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Die
Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, insbesondere für den Hochdruckbereich,
vorzugsweise für
den Einsatz bei CO2-Kompressoren, nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei
bekannten Dichtungsanordnungen, wie sie insbesondere für Hochdruckanwendungen
eingesetzt werden, wird eine Gleitringdichtung eingesetzt. Der Dichtspalt
zwischen dem Gegenring und dem Gleitring dichtet das Medium gegen
Austritt ab. Insbesondere jedoch während der Einlaufzeit der Gleitflächen von
Gegenring und Gleitring besteht das Problem, dass aufgrund der noch
nicht eingelaufenen Gleitflächen
eine größere Leckage
auftritt. Aus diesem Grunde wird der Gleitring mit entsprechend
hoher Kraft gegen den Gegenring gepresst, um die Dichtigkeit des
Dichtspaltes zu verbessern. Die erhöhte Anpresskraft führt aber
zu einem höheren
Verschleiß der
Gleitringpartner.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Dichtungsanordnung
so auszubilden, dass eine hohe Dichtigkeit gewährleistet ist, insbesondere
in der Einlaufzeit der Gleitflächen
von Gleitring und Gegenring der Gleitringdichtung.
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Diese
Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Dichtungsanordnung
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
wird durch die zusätzliche
Dichtlippe die Dichtheit der Anordnung erhöht. Insbesondere während der
Einlaufzeit der Gleitflächen
von Gegenring und Gleitring wirkt sich die Dichtlippe besonders
vorteilhaft aus, weil sie eventuell durch den Dichtspalt hindurchgetretenes
Medium zuverlässig
abfängt. Aufgrund
der Dichtlippe kann die Anpresskraft, mit der die beiden Gleitpartner
der Gleitringdichtung gegeneinander gedrückt werden, verhältnismäßig klein sein,
so dass auch der Verschleiß der
Gleitringpartner entsprechend gering ist.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsformen
näher erläutert. Es
zeigen
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1 im
Axialschnitt eine Dichtungsanordnung nach dem Stand der Technik,
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2 bis 7 in
Darstellungen entsprechend 1 verschiedene
Ausführungsformen
von erfindungsgemäßen Dichtungsanordnungen.
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1 zeigt
eine Dichtungsanordnung in Form einer Gleitringdichtung nach dem
Stand der Technik. Die Gleitringdichtung ist für Hochdruckanwendungen, insbesondere
für CO2-Kompressoren, vorgesehen. Die Dichtungsanordnung
befindet sich im Einbauraum 1 eines Gehäuses 2. Durch den
Einbauraum 1 ragt ein abzudichtendes drehendes Maschinenteil 3,
wie eine Welle. Die Dichtungsanordnung hat einen Gegenring 4,
an dem unter der Kraft wenigstens einer Druckfeder 5 ein
Gleitring 6 dichtend anliegt. Er umgibt das Maschinenteil 3 mit
geringem Abstand und weist innenseitig eine ringförmige Vertiefung 7 auf,
in der ein Mitnehmerring 8 sitzt, mit dem der Gleitring 6 drehfest
auf dem Maschinenteil 3 befestigt ist. Der Mitnehmerring 8 besteht
beispielsweise aus Gummi und ist in der Einbaulage durch einen Sicherungsring 9 in
der Vertiefung 7 axial gesichert. Der Mitnehmerring 8 liegt
an der dem Gegenring 4 zugewandten radialen Endwand 10 an.
Am Sicherungsring 9 liegt das eine Ende der Druckfeder 5 an,
die sich mit ihrem anderen Ende an einer Radialschulter 11 des
Maschinenteiles 3 abstützt.
Die Radialschulter 11 liegt mit axialem Abstand zum Gleitring 6.
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Der
Gegenring 4 umgibt das Maschinenteil 3 mit Abstand
und hat in seiner äußeren Mantelfläche eine
Vertiefung 12, die entgegengesetzt zur Vertiefung 7 des
Gleitringes 6 axial offen ist. In der Vertiefung 12 sitzt
ein Dichtring 13, der eine statische Abdichtung des Gegenringes 4 an
der Wandung 14 des Einbauraumes 1 bildet. Der
Dichtring 13 liegt an einer radialen Endwand 15 der
Vertiefung 12 an. An der axial gegenüberliegenden Stirnseite des
Dichtringes 13 liegt ein ringförmiger Vorsprung 16 einer
Stützscheibe 17 an,
die eine zentrale Öffnung
hat, durch welche das Maschinenteil 3 ragt. Der Durchmesser der Öffnung 18 ist
größer als
der Außendurchmesser des
Maschinenteiles im Bereich der Öffnung 18.
