden Anforderungen an die Dichtungsproblematik möglich ist, indem auf vorhandene Grundmuster ohne Komplettersatz zurückgegriffen wird, die Lebensdauer der Gleitringdichtung besonders unter dem Einfluß hoher Temperaturen des anstehenden Mediums erhöht wird, durch den Einsatz einer Redundanzanfederung und eines integrierten Pumpmechanismus ' ,der die Kühlflüssigkeit optimal in die Bereiche hoher Temperatur fördert und durch ein speziell gestaltetes Spannkegelsystem, das auch bei sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten gänzlich auf formschlüssige Mitnahmeelemente verzichtet und bei ggfs. kurzzeitigem „Durchrutschen" über den O-Ring zwischen Hohsteckwelle und Gleitring mittels der besonderen Lagerungsausbildung der Sinusfeder die kombinierte Formschluß-/ Kraftschlußmitnahme sehr schnell wieder hergestellt wereden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst, wobei hinsichtlich der grundlegenden erfinderischen Gedanken auf den Patentanspruch 1 verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Patentansprüchen 2 bis 11.
Zur erfindungsgemäßen Lösung sollen weitere Erläuterungen folgen.
Das modulare Gleitringdichtungssystem baut sich ausgehend von einem Basismodul, das eine neuartige Spannkegelkombination mit O-Ringen aufweist, schrittweise zu einem Doppeldichtungsmodul auf, wobei letztendlich primär-, d. h. medienseitig und sekundär-, d. h. atmosphärseitig umfassender Schutz gegen austretendes Medium erreicht wird. Das Basismodul, bestehend aus einem Spannkegel, der sich auf einer Hohlsteckwelle befindet, einem O-Ring, Gleit- und Gegenring, wobei sich letzterer über einen weiteren O-Ring am Gehäuseflansch abstützt, erhält sekundärseitig in einer 1. Stufe über die verlängerbare Hohlsteckwelle eine die Wellenfluchtung unterstützende Zentriereinheit, das Zentriermodul. Es umschließt in seiner Ausbildung den bereits im Basismodul integrierten Zentrier-und Pumpring und wirkt stabilisierend auf radiale Wellenbewegungen. Der Zentrier- und Pumpring selbst weist an seinem inneren Durchmesser mehrere spiralförmig, gebogene "Verzahnungen" auf, sodaß bei Quench- oder Sperrwasserbetrieb, infolge seiner Rotation die Kühlflüssigkeit in Richtung der primärseitig vorhandenen Spannkegelkombination verwirbelt wird, was durch eine großgängige Spiralfeder, die sich auf der Hohlsteckwelle befindet, bzgl. des gewünschten richtungsgebundenen Transports, unterstützt wird.
Bereits in dieser Ausbildung zeigt sich, daß keine formschlüssigen Mitnahmeelemente verwendet werden und die Torsionsmomente in voller Höhe über die im Basismodul angeordneten einfach- oder doppeltangeordneten Spannkegelkombinationen mittels der aus Elastomeren bestehenden O-Ringe übertragen werden.
In einer 2. Stufe erfahrt das bis hier eingesetzte System zur Erhöhung der sekundärseitigen Dichtwirkung mittels Anpassung der Hohlsteckwelle an neu aufzunehmende Bauteile eine Erweiterung in der Weise, daß die zweiteilige Hohlsteckwelle teleskopartig in eine nächstvorhandene Rastung, die sich auf ihrem inneren Durchmesser des kleineren Teils befindet, gezogen und mittels versenkter Madenschrauben erneut fixiert wird. Dadurch ist es möglich, das bereits vorhandene Zentriermodul in umgekehrter Weise in Richtung medienzugewandter Seite, zu platzieren und zur weiteren Vervollkommnung der Abdichtung in einer bereits im Zentriermodul vorhandenen Nut einen O-Ring einzubetten sowie im nach außen weisenden Abschluß des Zentriermoduls einen Radialwellendichtring anzuordnen. Der Verlängerung der Hohlsteckwelle wird insofern Rechnung getragen, indem ein Distanzring zur Sicherung der " inneren" Stabilität am Ende der Hohlsteckwelle aufgeschoben wird. Auch diese konstruktive Ausbildung eignet sich für drucklosen Quenchbetrieb.
