DE1525427C - Wellendichtung mit zwei Gleitring dichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung mit zwei im Dichtweg axial hintereinander angeordneten Gleitringdichtungen, deren einer federbelasteter Gleitring axial verschieblich und durch der Gleitfläche axial gegenüberliegende, teils vom höheren und teils vom niederen der an der jeweiligen Dichtung anliegenden Drücke in axialer Richtung gegen den axial feststehenden Gleitring gedrückt ist, wobei der sich in einer Kammer zwischen den Gleitringdichtungen einstellende Mitteldruck bei einem Druckanstieg den hochdruckseitigen Gleitring und bei einem Druckabfall den niederdruckseitigen Gleitring stärker gegen die Gegendichtfläche andrückt.

Es ist bekannt, bei einer solchen Wellendichtung mit zwei im Dichtweg hintereinander angeordneten, sich selbst einstellenden Gleitringdichtungen diese entweder konzentrisch zueinander (USA.-Patentschrift 2 930 636) oder auch axial hintereinander (USA.-Patentschrift 2 831 712) anzuordnen. Die erstere Ausführung hat den Nachteil, daß der außenliegende Gleitring infolge seines größeren Durchmessers einen höheren Verschleiß und größere Wärmeentwicklung aufweist. Bei der anderen bekannten Bauweise wird der Druck in der Kammer durch ein Ventil geregelt, das bei einem Druckanstieg in der Kammer eine Öffnung zur Niederdruckseite freigibt, während bei einem Druckabfall in der Kammer eine Verbindung zwischen der Hochdruckseite und der Kammer hergestellt wird. Dies kann zu beträchtlichen Druckmittelverlusten führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise eine verstärkte Reguliermöglichkeit der hochdruckseitigen Gleitringdichtung im Sinne des Aufrechterhaltens des Mitteldruckes in der Kammer vorzusehen. Diese Aufgabe ist bei der Wellendichtung der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der hochdruckseitige, axial verschiebliche Gleitring auf seiner vom Mitteldruck beaufschlagten Seite eine im Sinne des Anpressens vom Mitteldruck beaufschlagte, radial über den Gleitflächenbereich hinausgehende Druckfläche aufweist, der eine vom Niederdruck axial im Sinne des Abhebens des Gleitringes beaufschlagte Druckfläche gegenübersteht, die gegenüber dem Mitteldruck abgedichtet ist.

Steigt somit der Mitteldruck in der Kammer infolge eines erhöhten Leckflusses durch die hochdruckseitige Gleitringdichtung an, so beaufschlagt dieser Mitteldruck den. hochdruckseitigen, axial verschieblichen Gleitring im Sinne eines verstärkten Andrückens an die Gegendichtfläche. Darüber hinaus beaufschlagt der Mitteldruck aber auch die über den Gleitflächenbereich hinausgehende Druckfläche des Gleitringes, so daß dieser Gleitring noch stärker an die Gegendichtfläche angedrückt wird, da dieser vom Mitteldruck beaufschlagten Druckfläche die vom Niederdruck axial im Sinne des Abhebens des Gleitringes beaufschlagte Druckfläche gegenübersteht. Damit wird der hochdruckseitige Gleitring stärker angedrückt, und der Mitteldruck in der Kammer erreicht wieder den gewünschten Mittelwert zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck. Es ist somit eine verstärkte Reguliermöglichkeit im Sinne des Aufrechterhaltens des Mitteldruckes in der Kammer geschaffen. Dies läßt sich nicht ohne weiteres durch eine Vergrößerung der vom Mitteldruck im andrückenden Sinne der im Gleitflächenradiusbereich beaufschlagten Druckfläche erzielen, da dies zu unerwünschten Be- bzw. Entlastungen der Gleitringanpressung führt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert, in der ein Axialschnitt durch die Wellendichtung dargestellt ist.

In der Zeichnung ist ein Pumpen- oder anderes Gehäuse 1 mit einem Flansch 2 versehen, auf dem an einem Ende ein Deckel 3 durch Bolzen 4 befestigt

ίο ist, die sich durch den Flansch 2 des Gehäuses und einen entsprechenden Flansch 5 des Deckels erstrecken. In einer Ringnut 7 des Flansches 2 ist ein O-Ring 6 angeordnet.

