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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwimmringdichtung, insbesondere eine Kohleschwingringdichtung, mit einer verbesserten Rotationssperreinheit, die ein Mitdrehen des Schwimmrings mit einem rotierenden Bauteil verhindert und eine axiale und radiale Bewegung des Schwimmrings ermöglicht, um Bewegungen eines rotierenden Bauteils folgen zu können.
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Schwimmringdichtungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Schwimmringdichtungen werden beispielsweise zur Abdichtung an Wellen, welche mit hoher Drehzahl rotieren, verwendet. Die Schwimmringdichtung sitzt hierbei schwimmend auf der Welle auf und weist ein möglichst kleines Radialspiel zur Welle auf, um eine Leckage über die Schwimmringdichtung klein zu halten. Durch das relativ kleine Radialspiel zwischen rotierender Welle und Schwimmringdichtung besteht die Gefahr eines Mitdrehens der Schwimmringdichtung. Weiterhin können im Betrieb Radialbewegungen und/oder Axialbewegungen der Welle vorkommen, welchen die Schwimmringdichtung folgen muss, ohne dass dabei Beschädigungen an der radialen Dichtfläche der Schwimmringdichtung auftreten. Die
US 2 964 339 A ,
EP 3 587 873 A1 und die
CN 1 15 126 877 A zeigen eine Schwimmringdichtung mit einem Federelement, das den Schwimmring mit dem Gehäuse verbindet, um eine Rotation des Schwimmrings zu verhindern.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schwimmringdichtung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit sicher ein Mitdrehen der Schwimmringdichtung mit einem rotierenden Bauteil verhindern kann und auch Auslenkungen eines rotierenden Bauteils folgen kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schwimmringdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Schwimmringdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass einerseits ein Mitdrehen der Schwimmringdichtung im Betrieb mit einem rotierenden Bauteil verhindert werden kann und andererseits auch Auslenkungen des rotierenden Bauteils sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung des rotierenden Bauteils möglich sind, ohne dass die Schwimmringdichtung beschädigt wird, da die Schwimmringdichtung den entsprechenden Auslenkungen folgen kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Schwimmringdichtung einen Schwimmring mit radialer Dichtfläche aufweist, welche zur Abdichtung an einem rotierenden Bauteil, insbesondere einer Welle, eingerichtet ist. Ferner umfasst die Schwimmringdichtung ein mehrteiliges Gehäuse, welches den Schwimmring an einem Außenumfang des Schwimmrings umschließt. Dabei ist ein ringförmiger Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Schwimmring vorgesehen. Eine Rotationssperreinheit ist vorgesehen, welche eingerichtet ist, eine Rotation des Schwimmrings mit dem rotierenden Bauteil zu verhindern und Bewegungen in Radial- und Axialrichtung zu ermöglichen. Dabei ist das Flex-Element ein seilartiges Element, insbesondere ein Seil oder ein Draht oder eine Schnur, aus einem reißfesten Material. Die Rotationssperreinheit umfasst dabei ein Flex-Element, sowie eine erste und eine zweite Fixiereinrichtung. Die erste Fixiereinrichtung fixiert das Flex-Element am Schwimmring und die zweite Fixiereinrichtung fixiert das Flex-Element am Gehäuse. Das Flex-Element ist ein flexibles, bewegliches Bauteil, welches Bewegungen des Schwimmrings in Radialrichtung und in Axialrichtung ermöglicht. Durch die Fixierung des Flex-Elements einerseits am Gehäuse und andererseits am Schwimmring wird auch ein Mitdrehen des Schwimmrings im Betrieb mit dem rotierenden Bauteil verhindert. Somit kann ein Radialdichtspalt, welcher zur Abdichtung zwischen dem Schwimmring und dem rotierenden Bauteil vorhanden ist, möglichst klein gewählt werden. Dadurch weist die Schwimmringdichtung eine sehr geringe Leckage über den Radialdichtspalt zwischen Schwimmring und rotierendem Bauteil auf. Somit kann eine Performance der Schwimmringdichtung deutlich verbessert werden.
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Durch die geschickte Verwendung des Flex-Elements, welches durch den Zwischenraum verläuft, kann die Schwimmringdichtung sehr einfach aufgebaut sein, wodurch ein Materialeinsatz und insbesondere die Herstellungskosten der Schwimmringdichtung signifikant reduziert sind. Trotzdem weist die Schwimmringdichtung die notwendige Robustheit auf und kann eine Verdrehsicherung der Schwimmringdichtung bereitstellen.