Die Stützscheibe 17 ist
durch einen Sicherungsring 19 axial gesichert, der in eine
Ringnut 20 in der Innenwand 14 des Einbauraumes 1 eingreift.
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Der
Einbauraum 1 weist im Bereich des Gleitringes 6 größeren Durchmesser
auf als im Bereich des Gleitringes 4. Gegenring 4 und
Gleitring 6 haben im Ausführungsbeispiel gleichen Außen- und Innendurchmesser.
Der Gegenring 4 ist an seiner inneren Umfangsfläche mit
einer weiteren ringförmigen Vertiefung 21 versehen,
die in Richtung auf die Stützscheibe 17 offen
ist.
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Bei
der Dichtungsanordnung gemäß 2 ist
zur Verbesserung der Abdichtung eine Dichtlippe 22 vorgesehen,
die mit einer Dichtkante 23 unter radialer Vorspannung
auf dem Maschinenteil 3 aufliegt. Die Dichtlippe 22 ragt
in die Vertiefung 21 des Gegenrings 4.
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Die
Dichtlippe 22 ist einstückig
mit zwei Halteteilen 24, 25 ausgebildet, die die
Stützscheibe 17 an
den beiden Seitenflächen 26, 27 über einen
Teil ihrer radialen Breite bedecken. Die beiden Halteteile 24, 25 sind
durch eine ringförmige
Zwischenschicht 28 miteinander verbunden, die den Rand
der Öffnung 18 der
Stützscheibe 17 bedeckt.
Im Übrigen
ist diese Dichtungsanordnung gleich ausgebildet wie die Anordnung
nach 1, so dass auf den weiteren Aufbau der Dichtungsanordnung
gemäß 2 auf
die Beschreibung der 1 verwiesen werden kann.
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Die
Dichtlippe 22, die Halteteile 24, 25 und die
Zwischenschicht 28 bestehen aus dem für Dichtzwecke üblichen
Material, wie aus Elastomerkunststoff, aus Gummi oder gummiähnlichem
Material und dergleichen. Die Dichtlippe 22 führt zu einer verbesserten
statischen und dynamischen Dichtheit, insbesondere während der
Einlaufzeit der Gleitflächen 29, 30 des
Gegenringes 4 und des Gleitringes 6. Die Dichtlippe 22 verhindert
in diesem Falle, dass zwischen den Gleitflächen 29, 30 hindurchgetretenes Medium
nach außen
gelangt. Da die Dichtlippe 22 Teil der Stützscheibe 17 ist,
ergibt sich eine sehr kostengünstige
Ausführung.
Zudem ist der Platzbedarf für
die Dichtlippe 22 gering. Da der Gleitringdichtung die
Dichtlippe 22 nachgeschaltet ist, kann die durch die Druckfeder 5 erzeugte
axiale Anpresskraft zwischen dem Gegenring 4 und dem Gleitring 6 reduziert
werden, da eventuell zwischen den Gleitflächen 29, 30 hindurchgetretene
Leckage von der Dichtlippe 22 abgefangen wird. Der Einsatz
der Dichtlippe 22 verringert auch die luftseitige Ölkohlebildung.
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Bei
der Dichtungsanordnung gemäß 3 ist
die Dichtlippe 22 über
den Halteteil 25 einstückig mit
dem Dichtring 13 ausgebildet. Dementsprechend bedeckt der
Halteteil 25 die Seitenfläche 27 der Stützscheibe 17 vollständig. Auch
der ringförmige Vorsprung 16 der
Stützscheibe 17 wird
an seiner zylindrischen Innenseite 31 vollständig bedeckt.
Im Übrigen
ist die Dichtungsanordnung nach 3 gleich ausgebildet
wie das Ausführungsbeispiel
entsprechend 2.
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Da
der statische Dichtring 13 einstückig mit der Dichtlippe 22 ausgebildet
ist, ergibt sich eine besonders einfache Herstellung der Dichtungsanord nung,
da an der Stützscheibe 17 in
einem Arbeitsgang sowohl die Dichtlippe 22 mit den Halteteilen 24, 25 als
auch der Dichtring 13 hergestellt werden können. Dadurch
wird auch die Montage der Dichtungsanordnung vereinfacht, da sowohl
die Dichtlippe 22 als auch der Dichtring 13 an
der Stützscheibe 17 vorhanden
sind und zusammen mit ihr in einem Montageschritt montiert werden.
