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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung mit verbesserten kohlenstoffhaltigen Gleitflächen, insbesondere bei einem Trockenlauf. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Gleitringdichtungsanordnung mit kohlenstoffhaltigen Gleitflächen.
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Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Hierbei werden in jüngster Zeit auch verstärkt Gleitringe mit diamantbeschichteten Gleitflächen oder anderen kohlenstoffhaltigen Gleitflächen verwendet. Hierbei wurde nun festgestellt, dass insbesondere bei einem Trockenlauf der Gleitringdichtungen in den obersten Atomlagen der Gleitflächen durch einen Eintrag von Energie, z. B. durch Reibung, Bindungen aufgebrochen werden. Hierdurch entstehen freie Bindungsplätze an den Oberflächen der Gleitflächen, was in Folge zu erhöhten Reibwerten führt, welche diesen Prozess dann noch zusätzlich beschleunigen. Dies führt zu einer reduzierten Lebensdauer der Gleitringdichtung.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung mit kohlenstoffhaltigen Gleitflächen bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine verlängerte Lebensdauer aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 verbessert eine Lebensdauer von kohlenstoffhaltigen Gleitflächen dadurch, dass eine Versorgungsvorrichtung vorgesehen ist, welche ein Inertisierungsfluid bereitstellt, welches zum Dichtspalt zwischen den beiden Gleitflächen der Gleitringe zugeführt wird. Durch das Zuführen des Inertisierungsfluids gelingt es unerwartet einfach, die freien Bindungsplätze an den Gleitflächen mit Bestandteilen des Inertisierungsfluids zu belegen. Erfindungsgemäß geht das Inertisierungsfluid hierbei an der kohlenstoffhaltigen Gleitfläche eine chemische oder physikalische Verbindung mit den freien Bindungsplätzen, bzw. eine Chemiesorption, ein. Hierdurch wird augenblicklich eine Inertisierung der aufgebrochenen Oberfläche erreicht und damit können sehr niedere und stabile Reibwerte an den Gleitflächen erreicht werden. Hierdurch kann auf sehr kostengünstige Weise die Lebensdauer der Gleitringdichtungsanordnung signifikant erhöht werden und ein Reibwert gesenkt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ferner auch eine unerwünschte Geräuschentwicklung, insbesondere ein Pfeifen und/oder Quietschen, im Betrieb beseitigt werden kann.
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Vorzugsweise ist das Inertisierungsfluid ein Gas oder eine Flüssigkeit oder ein Aerosol, d. h., ein Gemisch aus einem Gas mit festen und/oder flüssigen Schwebeteilchen. Hierbei ist eine Flüssigkeit oder ein Aerosol besonders bevorzugt, da es möglich ist, dass die Flüssigkeit nahe am Dichtspalt verdampft oder verdunstet, wobei insbesondere Wärme aus dem Dichtspalt bzw. den Gleitflächen zur Verdampfung entzogen wird, was somit zu einer Abkühlung an den Gleitflächen bzw. zu einer Temperatursenkung im Dichtspalt führt.
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Bevorzugt ist das Inertisierungsfluid ein wasserstoffhaltiges oder ein kohlenwasserstoffhaltiges Fluid, insbesondere ein leicht siedender Kohlenwasserstoff. Das wasserstoffhaltige bzw. kohlenwasserstoffhaltige Fluid ist dabei derart vorgesehen, dass Wasserstoff bzw. Kohlenwasserstoff gebunden oder gelöst im Fluid vorhanden ist, wobei bei einer Bindung diese mit einer geringen Bindungsstärke vorhanden ist, so dass Wasserstoff bzw. Kohlenwasserstoff leicht die freien Bindungsplätze an der kohlenstoffhaltigen Oberfläche der Gleitfläche belegt.
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Weiter bevorzugt ist an wenigstens einer der Gleitflächen eine Diamantbeschichtung und/oder eine DLC-Beschichtung (DLC: diamond-like-carbon) und/oder eine Kohlegraphitbeschichtung vorgesehen. Dabei können auch beide Gleitflächen die gleiche kohlenstoffhaltige Beschichtung aufweisen oder unterschiedliche kohlenstoffhaltige Beschichtungen aufweisen.
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Für einen besonders kompakten Aufbau ist die Versorgungsvorrichtung vorzugsweise in eine Sperrfluidvorrichtung zur Beaufschlagung der Gleitringdichtungen mit einem Sperrfluid integriert. Hierdurch sind keine zusätzlichen Bauteile für die erfindungsgemäße Versorgungsvorrichtung notwendig.
