DE1212800B

DE1212800B - Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE1212800B
Application number: DEB63899A
Authority: DE
Inventors: Herbert E Tracy
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1961-02-10
Filing date: 1961-09-05
Publication date: 1966-03-17
Also published as: FR1298688A; CH405028A; NL130801C; GB977422A; US3147013A

Description

Gleitringdichtung Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung zum Abdichten einer aus einer Druckkammer austretenden umlaufenden Welle mit einem sich nicht drehenden, jedoch axial verschiebbar angeordneten Gleitring, der durch Federn mit seiner radialen Dichtungsfläche gegen die radiale Dichtungsfläche eines mit der Welle umlaufenden Gegenlaufringes in dichtende Anlage gedrückt wird, wobei zur Kühlung und Reibungsminderung der Gleitringdichtung das sich in der Druckkammer befindliche abzudichtende Medium über zu den Dichtungsflächen führende Kanäle durch die Fliehkraft des Gegenlaufringes in Umlauf gebracht wird.
Bekanntlich ist es äußerst schwierig, eine aus einem Gehäuse austretende Welle mittels einer Gleitringdichtung wirksam und zuverlässig abzudichten, wenn das abzudichtende Medium ein Gas ist, da dieses im Gegensatz zu Flüssigkeiten keine Schmierfähigkeit aufweist und daher die aneinander reibenden Dichtungsflächen einer schnellen Abnutzung ausgesetzt sind, die ein Leckwerden der Gleitringdichtung zur Folge hat.
Zur Lösung des Problems der Schmierung der Dichtflächen einer Gleitringdichtung, z. B. beim Pumpen eines Gases, ist es bekannt, eine Flüssigkeit, z. B. Öl, mit einem Druck zwischen die Flächen einzuspritzen, der den Druck des Gases innerhalb des Gehäuses übersteigt. Auf diese Weise wurde die Abnutzung der Dichtflächen vermindert. Obwohl dieses insoweit befriedigend sein mag, ist es doch eine unvollkommene Lösung, da sie zusätzlich zu dem zu pumpenden Gas eine Quelle zur Heranführung der Schmierflüssigkeit erfordert, wozu noch die Schwierigkeit einer möglichen Verunreinigung des zu pumpenden Gases durch die zwischen den Dichtflächen eingespritzte Flüssigkeit kommt.
Die eingangs erwähnte Gleitringdichtung, von der die Erfindung ausgeht, benutzt ebenfalls eine ölschmierung der Dichtflächen und ist in einem Ölbad eingetaucht, wobei in den sich nicht drehenden Gleitringen schräg verlaufende, sie durchsetzende Kanäle vorgesehen sind, die in radial nach außen gerichtete, in der Dichtungsfläche vorgesehene Nuten einmünden. Der mit der Welle umlaufende Gegenlaufring bewirkt durch die Reibung mit dem in den Nuten befindlichen Öl und die beim Umlauf im Dichtungsspalt auftretende Fliehkraft, daß das Öl durch die Kanäle und die Nuten, wenn auch nicht sehr intensiv, so doch in Umlauf gesetzt wird.
Es ist weiterhin bei Gleitringdichtungen bekannt, daß der eine der Gleitringe mechanisch eingearbeitete Taschen aufweist, die mit einer Ringnut in Verbindung stehen, in die Kühl- oder Schmierflüssigkeit eingeführt wird. Im Bereich der rampenartig ausgebildeten Taschen erstrecken sich ferner radial gerichtete, dicht unter der Oberfläche der Rampen verlaufende Kühlbohrungen vom Außenumfang in die Ringnut, so daß ein Umlauf der Schmier- und Kühlflüssigkeit eintreten kann, falls der mit den Taschen versehene Ring umläuft. Die Stellen, an denen die radialen Bohrungen vorgesehen sind, liegen innerhalb der Taschen, womit, wie noch ersichtlich werden wird, nicht die erfindungsgemäße Wirkung erzielbar ist.
