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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung wie ein Fördergewinde bzw. einen Pumpring für eine Gleitringdichtung mit flexibilisierten Strukturelementen sowie eine Gleitringdichtungsanordnung mit einem derartigen Fördergewinde.
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Fördereinrichtungen werden beispielweise bei Gleitringdichtungen verwendet und dienen zur Unterstützung einer Zirkulation eines Kühlfluids oder eines Sperrfluids oder dergleichen. Derartige Fördereinrichtungen weisen ein rotierendes und ein stationäres Förderelement auf, wobei wenigstens eines der Förderelemente daran angeordnete Förderlamellen aufweist. Für eine ausreichende Förderung muss hierbei ein möglichst enger Spalt zwischen dem rotierenden und dem stationären Förderelement der Fördereinrichtung vorgesehen werden. Bedingt durch den schmalen Spalt ist es jedoch möglich, dass es hier zu sogenannten Anläufern kommt, bei denen sich das stationäre und das rotierende Förderelement berühren. Hierdurch kann eine Beschädigung der Fördereinrichtung auftreten. Die Gefahr einer Berührung kann grundsätzlich durch das Vorsehen eines größeren Spaltes reduziert werden. Hierbei ist jedoch das Problem, dass sich mit zunehmendem Spalt in der Fördereinrichtung die Förderleistung der Fördereinrichtung verringert. Ferner offenbart die
DE 29 37 346 A1 eine Fördervorrichtung für eine Gleitringdichtung, wobei eine Fördergewindehülse aus elastomerem Werkstoff hergestellt ist. Aus der
US 4,463,957 A ist eine Fördereinrichtung mit einem spiralförmigen Element bekannt, welches an einer Wellenhülse fest fixiert ist. Die
DE 41 32 164 A1 offenbart Schraubenfedern als Fördereinrichtungen, wobei die Schraubenfedern kraftschlüssig an Bauelementen der Gleitringdichtung fixiert sind.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fördereinrichtung für eine Gleitringdichtung beziehungsweise eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher kostengünstiger Herstellbarkeit eine hohe Förderleistung erzielen kann und dabei die Gefahr von Beschädigungen der Fördereinrichtung aufgrund von Anläufern reduziert beziehungsweise ausgeschlossen ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Fördereinrichtung für eine Gleitringdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Fördereinrichtung für eine Gleitringdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht es, dass ein Spalt zwischen einem rotierenden Förderelement und einem stationären Förderelement sehr klein gehalten werden kann. Dadurch kann eine hohe Förderleistung erreicht werden. Durch das Vorsehen von flexibilisierten Strukturelementen an wenigstens einem der Förderelemente wird dabei sichergestellt, dass auch im Fall eines eventuell auftretenden Anläufers, d. h. einem Berühren zwischen dem rotierenden und dem stationären Förderelement, keine Beschädigung der Fördereinrichtung auftritt. Eine Beschädigung wird insbesondere durch eine Ausweichbewegung der flexibilisierten Strukturelemente erreicht. Die flexibilisierten Strukturelemente können dabei entweder am rotierenden Förderelement oder am stationären Förderelement oder sowohl am rotierenden als auch am stationären Förderelement vorgesehen werden. Ferner sind die flexibilisierten Strukturelemente derart vorgesehen, dass die Lamellen selbst steif sind und ein Federelement aufweisen, wobei das Federelement an einem Fuß der Lamellen angeordnet ist. Hierdurch sind die steifen Lamellen federnd gelagert, wobei die Federelemente eine Bewegung der Lamellen zumindest in radialer Richtung, vorzugsweise auch in Umfangsrichtung, ermöglichen. Somit kann bei einem Kontakt der steifen Lamelle mit dem gegenüberliegenden Förderelement die steife Lamelle einfedern, sodass keine Beschädigung der Lamelle beziehungsweise des gegenüberliegenden Förderelements auftritt. Besonders bevorzugt ist als Federelement dabei eine Blattfeder vorgesehen. Weiter bevorzugt umfasst die steife Lamelle einen Fuß, welcher im Wesentlichen senkrecht zur steifen Lamelle angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine größere Auflagefläche für das Federelement, wodurch eine verbesserte Einfederung erreicht wird. Weiter bevorzugt sind der Fuß der steifen Lamelle und die Blattfeder in einem einen Schlitz aufweisenden Aufnahmeraum angeordnet. Hierbei begrenzt der Aufnahmeraum die Ausweichbewegung und stellt sicher, dass nach einem erfolgten Kontakt der Lamelle mit dem gegenüberliegenden Förderelement wieder eine sichere Rückstellung der Lamelle durch das Federelement möglich ist.