Da der Dichtring 13 nicht ein gesondertes Bauteil ist,
kann er auch nicht verlorengehen.
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Die
Dichtungsanordnung gemäß 4 entspricht
im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 3.
Die Dichtlippe 22 ist wiederum einstückig mit den Halteteilen 24, 25 und
dem Dichtring 13 ausgebildet. Zusätzlich befindet sich zwischen
dem Sicherungsring 19 und der Stützscheibe 17 eine Druckabstützung 32,
die die Stützscheibe 17 an
der äußeren Seitenfläche 26 vollständig abdeckt.
Die Druckabstützung 32 erstreckt
sich nahe bis an das Maschinenteil 33, das sie mit geringem
radialem Abstand mit einem Hülsenabschnitt 33 umgibt.
Der Halteteil 24 und die Zwischenschicht 28 sind
von der Druckabstützung 32 abgedeckt,
deren Hülsenabschnitt 33 eine
konische Stirnseite 34 hat. Sie ist so ausgebildet, dass
die Dichtlippe 22 mit ihrer dem Maschinenteil 3 zugewandten
Konusfläche
an der Stirnseite 34 flächig
anliegt. Der Hülsenabschnitt 33 endet mit
Abstand von der Dichtkante 23 der Dichtlippe 22, so
dass sie mit ausreichender Radialkraft am Maschinenteil 3 dichtend
anliegen kann.
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Infolge
der Druckabstützung 32,
die aus elastischem Material besteht, wird eine optimale Abstützung der
Dichtlippe 22 bei hohen Drücken gewährleistet, wodurch die Lebensdauer
der Dichtlippe 22 wesentlich erhöht wird. Die Druckabstützung 32 und
die Dichtlippe 22 bestehen aus unterschiedlichen Materialien,
so dass die beiden Elemente optimal an ihre jeweilige Aufgabe angepasst
werden können.
Die Druckabstützung 32 besteht
insbesondere aus Metall, Kunststoff und dergleichen.
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5 zeigt
die Dichtungsanordnung gemäß 3,
die mit Hilfe einer Montagehülse 35 in
den Einbauraum 1 des Gehäuses 2 eingepresst
wird. Die Montagehülse 35 hat
einen rohrförmigen
Ansatz 36, der dünnwandig
ausgebildet ist. Er hat eine solche Wandstärke, dass er zwischen dem Maschinenteil 3 und
dem Gegenring 4 sowie dem Gleitring 6 eingeschoben
werden kann.
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Vor
der Montage werden auf den Rohransatz 26 die Stützscheibe 17 mit
der Dichtlippe 22, der Gegenring und der Gleitring 6 aufgeschoben.
Die Dichtlippe 22 wird hierbei elastisch verformt. Der
Ansatz 36 ist so lang, dass sie mit geringem Abstand vom Mitnehmerring 8 endet.
Am Übergang
vom Rohransatz 36 zum Einpressteil 37 ist die
Montagehülse 35 mit
einer radialen Anlagefläche 38 versehen,
die am Halteteil 24 anliegt. Der Außendurchmesser dieses Einpressteils 37 ist
kleiner als die Öffnung 39 des
Sicherungsrings 19, so dass eine problemlose Montage der
Dichtungsanordnung gewährleistet
ist.
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Die
Montagehülse 35 besteht
aus einem spritzfähigen
Kunststoff mit ausreichender Festigkeit, um die Dichtungsanordnung
in den Einbauraum 1 einpressen zu können.
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Der
Rohransatz 36 kann so gestaltet sein, dass die Stützscheibe 17,
der Gegenring 4 und der Gleitring 6 unter leichter
Vorspannung auf dem Rohransatz 36 sitzen. Dies hat den
Vorteil, dass diese Elemente während
des Transports und der Montage nicht gegeneinander verschoben werden
können. Dadurch
bleibt insbesondere der Dichtspalt zwischen dem Gegenring 4 und
dem Gleitring 6 geschlossen, so dass die Dichtflächen nicht
verschmutzen können.
