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Dichtungsanordnung zur Abdichtung von parallel zueinander bewegten Oberflächen, insbesondere Gleitringdichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung von parallel zueinander be- wegten Oberflächen, insbesondere auf eine Gleitringdichtung. Zwischen sich berührenden, relativ zuein- ander bewegten Oberflächen bildet sich nur dann ein tragender Schmierfilm, wenn diese Oberflächen keilig sind. Bei bekannten Gleitringdichtungen kann sich durch die Relativbewegung im Dichtungsspalt kein tragender Schmierfilm aufbauen, weil die diesen Dichtungsspalt begrenzenden Oberflächen zu eben sind.
Man war daher gezwungen, die aufeinander gleitenden Flächen bei bekannten Gleitringdichtungen aus zwei Werkstoffen herzustellen, die auch ohne Schmierfilm aufeinander gleiten. Trotzdem sind bei diesen bekannten Gleitringdichtungen der Verschleiss und die Erwärmung und damit der Energieverlust in der Dichtung verhältnismässig hoch. Derartige Gleitringdichtungen sind vom theoretischen Standpunkt aus nicht ideal, denn von Gleitflächen, zwischen denen sich kein geschlossener Schmierfilm bilden kann, kann auch keine Flächenbelastung aufgenommen werden, ohne dass sich Festkörperkontakte bilden, und diese Reibung der Gleitflächen führt stets zur Erwärmung und zum Verschleiss. Diese Nachteile konnten zwar durch die obenerwähnte Auswahl der Werkstoffe in ihrem Ausmass verringert, jedoch nicht vollständig behoben werden.
Es ist auch bekannt, als den einen der beiden den Dichtspalt begrenzenden Werkstoffe einen porösen Ring vorzusehen, wobei dann das Schmiermittel durch die Poren des Ringes hindurch in den Dichtspalt eintritt. Auch sind Dichtungsanordnungen bekannt, in denen in der einen den Dichtungsspalt begrenzenden Oberfläche andere Öffnungen als Poren eines porösen Körpers vorgesehen sind.
Die Erfindung bezieht sich auf eine derartige Dichtungsanordnung, bei der in der einen der den Dichtungsspalt begrenzenden Oberfläche Öffnungen vorgesehen sind, durch die Schmiermittel in den Dichtungsspalt eingeführt wird und bei der im Weg des Schmiermittels vor diesen Öffnungen eine Drosselung eingeschaltet ist, die zum Beispiel durch Poren eines porösen Körpers gebildet sein kann. Die Erfindung besteht darin, dass das Schmiermittel unter einem Druck steht, der grösser ist als der Druck, mit dem die beiden den Dichtspalt begrenzenden Oberflächen gegeneinander gedrückt sind.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, dass es durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Dichtung möglich ist, einen genau bestimmbaren Abstand zwischen den Gleitflächen aufrechtzuerhalten und damit einen Schmierfilm zu bilden, der den Druck aufnimmt, mit dem die Dichtung belastet ist.
Der Abstand zwischen den beiden Gleitflächen entsteht dadurch, dass der Druck, mit dem'das Schmiermittel durch die Öffnungen einer Gleitfläche gepresst wird, die auf dieser Gleitfläche aufliegende andere Gleitfläche abhebt. Dadurch werden die Öffnungen freigegeben, durch die das Schmiermittel mit Druck in den Dichtungsspalt eingepresst wird, so dass das Schmiermittel aus diesen Öffnungen austritt und längs des Dichtungsspaltes abfliesst. Hiedurch fällt jedoch wegen der in die Schmiermittelzufuhr eingeschalteten Drosselung der Druck des Schmiermittels in dem Dichtungsspalt ab, so dass sich die andere Gleitfläche unter Wirkung des die Dichtung belastenden Druckes der ändern Dichtfläche nähert.
