DE1475621B2

DE1475621B2 - Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE1475621B2
Application number: DE19651475621
Authority: DE
Inventors: James C Pasadena Cahf Carter (V St A)
Original assignee: JC Carter Co Inc
Current assignee: JC Carter Co Inc
Priority date: 1964-09-30
Filing date: 1965-06-29
Publication date: 1972-02-17
Also published as: DE1475621A1; GB1035607A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitringrichtung mit einem umlaufenden Gleitring aus härterem Material und einem feststehenden Gleitring aus weicherem Material, deren Gleitflächen axial gegeneinandergedrückt werden, wobei in der Gleitfläche des härteren Ringes in Umfangsrichtung zueinander versetzt radial von außen und radial von innen nicht über die gesamte Dichtflächenbreite durchlaufende, sich in radialer Richtung überlappende Ausnehmungen vorgesehen sind.

Eine derartige Gleitringdichtung ist aus der deutschen Patentschrift 574 210 bekannt. Die in dieser Gleitringdichtung verwendeten Ausnehmungen sind zur Gleitfläche hin abgeschrägt, um die Bildung von Schmiermittelpolstern zwischen den Gleitflächen zu erreichen. Diese Schmiermittelpolster heben die Gleitflächen voneinander ab, so daß eine Berührung der Gleitflächen im Betrieb vermieden ist. Damit ist jedoch auch ein Einschleifen des feststehenden Gleitringes aus weicherem Material vermieden. Es ist daher bei der bekannten Gleitringdichtung erforderlich zur Vermeidung einer Leckage den feststehenden Gleitring aus weichem Material und den umlaufenden Gleitring aus dem härteren Material sehr genau vorzuarbeiten, was zusätzliche aufwendige Arbeitsgänge erfordert.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Gleitringdichtung zu schaffen, die ein Einschleifen des Gleitringes aus weicherem Material im Betriebszustand ermöglicht, um derartig genau vorgearbeitete Gleitflächen und zusätzliche Arbeitsgänge zu vermeiden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den beim Einschleifen entstehenden Abrieb sowie sonstige Verunreinigungen von der Gleitfläche selbst fernzuhalten.

Die Lösungen dieser Aufgaben bestehen darin, daß die Ausnehmungen scharfe Kanten haben.

In vorteilhafter Weise wird durch die scharfkantige Ausbildung der Ausnehmungen in dem harten Gleitring ein Abreißen des Schmierfilms und damit eine dichte Anlage der Gleitflächen aneinander erreicht. Diese scharfen Kanten bewirken ein Abschleifen und damit ein Anpassen der Gleitfläche des feststehenden Gleitrings aus weicherem Material an den die Ausnehmungen tragenden umlaufenden Gleitring aus härterem Material. Dieses Einschleifen der Gleitflächen im Betriebszustand ist von Vorteil, da der Gleitring im Betriebszustand verworfen sein kann. Diese Verwerfung ist nicht genau vorausbestimmbar, und die Gleitfläche kann daher nicht genau vorgearbeitet werden. Durch das Einschleifen erfolgt jedoch eine genaue Anpassung der Gleitflächen aneinander. Die scharfkantigen Ausnehmungen sollen weiterhin den Schmutz sammeln und insbesondere die nach außen offene Ausnehmung den Schmutz infolge der Fliehkraft wieder ausstoßen. Weiterhin wird durch die scharfen Kanten der Ausnehmungen verhindert, daß Abrieb und Verunreinigungen aus der Nut heraus zwischen die Gleitflächen gelangen können.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar sind

Fig. Γ ein Schnitt längs der LinieI-I in der F i g. 2 durch eine in eine Pumpe eingebaute erfindungsgemäße Dichtung, wobei Teile in Ansicht gezeigt sind,

F i g. 2 eine Stirnansicht des Kohleringes und des Dichtungsträgers der F i g. 1 längs der Linie II-II in der F ig. 1,

F i g. 3 eine Stirnansicht des Metallgleitringes der Dichtung längs der Linie III-III der Fig. 1,