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Nach
dem Aufziehen der Stützscheibe 17, des
Gegenringes 4 und des Gleitringes 6 auf den Rohransatz 36 wird
die Dichtungsanordnung auf das Maschinenteil 3 geschoben.
Mit der Montagehülse 35 wird
die Dichtungsanordnung in den Einbauraum 1 gepresst, wobei
der Gegenring 4 mit seiner äußeren Zylindermantelfläche 40 in
Kontakt mit der Wandung 14 des Einbauraumes 1 kommt.
In der Einbaulage liegt der Gegenring 4 mit Presssitz in
der Bohrung 1. Der Dichtring 13 stellt die statische
Dichtung im Bereich der äußeren Mantelfläche 40 des
Gegenringes 4 sicher. Bevor die Montagehülse 35 auf
das Maschinenteil 3 geschoben wird, wird auf ihm die Druckfeder 5 und
der Mitnehmerring 8 mit dem Sicherungsring 9 aufgeschoben.
Sie werden beim Montagevorgang durch den Gleitring 6 in
ihre Einbaulage gebracht.
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Da
die Öffnung 39 des
Sicherungsringes 19 größeren Durchmesser
hat als die Montagehülse 35, kann
der Sicherungsring 19 über
die Montagehülse 35 geschoben
und in die Ringnut 20 eingerastet werden, sobald der Einpressvorgang
abgeschlossen ist. Ist der Sicherungsring 19 montiert,
wird die Montagehülse 35 zurückgezogen.
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Mit
Hilfe der Montagehülse 35 kann
die gesamte Gleitringdichtung 4, 6 in einem Arbeitsgang sehr
einfach montiert werden. Die Dichtflächen und/oder Dichtkanten können, sofern
es notwendig sein sollte, vorgeschmiert werden. Aufgrund des einfachen
Einbaus ist die Fehleranfälligkeit
bei der Montage sehr gering.
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Mit
der Montagehülse
ist bei entsprechender Gestaltung sogar eine automatische Montage
der Dichtungsanordnung möglich.
Die Montagehülse 35 kann
darüber
hinaus auch so gestaltet werden, dass sie den Sicherungsring 19 aufnimmt.
Es ist dann nicht erforderlich, nach dem Einpressen der Dichtungsanordnung
den Sicherungsring 19 in einem weiteren Montageschritt
zu montieren.
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Die
radiale Anlagefläche 38 der
Montagehülse 35 ist
so gestaltet, dass sie den Halteteil 24 am Übergang
zur Zwischenschicht 28 axial abstützt.
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Die
Montagehülse 35 kann über ihren
Umfang verteilt vorteilhaft axiale Durchgangsöffnungen 41 aufweisen,
die über
den Umfang der Montagehülse 35 verteilt
im Einpressteil 37 angeordnet sind.
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Die
Montagehülse 35 ist
mehrfach einsetzbar, da sie bei der Montage der Dichtungsanordnung nicht
zerstört
werden muss, sondern problemlos vom abzudichtenden Maschinenteil 3 abgezogen
werden kann.
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6 zeigt
eine Dichtungsanordnung, bei der die Dichtlippe 22 axial
abdichtet. Sie liegt an der radialen Gleitfläche 30 des Gleitringes 6 im
Bereich radial außerhalb
des dynamischen Dichtspaltes 43 zwischen dem Gegenring 4 und
dem Gleitring 6 an. Der Gegenring 4 hat im Unterschied
zu den vorigen Ausführungsbeispielen
nicht mehr die radial nach innen offene Vertiefung 21,
sondern eine Vertiefung 44, die in der Gleitfläche 29 des
Gegenringes 4 vorgesehen ist. Die Vertiefung 44 ist
radial nach außen
offen. Der ringförmige
Vorsprung 16 der Stützscheibe 17 liegt
an der äußeren zylindrischen
Mantelfläche 45 des
Gegenringes 4 an. Der Vorsprung 16 erstreckt sich
etwa über
die halbe axiale Breite der Mantelfläche 45, an der im
Anschluss an den Vorsprung 16 der Dichtring 13 aufliegt.
Er ist einstückig
mit der Dichtlippe 22 ausgebildet.
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In
der Vertiefung 44 befindet sich ein im Axialschnitt L-förmiger Stützkörper 46,
der an den beiden die Vertiefung 44 begrenzenden Wandungen
anliegt und die Dichtlippe 22 abstützt. Im Übrigen ist die Dichtungsanordnung
gleich ausgebildet wie bei den vorigen Ausführungsformen.