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Ein seilartiges Flex-Element hat weiterhin den Vorteil, dass eine einfache Anpassung des Flex-Elements an unterschiedliche Schwimmringdichtungen durch einfache Wahl einer Länge des Flex-Elements möglich ist.
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Durch Verwendung eines seilartigen Flex-Elements kann das Flex-Element weiter bevorzugt ausschließlich in Radialrichtung des Schwimmrings ausgerichtet sein. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauform erreicht.
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Das seilartige Flex-Element weist vorzugsweise mindestens eine Schlaufe oder einen Bogen oder dgl., insbesondere ausschließlich in Radialrichtung, auf, wodurch es möglich ist, dass die
Schwimmringdichtung auf einfache Weise insbesondere Radialbewegungen des rotierenden Bauteils folgen kann. Hierzu muss einfach eine entsprechende Länge des seilartigen Flex-Elements gewählt werden.
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Weiter bevorzugt ist die zweite Fixiereinrichtung, die das Flex-Element am Gehäuse fixiert, an einer Stoßstelle von Gehäuseteilen des mehrteiligen Gehäuses angeordnet. Mit anderen Worten fixiert das zweite Fixierelement das Flex-Element an einer Trennstelle des mehrteiligen Gehäuses. Hierdurch kann eine einfache und sichere Fixierung des Flex-Elements am Gehäuse ermöglicht werden.
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Die zweite Fixiereinrichtung ist dabei vorzugsweise in einer Ausnehmung in einem Gehäuseteil angeordnet, wobei die Ausnehmung mittels einer Nut mit einer Außenfläche des Gehäuses, die zum Schwimmring gerichtet ist, verbunden ist. Das Flex-Element wird dabei durch die Nut hindurchgeführt und in der Ausnehmung durch die zweite Fixiereinrichtung fixiert.
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Besonders bevorzugt sind die erste und zweite Fixiereinrichtung als Hülse ausgebildet, wobei die Hülse ein Innengewinde mit wenigstens einer seitlichen Durchgangsöffnung aufweist. Die erste und zweite Fixiereinrichtung umfasst ferner ein Schraubelement, beispielsweise eine Madenschraube, welche ein durch die seitliche Durchgangsöffnung eingeführtes Flex-Element durch Einschrauben in die Hülse, welche das Innengewinde aufweist, in der Hülse fixiert.
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Eine besonders einfache und sichere Fixierung ist möglich, wenn die Hülse eine erste und eine zweite seitliche Durchgangsöffnung aufweist, durch welche das Flex-Element hindurchgeführt ist. Somit ist das Flex-Element vollständig durch die Hülse hindurchgeführt und kann sicher mittels des Schraubelements in der Hülse fixiert werden.
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Weiter bevorzugt ist das Flex-Element am Schwimmring durch eine im Schwimmring ausgebildete Radialbohrung aus dem Schwimmring herausgeführt. Im Schwimmring ist das Flex-Element dabei mittels der ersten Fixiereinrichtung fixiert.
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Besonders bevorzugt ist im Schwimmring dabei eine in Axialrichtung verlaufende Sacklochbohrung ausgebildet, welche zur Aufnahme der ersten Fixiereinrichtung eingerichtet ist und wobei das Flex-Element in der Sacklochbohrung fixiert ist. Besonders bevorzugt ist das Flex-Element dabei durch die Radialbohrung aus der Sacklochbohrung herausgeführt. Die erste Fixiereinrichtung ist vorzugsweise ebenfalls als Hülse ausgebildet, welche ein Innengewinde aufweist und wenigstens eine seitliche Durchgangsöffnung, vorzugsweise zwei seitliche Durchgangsöffnungen aufweist. Das Flex-Element ist durch die eine seitliche Durchgangsöffnung bzw. die beiden seitlichen Durchgangsöffnungen hindurchgeführt und dann, wie oben beschrieben, durch ein Schraubelement, beispielsweise eine Madenschraube in der mit Innengewinde versehenen Hülse durch Klemmen fixiert.