Ferner ist eine Gleitringdichtung bekannt, bei der der Gegenlaufring und der sich nicht drehende Gleitring in die Dichtungsflächen eingearbeitete Ringnuten aufweisen, in die axial gerichtete Kanäle einmünden, wobei diese Kanäle beim sich nicht drehenden Gleitring mit einer Druckluftquelle und beim Gegenlaufring mit dem Inneren eines Luftzylinders verbunden sind, der Teil einer Kupplungsbetätigungsvorrichtung bildet. Diese Gleitringdichtung zeigt wohl eine Durchströmung sowohl des sich nicht drehenden Gleit- als auch des Gegenlaufringes, was jedoch, wie noch ersichtlich werden wird, mit dem durch die Erfindung zu lösenden Problem wenig zu tun hat.
Mit der Erfindung soll eine Gleitringdichtung obiger Art geschaffen werden, bei der in bekannter Weise Taschen zwischen den Dichtungsflächen vorgesehen sind, in denen sich das Kühlmedium fangen kann, um eine die Dichtungsflächen auseinanderbewegende Keilwirkung zu erzielen. Im Gegensatz zu den bekannten Gleitnngdichtungen dieser Art, die vorgefertigte Ausnehmungen in verschiedenen Formen benutzen, bezweckt die Erfindung, einen völlig neuartigen Weg zur Bildung dieser Tasche zu zeigen, die einmal wesentlich wirksamer arbeiten und eine intensivere Kühlung insbesondere bei Trockenlauf der Gleitringe, d. h. bei einem gasförmigen Kühlmedium, gewährleisten. Zum anderen soll die Gleitringdichtung aber auch wesentlich einfacher herstellbar sein und damit eine größere Wirtschaftlichkeit erzielt werden. Gemäß der Erfindung sollen die Taschen nicht vorgefertigt werden, sondern durch Schaffung von Zonen unterschiedlicher thermischer Ausdehnung, d. h. gewollten Verzug mindestens einer der Dichtungsflächen, selbsttätig durch die beim Umlauf auftretende Erwärmung der Gleit: ringdichtung geschaffen werden.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung besteht die Erfindung darin, daß der sich mit der Welle drehende, in an sich bekannter Weise als Kreiselpumpe ausgebildete Gegenlaufring in einer mittleren radialen Zone der Dichtfläche eine als Ansaugkammer dienende Ringnut aufweist, die über Saug- und Druckkammer verbunden ist, und daß die Druckkanäle unter Belasssung einer geringen Wandstärke zur Dichtungsfläche sich von der Ringnut nach außen erstrecken und im Bereich der Gleitfläche Zonen geringerer thermischer Ausdehnung und damit das abzudichtende Medium aufnehmende Taschen bilden.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung erfolgt an den dünnen Wänden die zwischen der Dichtungsfläche und den radial nach außen zum Druckraum führenden Druckkanälen durch die intensive Umwälzung des Kühlmediums gegenüber den zwischen den Druckkanälen liegenden Zonen eine starke Abkühlung, die zur Bildung sehr flacher Taschen führt, in denen das Kühlmedium eingefangen wird, um eine Keilwirkung zwischen den Dichtungsflächen zu erzeugen, die gerade ausreichend ist, um die Reibung zwischen den Dichtungsflächen hinreichend zu reduzieren. Die Tiefe der so gebildeten Taschen ist naturgemäß äußerst gering, dafür aber auch um so wirksamer, da die so gebildeten Taschen einen sehr weichen Übergang in die anderen Zonen der Dichtungsfläche aufweisen.
Obwohl der Ansaugkammer des als Kreiselpumpe ausgebildeten Gegenlaufringes das Kühlmedium durch im Gegenlaufring selbst vorgesehene Saugkanäle zugeführt werden kann, hat es sich doch zur intensiveren Kühlung der Gleitringdichtung als vorteilhaft erwiesen, wenn der Saugkammer das Kühlmedium über den sich nicht drehenden Gleitring zugeführt wird.