Das Gehäuse 1 ist mit einer ersten Gleitringdichtung auf der Hochdruckseite 8 versehen, und der Deckel 3 weist eine zweite Gleitringdichtung in einer Kammer 9 auf, die mit der ersten Gleitringdichtung axial fluchtet, jedoch durch den Flansch 2 von ihr auf Abstand gehalten ist. Eine Bohrung im Flansch 2 bildet eine Wellenöffnung 10 und so eine Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Gleitringdichtung. Eine umlaufende Welle 11 mit einem vergrößerten Abschnitt 12 und einem verringerten Abschnitt 12 α erstreckt sich durch die erste Gleitringdichtung, die Wellenöffnung 10, die zweite Gleitringdichtung 9 und ein Ende einer konzentrischen Öffnung 13 auf die Niederdruckseite an der Endwand

14 des Deckels 3, z. B. Atmosphärendruck.

Der Wellenabschnitt 12 α ist mit einer mit einem Kanal ausgestatteten Hülse 15 versehen, die zum Umlauf mit der Welle 11 angeordnet ist, gegen den vergrößerten Abschnitt 12 anstößt und sich durch die Öffnung 10 mit geringem Spielraum hindurch erstreckt, um einen begrenzten Flüssigkeitsstrom zwisehen dem Flansch 2 und der Hülse 15 sowie zur zweiten Gleitringdichtung zu gestatten. Diese Hülse

15 kann in beliebiger Weise auf der Welle 12 α befestigt sein, z. B. durch Keile oder Stellschrauben (nicht gezeigt), und ist mit einem Dichtring 16 an oder neben ihrem Ende neben dem vergrößerten Abschnitt 12 der Welle versehen, um Flüssigkeitsverluste von der Hochdruckseite im Bereich zwischen der Welle 12 α und der Hülse 15 zu verhindern.
An ihrem anderen Ende ist die Hülse 17 unterschnitten. Von dort erstreckt sich ein axial verlaufender Kanal 18, der in eine Ringnut 19 mündet.

Der Außenumfang der Hülse 15 ist mit zwei auf Abstand gehaltenen Vorsprüngen 20 und 21 versehen, zwischen denen eine Dichtung 22 angeordnet ist.

Auf der Welle 12 α erstreckt sich eine zweite Hülse 23, und zwar von dem Ende der Hülse 15 zu der Öffnung 13 in der Endwand 14 des Deckels 3, die ebenfalls zum Umlauf mit der Welle auf ihr befestigt ist. Die Hülse 15 und die zweite Hülse 23 werden außerdem durch einen Gewindering 24, der gemäß der Darstellung auf die Welle 11 aufgeschraubt ist, an der Ausführung einer Axialbe%vegung gehindert.

Die Hülse 23 ist auf ihrem Außenumfang ebenfalls mit zwei auf Abstand gehaltenen Vorsprüngen 25 und 26 versehen, zwischen denen sich ein Dichtungsring 27 befindet. Es ist außerdem ersichtlich. daß die zweite Hülse 23 so angeordnet ist, daß sie den Eintritt zur Nut 18 nicht verschließt, wozu die leichte Unterschneidung bei 17 beiträgt.

In einer Bohrung 28 befindet sich ein nicht umlaufender Gleitring 29, der konzentrisch zu der Hülse

15 angeordnet ist und einen leichten Spielraum zu ihr hat, um einen begrenzten Flüssigkeitsstrom zwischen dem Gleitring 29 und der Hülse 15 zu ermöglichen, d. h., es ist eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der ersten Gleitringdichtung und der Kammer 9 durch die Wellenöffnung 10 hindurch vorhanden. Dieser feststehende Gleitring 29 besteht aus einem entsprechenden Material, z. B. Metall oder Kohle, wird vorzugsweise in einem Paßsitz angeordnet und durch irgendwelche Mittel, z. B. durch einen oder mehrere Stellstifte 30, die in der Innenseite der Gegenbohrung 28 gebildete Schlitze 31 hineinpassen, gegen Drehung festgehalten. Der Gleitring 29 legt sich gegen die Rückwand der Gegenbohrung 28 an, und eine Dichtungsscheibe 32 bildet eine Dichtung gegenüber dem Durchgang von Flüssigkeit zwischen dem Gleitring 29 und der Rückwand der Gegenbohrung.

Der Gleitring 29 ist mit einer Gleitfläche 33 versehen, die sich auf einem Ringvorsprung 34 befindet, dessen Fläche vorzugsweise glatt geläppt ist. Der ao Ringvorsprung 34 ist radial außerhalb des Innenradius des Gleitringes 29 angeordnet und bildet so einen Ringraum 35 in Verbindung mit dem Flüssigkeitsweg zur Kammer 9. Der Vorsprung 34 ist auch vom äußeren Radius des Gleitringes 29 nach innen angeordnet und bildet so einen Ringraum 36 in Verbindung mit der Flüssigkeit in der Kammer 8. Die Gleitfläche 33 liegt vorzugsweise senkrecht zu der Welle 11.