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Vorzugsweise sind die flexibilisierten Strukturelemente als flexible Lamellen aus einem elastischen Material ausgebildet. Hierdurch kann die Lamelle selbst die Ausgleichsbewegung bei einem Kontakt ausführen. Durch die Verwendung eines elastischen Materials stellt sich die Lamelle nach dem Kontakt selbsttätig wieder in ihre Ausgangsform zurück. Durch die Eigenflexibilität der Lamelle kann somit eine Beschädigung der Lamelle selbst beziehungsweise des gegenüberliegenden Förderelements vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die flexibilisierten Strukturelemente als Bürstenanordnung ausgebildet. Hierbei ist eine Vielzahl von Bürsten am Förderelement derart angeordnet, dass sie jeweils ein Strukturelement bilden. Die Bürsten sind aus einem elastischen Material hergestellt, sodass bei einem Kontakt der Bürsten mit dem gegenüberliegenden Förderelement eine Ausweichbewegung durch die Bürsten ausgeführt wird und so eine Beschädigung bei einem Kontakt vermieden wird.
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Besonders bevorzugt sind die flexibilisierten Strukturelemente schräg zu einer Mittelachse der Fördereinrichtung angeordnet. Alternativ sind die flexibilisierten Strukturelemente derart angeordnet, dass die flexibilisierten Strukturelemente parallel zu einer Mittelachse der Fördereinrichtung ausgerichtet sind.
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Alternativ sind die flexibilisierten Strukturelemente schaufelartig gebogen oder gekrümmt ausgebildet. Hierdurch kann eine Förderleistung des Fördergewindes weiter erhöht werden.
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Weiter bevorzugt sind die flexibilisierten Lamellen über eine gesamte Breite des Förderelements vorgesehen.
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Vorzugsweise ist der Förderspalt zwischen dem rotierenden und dem stationären Förderelement ≤ 1,5 mm und insbesondere ≤ 0,1 mm.
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Die erfindungsgemäße Fördereinrichtung wird vorzugsweise bei Rührwerken und/oder bei Pumpen, insbesondere mit niedrigen Drehzahlen, verwendet. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Fördereinrichtung ein Fördergewinde oder ein Pumpring.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Gleitringdichtungsanordnung umfassend einen stationären Gleitring, einen rotierenden Gleitring und eine erfindungsgemäßes Fördereinrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine doppeltwirkende Gleitringdichtungsanordnung, wobei die erfindungsgemäße Fördereinrichtung in Axialrichtung zwischen den beiden Gleitringdichtungen angeordnet ist.
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Davon werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bildzugabe auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung mit einer erfindungsgemäßen Fördereinrichtung,
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2 eine perspektivische Ansicht eines rotierenden Förderelements von 1,
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3 eine perspektivische Ansicht eines rotierenden Förderelements für eine Fördereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 eine perspektivische Ansicht eines rotierenden Förderelements für eine Fördereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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5 eine perspektivische, vergrößerte Ausschnittdarstellung von 4, und
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6 eine perspektivische Ansicht eines rotierenden Förderelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 mit einem Fördergewinde 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Gleitringdichtungsanordnung 1 doppeltwirkend und umfasst eine erste Gleitringdichtung 10 und eine zweite Gletiringdichtung 110. Die erste Gleitringdichtung 10 umfasst einen rotierenden Gleitring 11 und einen stationären Gleitring 12, welche zwischen sich einen Dichtspalt 13 definieren. Die zweite Gleitringdichtung 110 umfasst einen rotierenden Gleitring 111 und einen stationären Gleitring 112, welche zwischen sich einen Dichtspalt 113 definieren. Ferner umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine erfindungsgemäßes Fördereinrichtung 2. Die Fördereinrichtung 2 umfasst ein rotierendes Förderelement 3 und ein stationäres Förderelement 4. Zwischen dem rotierenden Förderelement 3 und dem stationären Förderelement 4 ist ein Förderspalt 5 ausgebildet. Der Förderspalt 5 verläuft dabei in Axialrichtung X-X.