Demgemäß sieht die Erfindung vor, daß die im sich nicht drehenden Gleitring angeordneten Saugkanäle eine sich mit der Ringnut des Gegenlaufringes deckende Ringnut aufweisen, die mit der Druckkammer durch Kanäle verbunden ist. Hierbei können die die Ringnut mit der Druckkammer verbindenden Kanäle zur Dichtungsfläche hin offene Nuten sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung des Erfindungsgegenstandes können die die Ringnut mit der Druckkammer verbindenden Kanäle des sich nicht drehenden Gleitringes Bohrungen sein, die unter Belassung einer geringen Wandstärke zur Dichtungsfläche sich radial nach außen erstrecken und im Bereich der Dichtungsfläche Zonen geringerer thermischer Ausdehnung und damit das abzudichtende Medium aufnehmende Taschen bilden.
Zweckmäßig sind die die Ringnut des Gegenlaufringes mit der Druckkammer verbindenden Kanäle Bohrungen.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes soll nunmehr an Hand der Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigt F i g. 1 einen axialen Schnitt der Gleitringdichtung gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine vergrößerte Teilansicht der in F i g. 1 gezeigten Gleitringdichtung, F i g. 3 eine vergrößerte Umfangsdarstellung nach Linie 3-3 der F i g. 2 in Richtung der Pfeile gesehen, F i g. 4 eine Teilendansicht des Gegenlaufringes mit teilweise fortgebrochenen Teilen und nach Linie 4-4 der F i g. 2 in Richtung der Pfeile gesehen, F i g. 5 eine vergrößerte Endansicht des nach Linie 5-5 der F i g. 2 in Richtung der Pfeile gesehen, .
F i g. 6 eine vergrößerte, jedoch übertriebene schematische Darstellung der in F i g. 3 -gezeigten Umfangsansicht mit den durch unterschiedliche Wärmedehnung gebildeten Taschen.
Die. F i g. 1 zeigt eine im ganzen mit 10 bezeichnete Gleitringdichtung mit einem Gehäuse 11, das einen Teil eines anderen Gehäuses (nicht gezeigt) bildet, welches unter Druck stehendes Gas enthält. Das Gehäuse 11 weist eine Bohrung 12 auf, durch welche sich eine umlaufende Welle 13 mit Spiel erstreckt. Das Gehäuse 11 ist durch einen mit Schrauben 15 befestigten Deckel 14 verschlossen.
Auf der Welle 13 ist ein mit der Welle umlaufender Gegenlaufring 16 befestigt. Die Befestigungsmittel bestehen bei dem Beispiel aus einer Buchse 17 mit einem Außengewinde 18, auf welches ein mit einem Innengewinde 21 versehener Überwurf 20 teleskopartig geschoben und durch Aufschrauben auf das Außengewinde 18 befestigt ist. Der überwurf 20 ist durch Madenschrauben 22 auf der Welle befestigt und durch eine weitere Mad_enschraube 23, die in eine Umfangsnut eingreift, mit der umlaufenden Buchse verbunden. Der Überwurf 20 bildet eine Einstellvorrichtung für die Buchse 17 auf der Welle, um die Toleranzabweichungen zwischen der Buchse 17 und der Welle auszugleichen. Das Abdichtmittel, z. B. die Dichtung 24', verhindert ein Lecken des Gases entlang der Welle. An der Buchse ist mittels der Stifte 25 (von denen einer gezeigt ist) der Gegenlaufring 16 befestigt. Die Stifte 25 greifen in einen mit Vorsprüngen 27 (von denen einer gezeigt ist) versehenen Ring 26 ein, wobei die Vorsprünge 27 in axiale Nuten 28 der Buchse 27 hineinpassen. Ein Umlauf der Welle verursacht somit einen Umlauf des Gegenlaufringes 16.