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Der
Stützkörper 46 ragt
mit seinem radial verlaufenden Abschnitt 47 geringfügig über die
Mantelfläche 45 des
Gegenringes 4. Der axiale, ringförmige Abschnitt 48 des
Stützkörpers 46 endet
mit geringem Abstand vom Gleitring 6. Der Radialabschnitt 47 wird
vom Material des Dichtringes 13 bzw. der Dichtlippe 22 bedeckt.
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Die
Dichtlippe 22 gewährleistet
eine hohe dynamische Abdichtung, insbesondere während der Einlaufzeit der beiden
Gleitflächen 29, 30 des
Gegenringes 4 und des Gleitringes 6. Im Unterschied
zu den vorigen Ausführungsformen
ist die Dichtlippe 22 dem Dichtspalt 43 der Gleitringdichtung
vorgeschaltet, so dass der Durchtritt von abzudichtendem Medium zum
Dichtspalt 43 verhindert wird. Gerade in der Einlaufzeit
der Gleitflächen 29, 30 ist
diese Lage der Dichtlippe 22 von Vorteil, da das abzudichtende
Medium am Zutritt zum Dichtspalt 43 gehindert wird. Da die
Dichtlippe 22 einstückig
mit dem Dichtring 13 ausgebildet ist, ergibt sich eine
kostengünstige
Ausführung.
Zudem ist der Platzbedarf minimiert. Aufgrund der Dichtlippe 22 kann
auch die Anpresskraft, mit der der Gleitring 6 durch die
Druckfeder 5 gegen den Gegenring 4 gedrückt wird,
verringert werden, da die Dichtlippe 22 zusätzlich zum
Dichtspalt 43 zur Abdichtung beiträgt.
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Zur
Montage der Dichtungsanordnung kann die Montagehülse 35 (5)
in der beschriebenen Weise verwendet werden.
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Bei
der Dichtungsanordnung gemäß 7 ist
der Gegenring 4 an seiner inneren Zylindermantelfläche 49 mit
einer zum Gleitring 6 offenen Vertiefung 50 versehen,
in der die Dichtlippe 22 untergebracht ist. Sie liegt im
Bereich außerhalb
des Dichtspaltes 43 an der Gleitfläche 30 des Gleitringes 6 dichtend an.
Gegen das abzudichtende Maschinenteil 3 ist die Dichtlippe 22 durch
einen Stützkörper 51 abgedeckt, der
L-förmigen
Querschnitt hat. Der Stützkörper 51 hat
einen Hülsenteil 52,
der das Maschinenteil 3 mit Abstand umgibt. Der Hülsenteil 52 geht
in einen nach außen
gerichteten Radialteil 53 über, der an einer radialen
Endwand 54 der Vertiefung 50 anliegt. Mittels des
Stützkörpers 51 wird
die Dichtlippe 22 gegen Druck abgestützt, so dass die Dichtungsanordnung auch
bei hohen Drücken
eingesetzt werden kann. Die Dichtlippe 22 sorgt für eine verbesserte
statische und dynamische Dichtheit, insbesondere während der Einlaufzeit
der Gleitflächen 29, 30 des
Gegenringes 4 und des Gleitringes 6. Da die Dichtlippe 22 innerhalb
des Querschnittes des Gegenringes 4 untergebracht ist,
ist ein zusätzlicher
Einbauraum für
die Dichtlippe nicht erforderlich. Dadurch ist für die Dichtungsanordnung nur
ein geringer Platzbedarf erforderlich. Dabei kann die Dichtungsanordnung
kostengünstig
hergestellt werden. Da dem Dichtspalt 43 zwischen dem Gegenring 4 und
dem Gleitring 6 die Dichtlippe 22 nachgeschaltet
ist, kann die Anpresskraft, mit welcher der Gleitring 6 durch
die Druckfeder 5 gegen den Gegenring 4 gedrückt wird,
reduziert werden. Wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen wird aufgrund
der beschriebenen Ausbildung der Dichtungsanordnung die luftseitige Ölkohlebildung verringert.
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Der
Stützkörper 51 ist
so in der Vertiefung 50 des Gegenringes 4 untergebracht,
dass er radial nach innen nicht über
den Gegenring 4 vorsteht. Dadurch kann zur Montage der
Dichtungsanordnung die Montagehülse 35 verwendet
werden.