Schließlich kann in einer 3. Stufe, unter Beibehaltung der meisten bereits eingesetzten Bauteile, auch sekundärseitig eine vollständig ausgebildete Spannkegelkombination, in Form einer umgekehrt aufgesetzten Einzeldichtung, hergestellt werden. In diesem Fall wird die voran beschriebene Kombination mit dem Radialwellendichtring durch einen stationären Gleitring ersetzt. Der geringfügigen Erweiterung der Baugruppe wird ebenso hier mit der Neujustierung der Hohlsteckwelle gefolgt, wobei mehrere Distanzringe Verwendung finden. Einen außerordentlichen nützlichen Effekt zur Aufrechterhaltung der ggf. nachlassenden Elastizität der die Torsionsmomente übertragenden O-Ringe erfüllt dabei eine sich gegen den O-Ring und Gleitring abstützende Sinusfeder aus elastischem Federstahl. Zum Schutz des Gleitringes, der ggf. eine Siliciumlegierung aufweist und damit druckunempfindlich gegenüber der punktuellen Anlage der Sinusfeder ist, befindet sich vor dem Gleitring ein Stützring, der auch eine günstigere, flächige Krafteinleitung gewährleistet.
Mit dieser 3. Stufe werden auf höchstem Niveau die Probleme von Zentriering und Dichtung bzgl. erkennbar gewachsener Anforderungen in kompakter Bauweise gelöst, ohne bereits vorhandene oder scheinbar ungeeignete Elemente ersetzen zu müssen, wobei die Kraftübertragung der Torsionsmomente auch bei höheren Temperaturen und zerstörungsfrei, bei etwaigem ruckartigem Anfahren der Aggregate erfolgen kann.
Zur schnellen Überwindung eines bei hohen Drehzahlen oder Überlastung ggfs. einsetzenden „Permanentschlupfes" des O-Ringes erhalten die Anlageflächen von Hohlsteckwelle und Gleitring für die Sinusfeder jeweils wenigstens 3 eingearbeitete Vertiefungen mit schrägen Ausläufen zu beiden Seiten. In den Vertiefungen ruht die vorgespannte .Sinusfeder in Ausgangslage. In dieser Einbausituation übernimmt das Gesamtsystem die Übertragung der Drehmomente bis zu einem Punkt, an dem bei Überlastung und/oder hohen Drehzahlen die
Haftreibungskräfte am zwischen Hohlsteckwelle und Gleitring gelegenen O-Ring nachzulassen drohen. Infolge der damit einhergehenden Federdeformation verläßt die
Sinusfeder ihre Einbaulage an den Anlageflächen von Gleit- und Dichtring bzw.
Hohlsteckwelle.
Dies kann mehrmals erfolgen, wobei mit einem damit verbundenen „Losbrecheffekt" in elastischer Weise in kurzer Zeit die Haftreibung des Systems über den O-Ring wiedergewonnen ist.