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Das rotierende Förderelement 3 ist dabei über eine Hülse 70 auf einer Welle 7 fixiert. 2 zeigt dabei eine perspektivische Ansicht des rotierenden Förderelements 3. Das rotierende Förderelement 3 umfasst einen Ring 31, an dessen radial äußerer Seite eine Vielzahl von flexibilisierten Lamellen (Strukturelementen) 30 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Lamellen 30 aus einem flexiblen Material hergestellt. Vorzugsweise ist das rotierende Förderelement 3 dabei ein einstückiges Bauteil, beispielsweise aus einem Elastomer, sodass der Ring 31 mit den flexiblen Lamellen 30 in einem Schritt hergestellt werden kann. Die flexiblen Lamellen 30 weisen dabei eine leicht gekrümmte Form auf.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, rotiert im Betrieb das rotierende Förderelement 3 gemeinsam mit der Welle 7 und den rotierenden Gleitringen 11, 111. Dabei wird ein Sperrfluid von einem ersten Raum 8 durch das Fördergewinde 2 zu einem zweiten Raum 6 gefördert. Dies ist in 1 durch die Pfeile A angedeutet. Die Förderung verläuft dabei in Axialrichtung X-X entlang des Förderspalts 5. Das stationäre Förderelement 4 in diesem Ausführungsbeispiel ist ein Teil des Gehäuses und weist keine Förderstrukturen in Form von Lamellen auf, sondern ist nur als glatte, zylindrische Wand ausgebildet. Alternativ können am stationären Förderelement 4 auch zusätzlich Lamellen oder dergleichen vorgesehen werden.
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Durch die flexiblen Lamellen 30 aus einem elastischen Material können nun, falls es zu einem Kontakt zwischen dem rotierenden Förderelement 3 und dem stationären Förderelement 4 kommt, die in Kontakt kommenden elastischen Lamellen 30 umgebogen werden. Hierdurch kann eine Beschädigung sowohl der Lamellen 30 als auch des stationären Förderelements 4 verhindert werden. Somit ist ein Anlaufen des rotierenden Förderelements am statischen Förderelement, beispielsweise aufgrund einer Wellenauslenkung, unkritisch, da die flexiblen Lamellen 30 bei einem Kontakt nachgeben. Somit kann der Förderspalt 5 zwischen dem rotierenden Förderelement 3 und dem statischen Förderelement 4 sehr klein gehalten werden, insbesondere kleiner als 1,5 mm, und besonders bevorzugt ca. 0,1 mm, um eine möglichst hohe Förderleistung der Fördereinrichtung sicherzustellen.
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Somit ist die erfindungsgemäße Fördereinrichtung insbesondere auch bei der Verwendung von hochentzündlichen Kohlenwasserstoffen verwendbar, da bei ggf. vorkommenden Anläufern aufgrund von Kontakt und Reibung zwischen den Förderelementen keine Oberflächentemperaturen an den Bauteilen entstehen können, welche ggf. ein Entzünden des Mediums bewirken würden.
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In 3 ist ein rotierendes Förderelement 3 für eine Fördereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das rotierende Förderelement 3 des zweiten Ausführungsbeispiels weist ebenfalls einen Ring 31 und flexible Lamellen 32 auf, welche beim zweiten Ausführungsbeispiel jedoch nicht mehr parallel zur Mittelachse angeordnet sind, sondern in einem Winkel schräg zur Mittelachse angeordnet sind. Hierbei sind die flexiblen Lamellen 32 ebenfalls gekrümmt vorgesehen. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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In den 4 und 5 ist ein rotierendes Förderelement 3 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Fördereinrichtung dargestellt. Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, umfasst das rotierende Förderelement 3 einen Ring 31 und eine Vielzahl von steifen Lamellen 36. Am äußeren Umfang des Rings 31 ist eine Vielzahl von Halterungen 33 einstückig mit dem Ring 31 gebildet. Die Halterungen 33 weisen einen in Axialrichtung verlaufenden Schlitz 34 und einen Aufnahmeraum 35 auf. Die steifen Lamellen 36 weisen einen senkrecht zur Hauptlamellenrichtung angeordneten Fuß 37 auf. Der Fuß 37 ist im Aufnahmeraum 35 der Halterung 33 angeordnet. Ferner ist im Aufnahmeraum 35 ein Federelement 9 radial innerhalb des Fußes 37 angeordnet. Das Federelement 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Blattfeder, welche eine radial nach außen gerichtete, gewölbte Form aufweist. Das Federelement 9 übt eine radial nach außen gerichtete Kraft F auf den Fuß 37 der steifen Lamelle 36 aus, sodass die steife Lamelle radial nach außen gedrückt wird. Der Fuß 37 der steifen Lamelle 36 liegt dabei an der den Schlitz 34 aufweisenden Wand des Aufnahmeraums 35 an.