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Ein besonders kompakter Aufbau ist möglich, wenn das Flex-Element am Schwimmring radial zwischen einem ersten und einem zweiten in Umfangsrichtung verlaufenden Federelement herausgeführt wird. Die Verwendung der in Umfangsrichtung verlaufenden Federelemente ermöglicht es dabei, dass der Schwimmring mehrteilig ausgebildet ist, wobei die Federelemente die mehreren Teile des Schwimmrings zusammenhalten. Dadurch ist insbesondere eine vereinfachte Montage des Schwimmrings sowie der Rotationssperreinheit möglich.
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Weiter bevorzugt ist an der Radialbohrung, welche aus dem Schwimmring herausführt, eine Mündung der Radialbohrung am Außenumfang des Schwimmrings derart ausgebildet, dass sich die Radialbohrung trichterförmig erweitert. Hierdurch wird verhindert, dass das Flex-Element an einer möglichen Bohrungskante der Radialbohrung bei Radial- und/oder Axialbewegungen des Schwimmrings Beschädigungen am Schwimmring ausführt. Die trichterförmige Erweiterung ermöglicht ein sanftes Anlegen des Flex-Elements bei Bewegungen des Schwimmrings. Somit kann eine Gefahr von Beschädigungen des Schwimmrings durch die sich erweiternde Mündung der Radialbohrung deutlich reduziert werden. Die trichterförmige Mündung ist vorzugsweise sehr flach ausgeführt und weist insbesondere einen Winkel < 45° auf.
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Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft anzuwenden, wenn der Schwimmring ein Kohleschwimmring ist. Kohleschwimmringe sind als Schwimmringdichtungen sehr gut geeignet und weisen eine sehr lange Betriebszeit auf. Auch kann dadurch eine Schwimmringdichtung in geteiltem Design einfach und kostengünstig bereitgestellt werden, was eine Montage der Schwimmringdichtung erleichtert. Dies ist besonders wichtig, da Schwimmringdichtungen häufig an rotierenden Bauteilen mit großen Außendurchmessern, beispielsweise Pumpenwellen oder Verdichterwellen oder dgl., abdichten.
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Vorzugsweise ist die zweite Fixiereinrichtung, welche das Flex-Element am Gehäuse fixiert, als Schweißverbindung ausgebildet.
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Besonders bevorzugt umfasst die Schwimmringdichtung mehrere in Reihe nebeneinander angeordnete Schwimmringe mit jeweils einer erfindungsgemäßen Rotationssperreinheit.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Schwimmringdichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische, vergrößerte Teilschnittansicht der Schwimmringdichtung von 1, welche eine Rotationssperreinheit im Querschnitt zeigt, und
- 3 eine schematische, perspektivische Teilschnittansicht der Schwimmringdichtung von 1.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Schwimmringdichtung 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Die Schwimmringdichtung 1 ist eine Kohleschwimmringdichtung umfasst einen mehrteiligen Schwimmring 2, welcher durch Umfangssegmente zusammengesetzt ist. Der Schwimmring 2 wird durch ein erstes Federelement 11 und ein zweites Federelement 12, welche in einer Umfangsrichtung am Außenumfang des Schwimmrings 2 umlaufen, zusammengehalten.
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Der Schwimmring 2 weist an einer radialen Innenseite eine radiale Dichtfläche 20 auf, welche eingerichtet ist, eine Abdichtung an einer rotierenden Welle 3 sicherzustellen. Im Betrieb muss hierbei verhindert werden, dass der Schwimmring 2 sich gemeinsam mit der rotierenden Welle 3 dreht. X-X kennzeichnet dabei eine Axialrichtung.
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Der Schwimmring 2 ist in einem mehrteiligen Gehäuse 4 angeordnet, wobei in Radialrichtung zwischen dem Gehäuse 4 und dem Schwimmring 2 ein ringförmiger Zwischenraum 6 vorhanden ist. Der ringförmige Zwischenraum 6 ermöglicht es, dass die Schwimmringdichtung Radialbewegungen der Welle, welche im Betrieb auftreten können, folgen kann. Dies ist in 1 schematisch durch den Doppelpfeil A angedeutet.
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Ein Dichtspalt zwischen der radialen Dichtfläche 20 und dem Außenumfang der Welle 3 sollte möglichst klein sein, um zu verhindern, dass eine große Leckage von einem Produktraum 7 zu einer Atmosphäre 8 gelangen kann.