Damit erhält das Modulgleitringdichtungssystem die technische Voraussetzung, mit höheren
Drehzahlen und höheren Kräften in Extremsituationen fertig zu werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei wird auf folgende Darstellungen zurückgegriffen:
Figur 1 : Schnittdarstellung Basismodul
Figur 2: Schnittdarstellung Basismodul mit Zentriermodul
Figur3: Schnittdarstellung mit gedrehtem Zentriermodul und Radialwellendichtring
Figur 4: Schnittdarstellung Basismodul mit gedrehter Einzeldichtung kombiniert
Figur 5: Schnittdarstellung der Einzeldichtung (Übersichtsdarstellung)
Figur 6 : Dichtungssystem in Schnittdarstellung mit in Vertiefungen gelagerter Sinusfeder
Die im einzelnen verwendeten Bezugszeichen haben folgende Bedeutungen:
1 - Spannkegel 14 - Madenschraube
2 - Gleitring 15 - Distanzring 3 - O-Ring 16 - O-Ring
4 - Gegenring 17 - Distanzring
5 - Hohlsteckwelle 18 - Sinusfeder
6 - Gehäuseflansch 19 - O-Ring
7 - O-Ring 20 - O-Ring
8 - Kühlmittelzuführung 21 - Gleitring
9 - Zentrier- und Pumpring 22 - Stützring
10 - Druckfeder 23 - Zentriermodul
11 - Rastungen 24 - Bund 12 - O-Ring 25 - Bund
13 - Radialwellendichtring 26 - Vertiefung
27 - schräger Auslauf
Ein als Grundausführung vorliegendes Basismodul enthält eine Spannkegelkombination, bestehend im wesentlichen aus dem auf einer Hohlsteckwelle 5 aufgearbeiteten Spannkegel 1, dem Gleitring 2 und dem O-Ring 3.
In Weiterführung einer Baukastenbauweise wird zur Zentrierung von Wellen und Gehäuse ein Zentriermodul 23 sekundärseitig auf die Hohlsteckwelle 5 geschoben, wobei der in Richtung des Gehäuseflansches 6 weisende Bund 24 den Zentrier- und Pumpring 9 umschließt, der seinerseits mit der Druckfeder 10 in Wirkkontakt steht.
In Weiterfuhrung der Baukastenbauweise wird die Druckfeder 10 gegen den Gleitring 2 geschoben. Diese übernimmt die Funktion einer Redundanzfeder zum bereits beschriebenen primärseitigen Spannkegelsystem. Sie schließt sich am Zentriermodul 23 mit Zentrier- und
Pumpring 9 an, der auf die Hohlsteckwelle 5 geschoben, für das Basismodul die Zentrierung zwischen
Hohlsteckwelle 5 und Gehäuse sicherstellt. Auf dem Umfang des inneren Teils der Hohlsteckwelle 5 befinden sich Rastungen 11 in doppelringförmig versetzter Anordnung, die mittels in sie einschraubbarer Madenschrauben 14 zur Fixierung der teleskopartig erweiterbaren Hohlsteckwelle 5 nutzbar sind.
Dies tritt dann ein, wenn zur Verbesserung der sekundärseitigen ( atmosphärenseitig )
Dichtungswirkung weitere Maßnahmen zu treffen sind und die Hohlsteckwelle 5, leicht auseinandergezogen in eine nächste Rastung 11 zu fixieren ist. Dabei bleibt das vorgenannte
Zentriermodul 23 als Bauteil, allerdings in gedrehter Anordnung, erhalten, wobei in einer vorbereiteten Nut der O-Ring 12 und in den jetzt nach außen weisenden Bund 24 des
Zentriermoduls 23 der Radialwellendichtring 13 plaziert wird.
Ebenfalls wird ein O-Ring 20 zur Abdichtung der Hohlsteckwelle 5 in die dafür vorbereitete
Nut platziert. Der leicht sekundärseitig zugenommenen Baugröße wird insofern Rechnung getragen, als zur Überbrückung im Innern der Hohlsteckwelle 5 der Distanzring 15 eingesetzt wird.
Innerhalb dieser Modulversion übernimmt der Zentrier- und Pumpring 9 die Aufgabe, die im
Innern des Gehäuses über die Rotation der Hohlsteckwelle 5 mitgerissene Flüssigkeit in eine axiale Richtung zu lenken. Dabei ist die Gestaltung des Zentrier- und Pumpringes 9 so vorzunehmen, daß sein kleinstmöglicher Durchmesser von mindestens 3 gebogenen
„Verzahnungen" dem äußeren Durchmesser der Hohlsteckwelle 5 im hinteren Bereich und der größte dem der gebogenen „Verzahnungen" bzgl. des inneren Durchmessers von Druckfeder
10 entspricht. Weiterhin sollen dabei diese gebogenen „Verzahnungen" in Drehrichtung der
Gleitringdichtung ausgeführt sein , wobei ein Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften und geringer Härte gegenüber dem der Hohlsteckwelle 5 verwendet werden sollte.