F i g. 4 eine vergrößerte, etwas schematisch dargestellte Stirnansicht der Dichtungsflächen der Metall- und Graphitringe der erfindungsgemäßen Dichtung, die die Betriebsweise der Ausnehmungen in dem Metallring zeigt,

F i g. 5 ein Schnitt längs der Linie V-V in der F i g. 4 in vergrößertem Maßstab und

F i g. 6 ein Schnitt eines Graphitdichtungsringes der Dichtung der F i g. 1 und 2, der bei niedrigen Betriebstemperaturen verwendet wird.

Die in F i g. 1 gezeigte Dichtung 10 ist in eine Pumpe 11 eingebaut und sie umgibt eine Pumpenwelle 12. Die Pumpe 11 besitzt ein Gehäuse 13 mit einer Pumpenkammer 14, der von einem durch die Welle 12 angetriebenen Schaufelrad 15 Flüssigkeit zugeführt wird. Das Gehäuse hat eine abgestufte Bohrung 16, die die Dichtung 10 aufnimmt.

Die Dichtung 10 besteht ganz allgemein aus einem der Befestigung dienenden, in der abgestuften Bohrung 16 angeordneten Metallgehäuse 17, aus einer sich durch das Gehäuse 17 erstreckenden und von der Welle 12 getragenen Hülse 18, aus einem im vorderen Abschnitt des Gehäuses 17 die Hülse 18 frei umgebenden Trägerring 19 und aus einem Federmetallbalg 20, der den Trägerring 19 mit dem Gehäuse 17 verbindet.

Das Gehäuse 17 hat einen zylindrischen Hauptteil 21 mit einem großen Durchmesser und einen zylindrischen Führungsteil 22 mit einem kleinen Durchmesser. Der Hauptteil 21 sitzt in dem großen inneren Ende der Bohrung 16 und er liegt gegen eine Schulter 23 an, die sich zwischen diesem Bohrungsteil und einem Bohrungsteil 24 mit geringerem Durchmesser

befindet, der den Führungsteil 22 aufnimmt. In der Schulter 23 ist eine Nut vorgesehen, in der sich eine O-Ringdichtung 25 befindet, die für eine gute Abdichtung zwischen dem Gehäuse 17 der Dichtung 10 und dem Pumpengehäuse 11 sorgt. Der Führungsteil 22 des Gehäuses 17 umgibt einen im Durchmesser dickeren Endabschnitt 18 α der Hülse und er ist mit Nuten 26 versehen, in denen sich Rückstauringe 27 befinden, die auf dem dickeren Abschnitt 18 a laufen, um das Eindringen von Fremdkörpern in das Gehäuse auf ein Mindestmaß zu beschränken. In dem dickeren Abschnitt 18 α der Hülse ist in einer Nut eine O-Ringdichtung 28 angeordnet, die die Hülse gegen die Welle abdichtet.

Der Hauptteil 21 des Gehäuses 17 hat eine Kammer 28 mit einem offenen Ende, die im hinteren Teil von dem Führungsteil begrenzt wird und die den Balg 20 aufnimmt. Das innere Ende des Balges 20 ist beispielsweise durch eine Lötstelle 29 dicht an dem Ende des Führungsteils 22 des Gehäuses befestigt, wobei die inneren Windungen des Balges von der Außenfläche der Hülse 18 und die äußeren Windungen des Balges von der Innenfläche des Gehäuseteils 21 einen Abstand aufweisen.

Der Trägerring 19 hat einen flachen, radialen Hauptwandteil 30, von dem sich nach rückwärts ein zylindrischer Flansch 31 erstreckt, der beispielsweise durch Verlöten bei 32 mit dem vorderen Ende des Balges 20 dicht verbunden ist. Auf diese Weise steht der Trägerring 19 durch den Balg 20 mit dem Gehäuse 17 in abgedichteter Verbindung und er ist im vorderen Teil des Gehäuses frei rund um die Hülse 18 gelagert. Der Trägerring 19 weist auch von seinem äußeren Umfang nach innen zu und bezüglich des sich rückwärts erstreckenden Flansches 31 weiter nach außen zu einen nach vorne herausragenden zylindrischen Flansch 33 auf.