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Hierzu umfasst die Schwimmringdichtung 1 eine Rotationssperreinheit 5, welche eingerichtet ist, eine Rotation des Schwimmrings bei rotierender Welle zu verhindern. Die Rotationssperreinheit 5 ist somit eine Verdrehsicherung, welche ein gemeinsames Rotieren von Welle 3 und Schwimmring 2 verhindert.
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Wie im Detail aus 2 ersichtlich ist, umfasst die Rotationssperreinheit 5 ein seilartiges Flex-Element 50, eine erste Fixiereinrichtung 51 und eine zweite Fixiereinrichtung 52.
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Die erste und zweite Fixiereinrichtung 51, 52 sind gleich aufgebaut. Die erste Fixiereinrichtung 51 ist eingerichtet, das Flex-Element 50 am Schwimmring 2 zu fixieren. Die zweite Fixiereinrichtung 52 ist eingerichtet, das Flex-Element 50 am Gehäuse 4 zu fixieren.
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Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die erste und zweite Fixiereinrichtung 51, 52 jeweils eine Hülse 53 und eine Madenschraube 54. Die Hülse 53 weist ein Innengewinde 53a auf, in welches die Madenschraube 54, welche ein Außengewinde aufweist, eingeschraubt ist.
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Wie im Detail aus 2 ersichtlich ist, wird dabei das Flex-Element 50 durch die eingeschraubte Madenschraube geklemmt und somit fixiert. Das Flex-Element 50 ist somit an beiden freien Enden durch die erste und zweite Fixiereinrichtung 51, 52 in gleicher Weise fixiert.
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Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, ist das bewegliche, seilartige Flex-Element 50 dabei ausschließlich in radialer Richtung angeordnet und verläuft durch den Zwischenraum 6. Wie in 2 gezeigt, weist das seilartige Flex-Element 50 dabei eine Schlaufe 50a auf, deren Größe je nach Anwendungsfall frei gewählt werden kann. Hierdurch ist es möglich, dass die Rotationssperreinheit 5 auf einfache Weise an unterschiedlich große Radialauslenkungen der Welle bei verschiedenen Maschinen angepasst werden kann. Hierbei kann beispielsweise wenn es bekannt ist, dass die Welle 3 große radiale Auslenkungen im Betrieb ausführen kann, die Schlaufe 50a des Flex-Elements 50 groß gewählt werden, damit der Schwimmring 2 entsprechenden Auslenkungen in Radialrichtung der Welle folgen kann.
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Zur Fixierung des Flex-Elements 50 am Schwimmring 2 weist die erste Fixiereinrichtung 51 eine axiale Sacklochbohrung 22 auf (vgl. 1) sowie eine Radialbohrung 21. Die Radialbohrung 21 verbindet die Sacklochbohrung 22 mit einem Außenumfang am Schwimmring 2 und führt in den Zwischenraum 6.
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Die Radialbohrung 21 weist dabei eine trichterförmige Mündung 23 am Zwischenraum 6 auf. Wie in 3 gezeigt, ist die trichterförmige Mündung 23 sehr flach ausgebildet. Dadurch können im Betrieb Beschädigungen einer Kante an der Mündung 23 des Schwimmrings verhindert werden, da sich bei entsprechenden Bewegungen des Schwimmrings 2 das Flex-Element 50 sanft an die trichterförmige Mündung 23 anlegen kann.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, weist die Hülse 53 dabei eine erste und eine zweite Durchgangsöffnung 53b, 53c, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind, auf, wobei das freie Ende des frei beweglichen Flex-Elements 50 durch beide Durchgangsöffnungen 53b, 53c hindurchgeführt ist. Dadurch kann ein sicheres Klemmen des freien Endes des Flex-Elements 50 durch die erste Fixiereinrichtung 51 erreicht werden. In gleicher Weise ist die Hülse 53 an der zweiten Fixiereinrichtung 52 ausgebildet, wobei das freie Ende auch durch beide Durchgangsöffnungen 53b, 53c hindurchgeführt ist.