Auf diese Weise spielt sich eine bestimmte Grösse des Dichtungsspaltes ein, der im wesentlichen von dem Schmiermitteldruck und dem Druck abhängt, mit dem die Dichtung belastet ist.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemässen Dichtungsanordnung liegt daher darin, dass die beiden aufeinander gleitenden Dichtflächen keine Festkörperkontakte bilden und diese Gleitflächen daher keinem Verschleiss ausgesetzt sind und keine Energie verzehren, ausser dem für die meisten Anwendungsfälle ver-
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nachlässigbar kleinen Energiebetrag, der durch die Schmiermittelreibung bedingt ist. Ein wesentlicher
Vorteil der Erfindung liegt noch darin, dass es durch einfache Einstellung des Druckes des Schmiermittels oder des die Dichtung belastenden Druckes möglich ist, die Grösse des Dichtungsspaltes zu ändern, so dass eine optimale Dichtwirkung erzielt wird.
Bei hydrostatischen Lagern ist es bekannt, dem Lagerspalt das Schmiermittel unter Überdruck von aussen durch kleine Bohrungen in der Lagerschale zuzuführen. Während jedoch das Lager in erster Linie zum Aufnehmen von Kräften dient und daher ausschliesslich diesem Zweck entsprechend aufgebaut ist, so dient die Dichtung lediglich zur Abdichtung von zwei Räumen, die unter verschiedenem Druck stehen.
Die geometrischen Verhältnisse, die Druckverhältnisse sowie die Funktion eines Lagers sind daher völlig anders als die Verhältnisse bei einer Dichtung.
Bei der vorerwähnten Dichtungsanordnung, bei der der eine den Dichtspalt begrenzende Werkstoff aus einem porösen Ring besteht, wird das Schmiermittel nicht unter einem Druck in den Dichtspalt eingepresst, der grösser als der Druck ist, mit dem die beiden aufeinander gleitenden Oberflächen gegeneinander gedrückt sind. Daher vermag das Schmiermittel die den Dichtspalt begrenzende Gegenfläche nicht von dem Ring abzuheben, und das Schmiermittel kann aus den Poren nicht austreten, um einen Film zu bilden, der die beiden aufeinander gleitenden Oberflächen voneinander trennt. Es entstehen daher Festkörperkontakte, und die bekannte Anordnung wirkt nicht wie die erfindungsgemässe Anordnung. Insbesondere kann sich bei dieser bekannten Anordnung die Grösse des Dichtspaltes nicht selbsttätig auf eine bestimmte Grö- sse einstellen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung schliesst sich in dem Dichtspalt an den Abschnitt, in dem die Öffnungen für den Eintritt des Schmiermittels in den Dichtungsspalt vorgesehen sind, mindestens in Richtung auf die Unterdruckseite ein Spaltabschnitt an, in den keine Öffnungen münden, durch die Schmiermittel in den Spalt eingepresst wird. Dieser Spaltabschnitt setzt dem Schmiermittel einen hohen Strömungswiderstand entgegen, so dass weitgehend verhindert wird, dass Schmiermittel in die Unterdruckseite einströmt.
Die Öffnungen, durch die das Schmiermittel in den Dichtungsspalt eingepresst wird, können in an sich bekannter Weise durch Bohrungen gebildet sein, die in einen Hohlraum, beispielsweise in den Ringraum münden, in den das Schmiermittel zugeführt wird. An Stelle von Bohrungen können in bekannter Weise auch ein oder mehrere Schlitze oder Nuten vorgesehen sein. Bei einer besonders bevorzugten Aus- führungsform der Erfindung ist jedoch die Gleitfläche, durch die hindurch das Schmiermittel in den Dichtungsspalt eingepresst wird, mindestens teilweise in an sich bekannter Weise durch die Oberfläche eines porösen Körpers gebildet. Dieser poröse Körper kann beispielsweise aus einem Sinterkörper, also einem Sintermetall oder einem keramischen Körper, oder aus Kunstkohle bestehen.