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Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung ist vorzugsweise eine trockenlaufende Gleitringdichtung oder eine temporär trockenlaufende Gleitringdichtung, insbesondere zur Verwendung bei Rührwerken, bei denen eine abzudichtende Welle vertikal angeordnet ist.
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Besonders bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine Leiteinrichtung, beispielsweise ein Blech, welches ein Zuführen des kohlenwasserstoffhaltigen Fluids zum Dichtspalt sicherstellt. Vorzugsweise ist an der Leiteinrichtung eine Drosselstelle zur Atmosphäre vorgesehen.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Gleitringdichtungsanordnung mit einem rotierenden und einem stationären Gleitring, welche zwischen ihren beiden Gleitflächen einen Dichtspalt begrenzen, wobei ein Inertisierungsfluid in den Dichtspalt zugeführt wird, um, insbesondere bei einem Trockenlauf, auftretende freie Bindungsplätze an der Gleitfläche mit vorzugsweise gasförmigen Bestandteilen des Inertisierungsfluids zu belegen. Hierdurch kann eine Lebensdauer und eine Geräuschentwicklung der Gleitringdichtungsanordnung positiv beeinflusst werden. Das Inertisierungsfluid ist vorzugsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit oder ein Aerosol. Hierbei ist insbesondere bevorzugt, dass das Inertisierungsfluid als Flüssigkeit zugeführt wird oder einen hohen Flüssigkeitsanteil aufweist, und nahe am oder im Dichtspalt verdampft oder verdunstet. Hierdurch kann auch eine positive Auswirkung auf eine Temperatur im Dichtspalt und an den Gleitflächen erreicht werden, da beispielsweise durch kontinuierlich zugeführte Flüssigkeit eine kontinuierliche Verdampfung/Verdunstung erreicht werden kann, so dass eine konstante Temperatur gehalten werden kann. Hiermit kann durch Auswahl eines bestimmten Inertisierungsfluids, insbesondere kohlenwasserstoffhaltigen Fluids mit einem gegebenen Siedepunkt, eine Temperatur im Dichtspalt und/oder an den Gleitflächen vorbestimmt bzw. eingestellt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Begleitung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Welle 2, einen mit der Welle verbundenen rotierenden Gleitring 3 und einen mit einem stationären Bauteil 7 verbundenen stationären Gleitring 4. Die Gleitringdichtungsanordnung des dargestellten Ausführungsbeispiels wird bei Rührwerken verwendet, wobei die Welle 2 vertikal angeordnet ist. Der rotierende Gleitring 2 ist über eine Buchsenanordnung 6 mit mehreren Buchsen mit der Welle 2 verbunden. Eine der Buchsen nimmt dabei eine Vorspanneinrichtung 15 in Form von Federn auf, welche eine Vorspannung des rotierenden Gleitrings 3 in axialer Richtung X-X bereitstellt. Die Gleitringe 3, 4 weisen zwei zueinander gerichtete Gleitflächen 3a, 4a auf, welche zwischen sich einen Dichtspalt 5 begrenzen. Die Gleitringdichtungsanordnung 1 dichtet dabei zwischen einem Atmosphärenbereich 8 und einem Produktbereich 9 ab.
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Weiterhin ist eine Versorgungsvorrichtung 10 vorgesehen, welche ein Inertisierungsfluid 11 zuführt. Über eine Zuleitung 13, welche auch als Speicher für das Inertisierungsfluid dient, kann das Inertisierungsfluid 11 nachgeführt werden. Die Zuleitung 13 mündet dabei nahe den Gleitringen. Ferner ist ein Leitblech 14 am stationären Bauteil 7 vorgesehen, welches das aus der Zuleitung 13 austretende Inertisierungsfluid 11, wie durch die Pfeile in 1 angedeutet, in Richtung zum Dichtspalt 5 leitet. Die Form des Leitblechs 14 ist dabei derart, dass das Inertisierungsfluid 11 aus der Zuleitung 13 in einen Inertisierungsraum 12 an einer radialen Außenseite des Dichtspalts 5 geführt wird. Durch die Rotation des rotierenden Gleitrings 3 wird das zugeführte Inertisierungsfluid 11 in Umfangrichtung entlang des Dichtspalts 5 verteilt. Zwischen dem rotierenden Teil der Gleitringdichtung und einem in Vertikalrichtung umgebogenen Flanschbereich des Leitblechs 14 ist eine Drosselstelle 16 vorgesehen, welche eine vorbestimmte Länge aufweist, um zu verhindern, dass das Inertisierungsfluid 11 zu schnell aus dem Inertisierungsraum 12 in den Atmosphärenbereich 8 gelangt.