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Die zweite Fixiereinrichtung 52 ist, wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, teilweise in einem ersten Gehäuseteil 41 und teilweise in einem zweiten Gehäuseteil 42 angeordnet. In 3 ist dabei eine Stoßstelle 43 zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil 41, 42 dargestellt. Somit weist die Ausnehmung 44 im Gehäuse 4 einen ersten Teil 44a und einen zweiten Teil 44b auf, wobei jeweils ein Teil in einer der Gehäuseteile 41, 42 vorgesehen ist. Um das Flex-Element 50 aus der Ausnehmung 44 herausführen zu können, ist eine Nut 45 im zweiten Gehäuseteil 42 vorgesehen (vgl. 2). Die Tiefe der Nut 45 entspricht dabei einem Durchmesser des seilartigen Flex-Elements 50 und stellt die Verbindung zum Zwischenraum 6 her.
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Das seilartige Flex-Element 50 ist vorzugsweise ein Drahtseil mit ausreichender Flexibilität oder ein Seil aus einem anderen, reißfesten Werkstoff oder einer Werkstoffkombination.
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Wenn nun im Betrieb Auslenkungen der Welle 3 sowohl in radialer Richtung der Welle als auch in axialer Richtung der Welle auftreten, kann die Schwimmringdichtung 1 derartigen Auslenkungen in beiden Richtungen problemlos folgen. Die Rotationssperreinheit 5 verhindert dabei auch ein Mitdrehen des Schwimmrings 2 mit der rotierenden Welle 3. Durch das seilartige, flexibel bewegbare Flex-Element 50 ist sichergestellt, dass jede Art von Wellenbewegung auch durch den Schwimmring 2 mitgegangen werden kann, da die Rotationssperreinheit durch das seilartige Flex-Element 50 in allen Richtungen flexibel ist.
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Somit kann erfindungsgemäß eine Schwimmringdichtung 1 bereitgestellt werden, welche eine Rotationssperreinheit 5 aufweist, die ein Mitdrehen des Schwimmrings 2 mit der Welle 3 verhindert und trotzdem Auslenkungen der Welle ohne Beschädigung der Schwimmringdichtung 2 zulässt. Dabei ist die Rotationssperreinheit 5 sehr einfach und kostengünstig aufgebaut.
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Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 4 zweiteilig ausgebildet. Es sei jedoch angemerkt, dass das Gehäuse auch mehr als zwei Teile, beispielsweise drei Teile oder vier Teile, aufweisen kann. Es weiterhin angemerkt, dass die zweite Fixiereinrichtung 52 nicht zwingend an einer Stoßstelle 43 zwischen zwei Gehäuseteilen angeordnet sein muss, sondern auch in entsprechenden Ausnehmungen mit Radialbohrungen an beliebiger Stelle im Gehäuse vorgesehen sein kann, wobei die Anordnung der zweiten Fixiereinrichtung 52 dann wie bei der ersten Fixiereinrichtung 51 am Schwimmring 2 beschrieben, ausgebildet ist.
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Weiterhin weist die Rotationssperreinheit 5 einen Aufbau derart auf, dass eine Länge des Flex-Elements 50 beliebig gewählt werden kann. Dadurch ist eine einfache Anpassung der Rotationssperreinheit 5 an unterschiedliche Bauarten von Schwimmringdichtungen 1 möglich.
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Es sei ferner angemerkt, dass insbesondere die zweite Fixiereinrichtung 52 auch bei entsprechender Materialwahl als Schweißverbindung ausgebildet sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwimmringdichtung
- 2
- Schwimmring
- 3
- Welle
- 4
- mehrteiliges Gehäuse
- 5
- Rotationssperreinheit
- 6
- Zwischenraum
- 7
- Produktraum
- 8
- Atmosphäre
- 11
- erstes Federelement
- 12
- zweite Federelement
- 20
- radiale Dichtfläche des Schwimmrings
- 21
- Radialbohrung
- 22
- axiale Sacklochbohrung
- 23
- trichterförmige Mündung
- 41
- erstes Gehäuseteil
- 42
- zweites Gehäuseteil
- 43
- Stoßstelle der Gehäuseteile
- 44
- Ausnehmung
- 44a
- erster Teil der Ausnehmung
- 44b
- zweiter Teil der Ausnehmung
- 45
- Nut
- 50
- seilartiges Flex-Element
- 50a
- Schlaufe
- 51
- erste Fixiereinrichtung
- 52
- zweite Fixiereinrichtung
- 53
- Hülse
- 53a
- Innengewinde
- 53b
- Durchgangsöffnung
- 53c
- Durchgangsöffnung
- 54
- Madenschraube
- A
- Auslenkung in Radialrichtung
- X-X
- Axialrichtung