In Bezug auf den Flüssigkeitstransport wird dieses Anliegen durch die Druckfeder 10 unterstützt, welche in dieser speziellen Anordnung als eine Art „ archimedischer
Wasserschnecke " fungiert.
Dadurch ist es möglich, eine Kontaktströmung zwischen Quencheingang und -ausgang zu vermeiden und so die Quenchflüssigkeit direkt an die wärmeproduzierende Gleitfläche zu lenken. Falls der Dichtungsproblematik ein noch höherer Stellenwert zuzumessen ist, wird in abermaliger Anpassung der Hohlsteckwelle 5 - unter Weglassung des bis hier modifiziert eingesetzten Zentriermoduls 23 - eine komplette Einzeldichtung, gemäß Figur 5, sekundärseitig vorgesehen und als Besonderheit zur Aufrechterhaltung der "inneren Spannung" in den beiden kombinierten Spannkegelkombinationen, beispielsweise vor der sekundärseitigen, eine ringförmige, gewellte Sinusfeder 18 eingebettet. Durch diese Maßnahme wird die bei höheren Temperaturen zwangsläufig nachlassende Elastizität des "federnden" O-Ringes 19 kompensiert.
Beim Einsatz der mehrfach erwähnten Spannkegelkombinationen sollte darauf geachtet werden, daß der größere Spannkegelwinkel direkt auf der Hohlsteckwelle 5 platziert ist und der kleinere im Innern des Gleitringes 2 eingearbeitet ist.
Die bereits erwähnten O-Ringe 16,20 sowie die Distanzringe 17 sind auch für diese Ausführung vorgesehen.
Bei einem Silizium-Gleitring 21 wird zur Vermeidung mechanischer Beschädigung ein Stützring 22 zwischen diesen und der Sinusfeder 18 eingesetzt.
Gemäß einer weiteren Ausbildung nach Figur 6 befinden sich in der Hohlsteckwelle 5 und dem Gleitring 2 in wechselnder Folge vorzugsweise 3 oder , entsprechend der vorhandenen Wellungen der Sinusfeder 18, auch weitere Vertiefungen 26 mit schrägen Ausläufen 27. Diese dienen der Sinusfeder 18 als Ausgangslage, wobei ein Verlassen erst bei Überlastung und /oder höheren Drehzahlen erfolgen kann und sie in deren Folge in die nächsten Vertiefungen 26 gleitet.
Das Versehen der Anlageflächen von Gleitring 2 und Hohlsteckwelle 5 mit den Vertiefungen 26 und schrägen Ausläufen 27 hat den Vorteil, daß das Modulgleitringdichtungssystem in schwergängigen Medien und beim Festfahren nicht versagt, sondern - ohne Demontage und aufwendigen Wartungsarbeiten - selbsttätig, durch Realisierung eines „Losbrecheffektes", seine Funktion im Sinne einer kombinierten Formschluß-/Kraftschlußmitnahme wiedererlangt. Die Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1. Ein Steckwellensystem läßt eine baukastenartige "Aufrüstung" zu.
2. Integration zweier voneinander unabhängig wirkender Federsysteme, wodurch über einen längeren Zeitraum als bisher, Gleitringdichtungen mit aus elastomeren Werkstoffen
3. bestehenden O-Ringen, einsatzfähig sind und die Vorteile beider Federanordnungsprinzipien, Werkstoff-Feder 1,2,3 im rotierenden Teil und Druckfeder 10 im Stationärteil, nutzbar sind.