In dem Gehäuse 11 ist ein sich nicht drehender Gleitring 30 angeordnet. Die Mittel, die den Gleitring an einer Drehbewegung hindern, bestehen aus einer Hülse 32, die teleskopartig über den Außenumfang 33 des . Gleitringes 30 geschoben und mit mehreren länglichen Schlitzen 34 (von denen einer gezeigt ist) versehen ist, durch die sich mit engem Sitz im Gleitring 30 befestigte, radial gerichtete Mitnehmerstifte 35 (von denen einer gezeigt ist) erstrecken. Die Schlitze 34 und die Mitnehmerstifte 35 gestatten eine Axialbewegung des Gleitringes 30 auf der Welle. Da die Hülse 32 mittels eines Flansches 14 am Gehäuse 11 befestigt ist, hindern die Stifte 35 und die Schlitze 34 auch den Gleitring an einer Drehbewegung. Es ist ein Stützring 36 vorgesehen, auf den mehrere Schraubendruckfedern 37 einwirken, um den Gleitring 30 in Richtung auf den Gegenlaufring 16 zn drücken. Die Federn 37 stützen sich an Böden von Bohrungen 38 in der Hülse 32. Zur Verhinderung eines Leckens von Gas bei 40 nach außen und auf der Welle entlang ist ein Faltenbalg 41 vorgesehen, der dicht mit dem Stützring 36 und einer Flanschhülse 43 verbunden ist, wobei die Hülse 43, z. B. durch eine Mutter 44, fest am Flansch 14 befestigt ist.
Aus der Beschreibung ist ersichtlich, daß unter Druck stehendes Gas aus dem übrigen Gehäuse, z. B. einem Pumpengehäuse od. dgl., durch die Bohrung 45 in die Bohrung 12 einströmen kann, jedoch durch den Gegenlaufring 16 und den Gleitring 30 daran gehindert wird, heraus- und auf der Welle entlangzuströmen. Der Gegenlaufring 16 weist eine radiale Fläche 46 und der Gleitring 30 eine radiale Fläche 47 auf, die der Fläche 46 zugewendet ist, um die Dichtflächen zu bilden.
Die F i g. 2 bis 6 zeigen den Gegenlaufring 16_ und den sich nicht drehenden Gleitring 30 in vergrößertem Maßstab, um die besonderen Einzelheiten besser darzustellen. Es ist ersichtlich, daß der Gegenlaufring 16 mit einer ringförmigen Nut 50 versehen ist, die zu der Dichtfläche 46 hin offen und die im wesentlichen in der Mitte der Dichtfläche angeordnet ist. In die Nut 50 münden mehrere radial angeordnete Kanäle oder Bohrungen 51, die sich vom Umfang des Gegenlaufringes aus erstrecken und eine Verbindung zwischen der Bohrung 12 und der Ringnut 50 herstellen.
Der Gleitring 30 ist mit einer ringförmigen Nut 52 versehen, die zu der Dichtfläche 47 offen und so angeordnet ist, daß sie sich mit der Nut 50 des Gegenlaufringes deckt. In der Dichtfläche 47 sind radial verlaufende Nuten 53 vorgesehen, die an dem einen Ende mit der ringförmigen Nut 52 und an dem anderen Ende mit der Bohrung 12 in Verbindung stehen. Die Anzahl der Nuten 53 entspricht in der besonderen, hier beschriebenen Ausführungsform der Anzahl der Kanäle 51, obwohl dieses nicht unbedingt erforderlich ist.
Bei dieser Anordnung wirkt der Umlauf des Gegenlaufringes 16 als eine Kreiselpumpe, die das Gas aus der ringförnügen Nut 50 vom Umfang radial nach außen fördert, so daß die äußersten Umfangsenden der Kanäle 51 als Pumpenauslässe 54 dienen. Auf der anderen Seite steht die Nut 52 mit der Nute 50 in Verbindung, um Strömungsmittel an die Nute 50 heranzuführen und/oder als eine Kammer zu wirken, wobei die Umfangsenden 55 der Nuten 53 als Pumpeneinlässe dienen, um die Kreiselpumpe zu speisen.