Wie aus F i g. 2 zu entnehmen ist, besitzt der Träger 19 in seiner Rückwand 30 über dem Flansch 33 diametral gegenüberliegende Ausschnitte 34. Diese Ausschnitte fluchten mit Gewindelöchern 35 in der Stirnfläche 36 des Hauptteils 21. Die Gewindelöcher dienen zur Aufnahme von nicht gezeigten Stehbolzen, die zum Herausziehen der Dichtung 10 aus dem Gehäuse 11 benutzt werden können.

Die Wand 30 des Trägers 19 hat auch über dem Flansch 33 drei runde Durchgangslöcher 37, die um 120° gegeneinander und von den Ausschnitten 34 versetzt sind. Jedes dieser Löcher 37 nimmt einen Stift 38 auf, der gemäß F i g. 1 fest in einer in dem Hauptteil 21 des Gehäuses 17 befindlichen Bohrung steckt. Die drei Stifte 38 tragen den Trägerring 19 so, daß er sich in axialer Richtung gegenüber der Endfläche 36 des Gehäuses hin und her verschieben läßt.

Diametral gegenüber dem einen Stift 38 liegt ein federbelasteter Stift 39, der in einer Sacklochbohrung des Hauptteiles 21 verschiebbar angeordnet ist und der gemäß Fig. 1 durch eine gegen das Bohrungsende anliegende und den Stift 39 umgebende Schraubenfeder 40 gegen die Trägerwand 30 gedrückt wird. Die Feder 40 wirkt mit dem Federbalg 20 in der Weise zusammen, daß beide den Trägerring 19 von der Endwand 36 des Gehäuses wegdrücken.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ist der Stift 39 diametral gegenüber einem umgebogenen Rand 40' des Balges 20 angeordnet und er dient dazu, jede zusätzliche Federkraft, die durch die Steifheit des umgebogenen Randes bewirkt wird, auszugleichen, wodurch ein gleichmäßiger Federdruck auf den Trägerring 19 um seinen ganzen Umfang sichergestellt ist.

Ein Gleitring 41 aus Graphit paßt genau in den Flansch 33 des Trägerrings 19 und er liegt mit seiner Bodenfläche an der Rückwand 30 des Trägerrings an.

Der Ring 41 haftet fest an dem Trägerring und er besitzt eine flache, radiale Stirnfläche 42, die in ihrer ganzen radialen Breite freiliegt. Während der äußere

ίο Umfang des Ringes 41 genau in den Flansch 33 paßt, hat der innere Umfang 43 des Graphitringes von der Hülse 18 einen Abstand.