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Wenigstens eine der beiden Gleitflächen 3a, 4a, vorzugsweise beide Gleitflächen, weisen eine kohlenstoffhaltige Oberfläche auf, vorzugsweise eine Kohlenstoff umfassende Beschichtung, z. B. eine Diamantbeschichtung oder eine DLC-Beschichtung oder eine Siliziumkarbid-Beschichtung oder eine Wolfram-Karbid-Beschichtung, auf. Da erfindungsgemäß das Inertisierungsfluid 11 zum Dichtspalt 5 und somit auch zu den kohlenstoffhaltigen Gleitflächen 3a, 4a zugeführt wird, kann erreicht werden, dass die in den obersten Atomlagen der Gleitfläche aufgebrochenen Bindungen, z. B. aufgrund von Reibung zwischen den beiden Gleitflächen, mit dem Inertisierungsfluid 11 in Kontakt kommen und so die freien Bindungsplätze mit Gasbestandteilen des Inertisierungsfluids belegt werden. Hierdurch kann eine augenblickliche Inertisierung an der Oberfläche erreicht werden, so dass die Gleitringdichtungsanordnung sehr niedrige und stabile Reibwerte aufweist.
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Auch wenn ein Druck im Produktbereich 9 gleich oder höher als im Atmosphärenbereich 8 und gleich oder höher als im Inertisierungsraum 12 ist, kann durch Diffusionsvorgänge erreicht werden, dass das Inertisierungsfluid 11 in den Dichtspalt gelangt und dort aufgebrochene Bindungen repariert. Das Inertisierungsfluid 11 der Versorgungsvorrichtung 10 kann in der Zuleitung 13 schon in gasförmiger Form vorliegen. Alternativ wird das Fluid in flüssiger Form oder als Aerosol zur Zuleitung 13 zugeführt und dann vorzugsweise im oder kurz vor dem Inertisierungsraum 12 verdampft.
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Insbesondere bei der bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung bei Rührwerken kann es vorkommen, dass auch Unterdrücke bis hin zu einem Vakuum im Produktbereich 9 auftreten können. Hierdurch wird das Eindringen des Inertisierungsfluids 11 in den Dichtspalt begünstigt. Je nach Prozessverlauf bei einer Rührwerksanwendung können auch verschiedene Druckverhältnisse nacheinander auftreten, d. h., zwischen Produktseite und Atmosphärenseite kann ein Druckgleichgewicht herrschen oder es herrscht ein Überdruck an der Rückseite oder es herrscht ein Unterdruck an der Produktseite. Wie oben erläutert, kann die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung jedoch auch derartige Druckänderungen beherrschen. Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung auch ein Trockenlauf über einen längeren Zeitraum beherrscht werden.
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Erfindungsgemäß kann somit erreicht werden, dass durch Zuführung eines Inertisierungsfluides, insbesondere als Gas oder Flüssigkeit oder Aerosol, welches mit einer kohlenstoffhaltigen Oberfläche der Gleitfläche eine chemische oder physikalische Verbindung eingehen kann, ein Ansteigen eines Reibkoeffizienten der Gleitflächen vermieden werden kann. Hierdurch wird die Lebensdauer der Gleitringdichtung, insbesondere bei diamantbeschichteten oder DLC-beschichteten Gleitflächen signifikant verlängert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitringdichtungsanordnung
- 2
- Welle
- 3
- rotierender Gleitring
- 4
- stationärer Gleitring
- 3a, 4a
- Gleitflächen
- 5
- Dichtspalt
- 6
- Buchsenanordnung
- 7
- stationäres Bauteil
- 8
- Atmosphärenbereich
- 9
- Produktbereich
- 10
- Versorgungsvorrichtung
- 11
- Inertisierungsfluid
- 12
- Inertisierungsraum
- 13
- Zuleitung
- 14
- Leitblech
- 15
- Vorspanneinrichtung
- 16
- Drosselstelle
- X-X
- Axialrichtung