Aus dem Vorhergehenden ist somit ersichtlich, daß in der Gleitringdichtung das Gas durch die Pumpeneinlässe 55 angesaugt und zentrifugal aus den Pumpenauslässen 54 herausgepumpt wird, was einen Umlauf des Gases durch den Gleitring 30 und den Gegenlaufring 16 zu deren Kühlung zur Folge hat.
Die F i g. 6 zeigt den Zustand der Ringe 16 und 30 während ihrer Arbeitsweise, jedoch zum besseren Verständnis in stark übertriebener Weise. Wenn der Gegenlaufring 16 als Pumpe wirkt, dann tritt das in der Vorrichtung vorhandene Gas durch die Einlässe 55 ein und wird aus den Auslässen,54 herausgedrückt. Bei diesem Umlauf des Gases hat das Material im Bereiche der Kanäle 51, z. B. bei 56 und 57, eine andere Ausdehnung als die Fläche zwischen den Kanälen,. z. B. bei. 58, d. h., die Flächen 56 und 57 dehnen sich infolge der Kühlwirkung der Gasumwälzung weniger aus als die Flächen 58 infolge der Reibung. Hierdurch verformt sich die Fläche 46, so daß radiale Taschen, z. B. die Taschen 60 und 61, gebildet werden, die sich vom Umfang des Gegenlaufringes zu der Ringnut 50 erstrecken. Mit anderen Worten werden bestimmte Abschnitte der Dichtfläche 46 in Abhängigkeit von der Strömungsmittelumwälzung in der Gleitringdichtung mehr als andere Abschnitte der Fläche 46 von der Dichtungsfläche 47 auf Abstand gebracht, so daß: Taschen 60 und 61 gebildet werden, die geringe Gasmengen einfangen. Durch den Umlauf des Dichtkörpers werden diese kleinen Mengen eingefangenen Gases beim Umlauf der Taschen 60 und 61 mit Bezug auf die Dichtfläche 47 zwischen die Dichtflächen 46 und 47 gedrückt, wodurch dieselben auf Abstand gehalten werden, wie es bei 62 gezeigt ist. Somit legen sich die beiden. Dichtflächen auf ein Gaspolster auf. Insbesondere ist zu beachten, daß die geringen Mengen des. eingefangenen Strömungsmittels infolge der ununterbrochenen Drehung der Umlauffläche von den nacheilenden Rändern 65 und 66 über den führenden Rand, z. B. 63 und 64, hinweggedrückt werden. Bei einer solchen Anordnung des Gaspolsters zwischen den Flächen 46 und 47 sind nicht nur die radial außen gelegenen Teile, die manchmal als tragende Abschnitte oder Teile der Flächen 46 und 47 bezeichnet werden, voneinander auf Abstand gehalten, sondern auch die radial nach innen gelegenen Teile, die manchmal als Dichtabschnitte der Flächen 46 und 47 bezeichnet werden, voneinander auf Abstand gehalten, so daß die Abnutzung und das daraus entstehende Fressen der äußeren Dichtflächen erheblich vermindert wird.
Außerdem könnte, obwohl die Kanäle 53 als zur Fläche 46 hin offen gezeigt sind, die Fläche 46 mit einer oder mehreren der Nuten 53 zusammenhängen, die mit der ringförmigen Nut 52 in Verbindung stehen, wobei es ausreicht, wenn die Nut 50 des Gegenlaufringes 16 mit Gas versorgt wird, so daß er als ein Kreiselpumpenrad wirken kann. Zum Beispiel könnte der Gleitring im wesentlichen in gleicher Weise wie der Gegenlaufring ausgebildet sein, d. h., er würde an Stelle der Nuten 53 den Bohrungen 51 entsprechende Bohrungen aufweisen und somit seine eigenen Taschen, z. B. 60 und 61, bilden und in der Weise arbeiten, wie es in der dargestellten Ausführungsform beschrieben ist. Es ist außerdem möglich, daß die Kanäle 53 schräg in die Ringnut 52 eingebohrt werden, z. B. vom Bereiche des Stiftes 35 aus. Es ist nur erforderlich, daß der Gegenlaufring, der als Pumpe wirkt, mit einer Gaszuführung versehen wird, so daß er in der beschriebenen Weise arbeiten kann.