4. Druckloser Quenchbetrieb oder druckbeaufschlagter Sperrwasserbetrieb mit hoher Kühlwirkung mittels zweckmäßiger und multifunktionaler "Steuerelemente", wie Zentrier- und Pumpring 9 und Druckfeder 10 (Wirkung als "archimedische Wasserschnecke").
5. Stoßgedämpfte Übertragung der Torsionsmomente auch bei ruckartigem Anfahren der Aggregate, wobei auf sonst übliche Feder (Schraub-)/Stiftpaarungen im Primärbereich bekannter Gleitringdichtungen verzichtet wird, und damit formschlüssige Verbindungen nicht zerstört werden können.
6. Die besonder Ausbildung der Anlageflächen an Gleitring 2 und Hohlsteckwelle 5 für die Sinusfeder 18 gewährleistet die schnelle Wiederherstellung der kombinierten Formschluß- /Kraftschlußmitnahme über den O-Ring 3.

Claims

Patentansprüche
1. Modulgleitringdichtungssystem, bestehend aus bekannten Bauteilen, nämlich Spannkegel (1), Gleitring (2), O-Ring (3) und Quencl zufuhrung (8), dadurch gekennzeichnet, daß sekundärseitig das Zentriermodul (23) mit zwei unterschiedlichen Bünden (24, 25) auf die teleskopartig, erweiterungsfähige Hohlsteckwelle (5) variabel wendbar aufgesetzt werden kann und dabei stets mit einem Zentrier- und Pumpring (9) und der Druckfeder (10) in Verbindung steht.
2. Modulgleitringdichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentriermodul (23) durch eine komplette Einzeldichtung, bestehend aus einer Spannkegelkombination mit O-Ringen (16, 19), Gleitring (21) unter Beibehaltung von Zentrier- und Pumpring (9) und Druckfeder (10), einsetzbar ist und zusätzlich die Sinusfeder (18) über den Stützring (22) mit dem Gleitring (21) in Kontakt steht.
3. Modulgleitringdichtungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlsteckwelle (5) doppelringförmig, versetzt angeordnete Rastungen (11) besitzt, in die in den äußeren Teil der Hohlsteckwelle (5) einschraub- und versenkbare Madenschruben (14) eingreifen.
4. Modulgleitringdichtungssystem nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Distanzringe (15, 17) im Innern der Hohlsteckwelle (5) eingesetzt sind.
5. Modulgleitringdichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Zentriermodul (23) ein weiterer O-Ring (12) und der Radialwellendichtring (13) eingesetzt sind.
6. Modulgleitringdichtungssystem nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit druckloser oder druckbeaufschlagter Kühlflüssigkeit, eingeleitet über die Kühlmittelzufuhrung (8), gearbeitet wird.
7. Modulgleitringdichtungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Spannkegel winkel direkt auf der Hohlsteckwelle (5) platziert ist und der kleinere im Innern des Gleitringes (2) eingearbeitet ist.
8. Modulgleitringdichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Durchmesser eines Zentrier- und Pumpringes (9) von mindestens 3 gebogenen Verzahnungen dem äußeren Durchmesser der Hohlsteckwelle (5) im hinteren Bereich und der größte Durchmesser der gebogenen Verzahnungen dem inneren Durchmesser der Druckfeder (10) entspricht.
9. Modulgleitringdichtungssystem nach Anspruch lund 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogenen Verzahnungen in Drehrichtung der Gleitringdichtung ausgeführt sind und ein Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften und geringer Härte gegnüber dem der Hohlsteckwelle (5)verwendet wird.
10. Modulgleitringdichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Basisausführung der Gegenring (4) zwischen dem Gleitring (2) und dem Gehäuseflansch (6) angeordnet ist.
11. Modulgleitringdichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die An- Lageflächen der Sinusfeder (18) am Gleitring (2) und der Hohlsteckwelle (5) die Vertiefungen (26) mit ihren schrägen Ausläufen (27) eingebracht sind.
PCT/DE2002/002261 2002-06-10 2002-06-19 Modulgleitringdichtungssystem Ceased WO2003104688A1 (de)

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