Auf der Welle 12 ist ein Gleitring 44 angeordnet und zwischen dem Pumpenflügelrad 15 und der Hülse 18 so eingespannt, daß er zusammen mit der Welle und dem Pumpenflügelrad umläuft. Der Ring 44 besteht aus gehärtetem Stahl und er hat eine chromplattierte radiale Dichtungsfläche 45, die gegen die Stirnfläche 42 des Graphitringes 41 anliegt.
Gemäß F i g. 1 ist der äußere Umfang 46 des Ringes 44 etwa bündig mit dem Außenumfang des Graphitringes 41, während der innere Umfang 47 des Ringes 44 in der ganzen Breite auf der Welle 12 aufliegt und gegenüber dem Umfang 43 des Graphitringes erheblich weiter nach innen zur Achse hinreicht. Infolgedessen erstreckt sich die Stirnfläche 45 des Metällringes 44 über die ganze radiale Breite der nicht umlaufenden Dichtfläche 42 des Graphitringes 41. Gemäß F i g. 3 besitzt die Fläche 45 des Metallringes acht als Schlitze 48 ausgeführte Ausnehmungen, die von dem Außenumfang nach innen bis zu einer radialen Tiefe in die Fläche hineingeschnitten sind, die etwas geringer ist als die halbe radiale Breite der Fläche 45. Die Schlitze 48 öffnen sich gemaß F i g. 1 zum äußeren Umfang 46 hin und sie besitzen geschlossene, abgerundete Bodenflächen. Die Schlitze lassen sich vorzugsweise mit einem Fräswerkzeug herstellen, das an der Fläche 45 relativ scharfe Kanten erzeugt. Die acht Schlitze 48 sind rund um den Umfang der Fläche 45 gleichmäßig verteilt. In die Fläche 45 des Metallringes 44 sind auch acht als Sacklochbohrungen 49 ausgeführte Ausnehmungen so eingearbeitet, daß jedes Loch 49 in der Mitte zwischen zwei Schlitzen 48 liegt. Die radialen innersten Teile der Ausnehmungen 49 erstrecken sich gemäß Fig. 1 und 4 über den inneren Umfang 43 des Kohleringes 41 so weit hinaus, daß sie zur umgebenden Atmosphäre innerhalb des Balges gelüftet werden, wobei dieser Luftraum durch die losen Rückstauringe 27 mit der Außenatmospäre in Verbindung steht. Die innersten Enden der Schlitze 48 überlappen in radialer Richtung die äußeren Teile der Löcher 49. Auf diese Weise steht der äußere Teil der Fläche 42 des Graphitgleitringes 41 unter dem in der Pumpenkammer 14 herrschenden Druck, wenn aufeinanderfolgende Flächen dieses Teiles infolge der Schlitze 48 nicht abgedeckt sind, während der innere Teil der Fläche 42 dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, sobald aufeinanderfolgende Flächen dieses Teiles mit den Löchern 49 in Verbindung stehen. Da jedoch die Schlitze und Löcher versetzt angeordnet sind, kann sich zwischen den in Berührung stehenden Flächen des stationären Graphitringes und des umlaufenden Metallringes kein Leckageweg öffnen.

Gemäß F i g. 4 wird, sobald die Dichtungsfläche 45 des umlaufenden Metallringes 44 über die Dichtungsfläche 42 des stillstehenden Graphitringes 41 läuft,

die äußere Zone A der Dichtungsfläche 42 den Schlitzen 48 ausgesetzt, während die innere Zone B der Dichtungsfläche 42 mit den Löchern 49 in Berührung kommt. Die Zonen A und B der Dichtungsfläche 42 überlappen sich, wie bei C angedeutet ist, so daß die ganze Fläche 42 abwechselnd mit der Metallringdichtungsfläche 45 in metallische Berührung kommt und darauf mit der umgebenden Atmosphäre, wobei die Zone A unter dem in der Pumpenkammer 14 herrschenden Druck und die Zone B unter dem innerhalb des Balges herrschenden Atmosphärendruck steht. Alle bei A schematisch dargestellten Verschleißteilchen P, die innerhalb der äußeren Zone A zwischen den sich berührenden Dichtungsflächen 42 und 45 der Dichtungsringe liegen, werden in den Schlitz 48 geschoben, während alle Partikelchen P₁, die innerhalb der Zone B zwischen den sich berührenden Dichtungsflächen liegen, in das Loch 49 geschoben werden, sobald die Zonen A und B den Schlitzen und Löchern ausgesetzt werden, wenn der Ring 45 gemäß F i g. 4 im Gegenuhrzeigersinn umläuft. Die in den Schlitz 48 eintretenden Partikelchen P werden durch die Zentrifugalkraft durch die offene Umfangsfläche des Schlitzes ausgetragen, während die Teilchen P₁, die in das Loch 49 gelangen, in den niedrigeren Druckbereich ausgespült werden.