Obgleich die Erfindung beim Betrieb mit Gasmedien beschrieben ist, ist doch einzubeziehen, daß die gleiche Dichtung für das Pumpen von Flüssigkeiten verwendet werden kann, wobei die Flüssigkeiten in der beschriebenen Weise zur Kühlung bestimmter Abschnitte der Dichtmittel dienen. Offensichtlich besteht jedoch das wertvollste Anwendungsgebiet dieser Dichtung im Pumpen von Gas, bei dem das Problem der Abnutzung und des daraus folgenden Fressens besonders wichtig ist. Verschiedene Teile sind als oben- oder untenliegend oder als in der rechten oder linken Stellung angeordnete beschrieben worden. Eine solche Beschreibung bezieht sich jedoch nur auf die abhängige Lage der Teile bei ihrer Darstellung in den Zeichnungen und ist nicht als eine Begrenzung der Erfindung aufzufassen.

Claims

Patentansprüche: 1. Gleitringdichtung zum Abdichten einer aus einer Druckkammer austretenden umlaufenden Welle mit einem sich nicht drehenden, jedoch axial verschiebbar angeordneten Gleitring, der durch Federn mit seiner radialen Dichtungsfläche gegen die radiale Dichtungsfläche eines mit der Welle umlaufenden Gegenlaufringes in dichtende Anlage gedrückt wird, wobei zur Kühlung und Reibungsminderung der Gleitringdichtung das sich in der Druckkammer befindliche abzudichtende Medium über zu den Dichtungsflächen führende Kanäle durch die Fliehkraft des Gegenlaufringes in Umlauf gebracht wird, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der sich mitderWelle (13) drehende, in an sich bekannter Weise als Kreiselpumpe ausgebildete Gegenlaufring (16) in einer mittleren radialen Zone der Dichtungsfläche (46) eine als Ansaugkammer dienende Ringnut (50) aufweist, die über Saug- und Druckkanäle (53, 52 bzw. 51) mit der Druckkammer (12) verbunden ist und daß die Druckkanäle (51) unter Belassung einer geringen Wandstärke zur Dichtungsfläche (46) sich von der Ringnut (50) nach außen erstrecken und im Bereich der Gleitfläche (46) Zonen geringerer thermischer Ausdehnung und damit das abzudichtende Medium aufnehmende Taschen (60, 61) bilden.
2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im sich nicht drehenden Gleitring (30) angeordneten Saugkanäle (53) eine sich mit der Ringnut (50) des Gegenlaufringes (16) deckende Ringnut (52) aufweisen, die mit der Druckkammer (12) durch Kanäle (53) verbunden ist.
3. Gleitringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ringnut (52) mit der Druckkammer (12) verbindenden Kanäle (53) zur Dichtungsfläche (46) hin offene Nuten sind.
4. Gleitringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ringnut (52) mit der Druckkammer (12) verbindenden Kanäle (53) Bohrungen sind, die unter Belassung einer geringen Wandstärke zur Dichtungsfläche (47) sich radial nach außen erstrecken und im Bereich der Dichtungsfläche Zonen geringerer thermischer Ausdehnung und damit das abzudichtende Medium aufnehmende Taschen bilden.
5. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ringnut (50) des Gegenlaufringes (16) mit der Druckkammer (12) verbindenden Kanäle (51) Bohrungen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 913 375, 908 692; deutsche Auslegeschrift Nr. 1077 013; britische Patentschriften Nr. 829 482, 384 536; USA.-Patentschriften Nr. 2 467 960, 2 628 852, 2 895 751, 2469 588.