Ein besonderer Vorteil der Verwendung eines Sinterkörpers liegt darin, dass ein derartiger Sinterkörper leichter herzustellen ist als beispielsweise eine Gleitschale mit Bohrungen. Auch ist es mit verhältnismässig einfachen Mitteln möglich, das Herstellungsverfahren des porösen Körpers so zu beeinflussen, dass er eine bestimmte Porengrösse aufweist. Schliesslich ist es bei Verwendung von porösen Körpern auf einfache Weise möglich, die Grösse der Drosselung in der Schmiermittelzuführung durch Porengrösse oder aber durch geeignete Wahl der Dicke der porösen Schicht den jeweils gegebenen Verhältnissen optimal anzupassen. Die Gleitfläche kann ganz oder nur teilweise durch die Oberfläche des porösen Körpers gebildet sein.
Die erfindungsgemässe Dichtunpsanordnung lässt sich nicht nur bei Gleitringdichtungen mit Erfolg ver- wirklichen, sondern eignet sich auch für andere Dichtungsanordnungen, bei denen es darauf ankommt, parallel zueinander bewegte Oberflächen abzudichten. Beispielsweise kann die Erfindung bei Kolbenringdichtungen oder zur seitlichen Abdichtung, des Zahnrades einer Zahnradpumpe oder auch bei der Abdichtung der Flügel einer Flügelpumpe oder eines Rotationskompressors verwirklicht werden. Mit der erfindungsgemässen Dichtung können höhere Gleitgeschwindigkeiten und damit höhere Drehzahlen beherrscht werden als mit bekannten Dichtungen. Auch eignen sich diese Dichtungen für Vakuumanlage Als Schmiermittel kann irgendeine geeignete Flüssigkeit oder ein geeignetes Gas verwendet werden.
Zweckmässig wird als Schmiermittel das Medium verwendet, das abgedichtet werden soll. In diesem Fall kann zum Zufüh- ren des Schmiermittels wie an sich bekannt der Druck verwendet werden, der in der Überdruckseite herrscht.
In den Fällen, in denen als Schmiermittel nicht das abzudichtende Medium verwendet wird, wird das Schmiermittel durch eine besondere Druckmittelpumpe gespannt und in einer Leitung zugeführt. Diese Ausführungsform der Erfindung wird besonders dann bevorzugt, wenn das Schmiermittel zugleich ein Sperrmedium gegen das Eindringen des abzudichtenden Mediums in den Dichtungsspalt bilden soll. Ein Beispiel der Anwendung derartiger Ausführungsformen der Erfindung bildet die Abdichtung bei Schmutzwasserpumpen.
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Die Erfindung soll nicht darauf beschränkt sein, dass nur in der einen den Dichtungsspalt begrenzen- den Oberfläche Öffnungen zum Durchtritt des Schmiermittels vorgesehen sind ; vielmehr können auch in beiden den Spalt begrenzenden Oberflächen derartige Öffnungen vorgesehen sein.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungs- formen der Erfindung in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein. In der
Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Gleitringdichtung. Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung bei einer Gleitringdichtung.
Bei der in Fig. l dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist auf einer Welle 1 mit Hilfe von Schrauben 2 eine Hülse 3 befestigt und durch einen O-Ring 4 abgedichtet. Auf der Hülse 3 ist ein Gleitring 5 drehfest, jedoch verschiebbar gelagert, dessen untere Stirnfläche die eine den Dichtungsspalt 6 begrenzende Gleitfläche 7 bildet. An seiner oberen Stirnseite greifen Federn 8 an, die den Gleitring 5 gegen die Stirnfläche 9 eines feststehenden Gegengleitringes 10 drücken, der in einem Gehäuseteil 11 unter
Zwischenschaltung eines Gummiringes 20 befestigt ist. Der Gegengleitring 10 weist eine Nut 12 auf, in die ein poröser Ring oder Ringsegmente 13 eingesetzt sind.