Aus F i g. 5 geht ferner das Selbstreinigungsvermögen der Dichtung hervor, da die zwischen den Ringen 41 und 44 liegenden Teilchen P und P₁ in die Schlitze 48 geschoben werden, wenn sie sich in der in radialer Richtung äußeren Zone der Innenfläche befinden. Andererseits werden die Teilchen in die Löcher 49 geschoben, wenn sie in der in radialer Richtung inneren Zone dieser Innenfläche liegen. Selbst wenn die Zentrifugalkraft oder die Druckdifferenz nicht zur Ausstoßung der Teilchen aus den Schlitzen bzw. Löchern ausreicht, so üben sie doch auf die Innenfläche, sobald sie einmal von ihr entfernt sind, keine schädliche Wirkung mehr aus. Der F i g. 5 ist weiterhin zu entnehmen, daß die scharfen Kanten der Schlitze und Löcher auf die Ringfläche 42 eine Läppwirkung ausüben, wodurch verhindert wird, daß sich die Verschleißteilchen in die Oberfläche des Graphitringes einbetten.

Da die Schlitze 48 und die Löcher 49 am Umfang voneinander getrennt sind, ist immer eine durchgehende abdichtende Zwischenfläche vorhanden, die niemals gleichzeitig der umgebenden Atmosphäre und dem Pumpenkammerdruck ausgesetzt ist. Demzufolge können sich durch die Schlitze und Löcher

ίο keine Leckagewege bilden.

Gemäß Fig. 6 kann die Dichtungsfläche42 des Graphitringes 41 eine zur Verwendung bei tiefer Temperatur geeignete Form erhalten, indem sie von dem äußeren Umfang zum inneren Umfang 43 des Ringes bei Raumtemperatur konisch nach innen eingezogen ist. Die Tiefe der konisch eingezogenen Fläche, die zwischen den Teilen in der Zeichnung dargestellt ist, braucht nur etwa 0,013 bis 0,018 mm zu betragen. Dies reicht aus, um die Ausbeulung der Ringfläche, die normalerweise bei Kohledichtungsringen bei sehr tiefen Temperaturen etwa zwischen — 130° und — 240⁰C auftritt, auszugleichen. Die eingezogene Fläche 42 hat bei Raumtemperatur eine flache, radiale bei 42 in F i g. 1 gezeigte Form. Unter Betriebsbedingungen bei niedriger Temperatur jedoch und auch wenn die von der Fläche 42 erreichte Betriebsform leicht von einer ebenen, radialen Fläche abweicht, schleifen die scharfen Kanten der Ausnehmungen 48 in dem Metallring die Fläche 42 so ab, daß sie ganz eben wird. Sobald diese Fläche hergestellt ist, tritt keine weitere Schneidwirkung der scharfen Kanten mehr auf.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung, z. B. bei der Verwendung einer Pumpe, die in Fig. 1 gezeigt ist, steht der Faltenbalg 20 unter dem in der Pumpenkammer 14 herrschenden Druck und er hat in Abhängigkeit von seiner Bauart eine hydraulische Wirkungsfläche. Die Wirkungsfläche der Metallflächen des Dichtungsringes 44 kann so ausgeführt sein, daß sie der hydraulischen Wirkungsfläche des Balges gleich ist, um in der Dichtung ein Druckgleichgewicht zu schaffen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gleitringdichtung mit einem umlaufenden Gleitring aus härterem Material und einem feststehenden Gleitring aus weicherem Material, deren Gleitflächen axial gegeneinandergedrückt werden, wobei in der Gleitfläche des härteren Ringes in Umfangsrichtung zueinander versetzt radial von außen und radial von innen nicht über die gesamte Dichtflächenbreite durchlaufende, sich in radialer Richtung überlappende Ausnehmungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (48, 49) scharfe Kanten haben.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die von außen kommenden Ausnehmungen (48) als Radialnuten mit abgerundeten Enden ausgebildet sind.

3. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht umlaufende Dichtfläche (42) in an sich bekannter Weise zur Erzielung einer ebenen Anlage bei Betriebstemperatur vor erstmaliger Inbetriebnahme eine von der ebenen Form abweichende, leicht konische Gestalt hat.