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Sollte nun ein Kontakt zwischen der steifen Lamelle 36 und einem stationären Förderelement 4, beispielsweise aufgrund einer Wellenauslenkung, stattfinden, führt die steife Lamelle 36 eine Ausweichbewegung in radial nach innen gerichteter Richtung beziehungsweise etwas in Umfangsrichtung aus. Hierdurch kann die steife Lamelle 36 ausweichen, indem das Federelement 9 zusammengedrückt wird. Je nachdem, wie ein Spiel der steifen Lamelle 36 im Schlitz 34 in Umfangsrichtung vorgesehen ist, kann dabei auch eine zusätzliche Auslenkung der steifen Lamelle 36 in Umfangsrichtung, d. h. ein Kippen in Umfangsrichtung, ermöglicht werden. Die steife Lamelle 36 kann dabei aus Stahl, Bronze, Kohle oder Kunststoff hergestellt werden. Die steife Lamelle 36 weist in Axialrichtung des rotierenden Förderelements 3 eine Länge entsprechend einer Breite B des rotierenden Förderelements auf.
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6 zeigt ein rotierendes Förderelement 3 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches vorstehende Gewindestrukturen 40 und dazwischen vorgesehene Nuten 41 an einem Außenumfang des Rings 31 aufweist. Die Gewindestrukturen 40 und die Nuten 41 sind dabei zur Axialrichtung schräg gestellt. Das rotierende Förderelement 3 des vierten Ausführungsbeispiels ist dabei vollständig aus einem flexiblen Material, insbesondere einem flexiblen Kunststoff, hergestellt. Durch die Flexibilität der vorstehenden Gewindestrukturen 40 und des Rings 31 werden diese bei einem Anläufer zusammengedrückt, so dass weder die Gewindestrukturen 40 noch ein stationäres Förderelement eine Beschädigung davontragen. Für eine möglichst gute Stabilität des rotierenden Förderelements 3 ist eine Dicke des Rings 31 in radialer Richtung größer als eine Höhe der Gewindestrukturen 40 in Radialrichtung.
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Wie in den beschriebenen Ausführungsbeispielen dargelegt, kann erfindungsgemäß somit durch die Verwendung von flexibilisierten Strukturelementen ein sehr enger Förderspalt 5 zwischen rotierendem und stationärem Förderelement realisiert werden, sodass eine hohe Förderleistung erreicht wird. Im Falle eines Kontaktes zwischen dem rotierenden und dem stationären Förderelement können die flexibilisierten Strukturelemente eine Ausweichbewegung ausführen, sodass eine Beschädigung der Strukturelemente und/oder der Förderelemente vermieden wird. Es sei angemerkt, dass statt den in den Ausführungsbeispielen in Form von Schaufeln dargestellten Lamellen es auch möglich ist, Bürstenreihen als Lamellen zu verwenden. Auch ist es möglich, dass flexible Lamellen 30, 32 mit einem Federelement 9 kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitringdichtungsanordnung
- 2
- Fördergewinde
- 3
- rotierendes Förderelement
- 4
- stationäres Förderelement
- 5
- Förderspalt
- 6
- zweiter Raum
- 7
- Welle
- 8
- erster Raum
- 9
- Federelement
- 10
- erste Gleitringdichtung
- 11
- rotierender Gleitring
- 12
- stationärer Gleitring
- 13
- Dichtspalt
- 30
- flexible Lamelle
- 31
- Ring
- 32
- flexible Lamelle
- 33
- Halterung
- 34
- Schlitz
- 35
- Aufnahmeraum
- 36
- steife Lamelle
- 37
- Fuß
- 40
- Gewindestrukturen
- 41
- Nuten
- 70
- Hülse
- 110
- zweite Gleitringdichtung
- 111
- rotierender Gleitring
- 112
- stationärer Gleitring
- 113
- Dichtspalt
- A
- Förderrichtung
- B
- Breite
- F
- Federkraft
- X-X
- Mittelachse