Am Boden dieser Nut 12 befindet sich ein Ring- kanal 14, in den eine oder mehrere Leitungen 15 münden, durch die das abzudichtende Medium, das in diesem Falle zugleich als Schmiermittel dient, unter dem Druck zugeführt wird, unter dem das abzudichtende Medium steht.
Die beschriebene Anordnung wird in dem Falle angewendet, in dem der Druck in dem Raum 19 kleiner ist als der Druck auf der Aussenfläche der Ringe 5, 10. Durch den Druck des Schmiermittels wird der mit der Welle 1 drehfest verbundene Ring 5 etwas von der durch die Oberfläche des porösen Einsatzes 13 und dem Gegengleitring 10 gebildeten Gleitfläche 9 entgegen der Wirkung der Feder 8 so weit abgehoben, bis aus den Poren der Oberfläche des porösen Einsatzes 13 Schmiermittel austreten kann. In der obenerwähnten Weise stellt sich ein bestimmter Abstand zwischen den Gleitflächen 7 und 9, also eine bestimmte Höhe des Dichtungsspaltes 6 ein.
Der Abschnitt des Dichtungsspaltes, der auf seiner einen Seite durch die Oberfläche des porösen Einsatzes 13 begrenzt wird, kann als die "tragende Zone des Dichtungsspaltes bezeichnet werden, weil sich hier ein die axiale Belastung der Dichtung tragender Schmiermitteldruck aufbauen kann. Dagegen nimmt die Zone des Dichtungsspaltes 6, die durch die obere Stirnfläche des Gegengleitringes 10 und die Gleitfläche 7 begrenzt wird, keinen Druck auf, sondern diese Verlängerung des Dichtungsspaltes bedingt in erster Linie einen Druckabfall und übernimmt damit die Dichtwirkung.
Mit 16 ist noch ein Dichtungsring (O-Ring) bezeichnet, der die Fuge zwischen den Hülsen 3 und 5 abdichtet. Der poröse Einsatz kann auch in dem sich mitdrehenden Gleitring oder aber sowohl in dem Gleitring 5 als auch in dem Gegengleitring 7 vorgesehen sein.
Herrscht in dem Raum 19 ein Druck, der höher ist als der Druck auf der Aussenfläche des Gleitringes 10, so ist die Anordnung der tragenden und der dichtenden Zone umgekehrt, so dass stets die tragende Zone in der Nachbarschaft des Raumes mit höherem Druck liegt.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 1 lediglich dadurch, dass der Gegengleitring an Stelle einer Nut 12 abgesetzt ist und auf den abgesetzten Teil ein ringförmiger poröser Körper 17 aufgesetzt ist. Die Aussenfläche des porösen Ringes ist durch eine undurchlässige Schichte 18 abgedichtet. Zwischen der Schulter des abgesetzten Teiles des Gegengleitringes und der Unterfläche des porösen Ringes 17 befindet sich ein Spalt 21, durch den das abzudichtende Medium, das hier wieder als Schmiermittel für die Dichtung verwendet wird, in den porösen Körper 17 eindringt.
Die undurchlässige Schichte 18 an der Aussenfläche des porösen Ringes 17 kann auch fehlen. Dann erhält man eine ungleichmässige Verteilung der Drosselung in radialer Richtung der Gleitfläche. Ebenfalls eine ungleichmässige Verteilung der Drosselung erhält man, wenn man den Ringkörper 17 ohne die undurchlässige Schichte 18 unmittelbar auf der Schulter des Gegengleitringes 10 aufsetzt, also auf den Spalt 21 verzichtet. Wenn man nur am unteren Teil der Seitenfläche des Ringes 17 die undurchlässige Schichte 18 weglässt, erhält man ebenfalls eine ungleiche Verteilung der Drosselung.
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