Auf der Welle 11 und der Hülse 15 ist zur Ausführung einer Axialbewegung ein Haltering 37 befestigt, dessen einer Abschnitt mit einer Gegenbohrung 37 α versehen ist, die auf dem vergrößerten Ende 12 aufliegt. Der Haltering ist in der Lage, eine Schraubenfeder 38 aufzunehmen und zu halten, wobei das Gegenbohrungsende eine Schulter 39 bildet, gegen die ein Ende der Feder 38 anliegt. In einer inneren Ringnut in der Gegenbohrung des Halterings 37 ist ein Dichtungsring 40 angeordnet und bildet eine flüssigkeitsdichte Abdichtung mit dem vergrößerten Abschnitt 12 der Welle 11.

Die Gegenbohrung 37 a erstreckt sich an dem vergrößerten Abschnitt 12 der Welle vorbei und endet in einer Ringkammer 41, die durch eine Einfräsung gebildet ist. Der Haltering ist von seinem anderen Ende her 41 α ausgebohrt, so daß er auf die Hülsenvorsprünge 20 und 21 paßt, und ist mit inneren, auf Abstand gehaltenen Vorsprüngen 42 und 43 versehen, zwischen denen sich eine Ringdichtung 44 befindet. Es sei darauf hingewiesen, daß im zusammengebauten Zustand der Vorsprung 43 auf dem Haltering mit axialem Abstand von dem Hülsenvorsprung 20 angeordnet ist, wodurch eine Ringkammer 45 gebildet wird. Die Ringkammer 45 ist durch eine oder mehrere Bohrungen 46 durch die Hülse 15 mit der Ringnut 19 der Hülse 15 verbunden.

Der Haltering 37 weist auf seinem Außenumfang einen Absatz 47 und einen weiteren Absatz 48 auf. An seinem Ende gleitet der Haltering 37 über einen Ring 49, der auf der Welle 11 befestigt ist (nicht gezeigt). In diesem Ring sind Antriebsstifte 50 angeordnet, die sich durch einen Schlitz 51 in dem Haltering 37 hindurch erstrecken. Der Ring 49 dient als Sitz, an welchem die Feder 38 festgehalten ist.

Bei der beschriebenen Anordnung wird der Haltering 37 durch die Feder 38 nach rechts gedrückt, wie es in der Zeichung dargestellt ist, kann sich jedoch unter dem Einfluß der Druckkräfte axial in jede Richtung bewegen, wie aus der Zeichnung hervorgeht.

Auf dem Absatz 47 des Halterings 37 ist eine ringförmige Dichtungsnut 52 vorgesehen, in der eine O-Ringdichtung 53 angeordnet ist. Ein hierfür mit einer Bohrung versehener umlaufender Gleitring 54 ist konzentrisch auf den Absätzen 47 und 48 des Halterings 37 angeordnet und erstreckt sich an dem Ende des Halterings 37 vorbei radial nach innen, wobei sein Innendurchmesser einen geringen lichten Raum 55 aufweist, um einen begrenzten Flüssigkeitsstrom zwischen seinem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser der Hülse 15 zu gestatten. Der Gleitring 54 wird auf seiner senkrechten Gleitfläche 56 elastisch gegen die feststehende Gleitfläche 33 des nicht umlaufenden Gleitringes 29 gedrückt. Der Gleitring 54 ist aus beliebigem Material, z. B. Kohle, Metall oder einem anderen Material, hergestellt. Es sei darauf hingewiesen, daß der Gleitring 54 durch axial verlaufende Finger 57 gedreht wird, die sich in entsprechende axiale Schlitze 58 (in gestrichelten Linien gezeigt) hinein erstrecken, die auf dem Außenumfang des Halterings 37 gebildet sind. Somit ist der Gleitring 54 begrenzt axial verschieblich. Zwischen dem Gleitring 54 und dem Haltering 37 ist eine Zwischenlegscheibe 59 aus Gummi oder ähnlichem Material vorgesehen, die auf dem infolge der Absätze 47 und 48 des Halterings 37 versetzten Endabschnitt angeordnet ist.

In dem Haltering 37 ist wenigstens eine axial verlaufende Bohrung 60 ausgebildet, die sich von einem Raum 61 zwischen dem Haltering 37 und dem Gleitring 54 einerseits und der Kammer 41 andererseits erstreckt, wodurch der in dem Raum 61 vorhandene Flüssigkeitsdruck in die Kammer 41 übertragen wird.

In gleicher Weise ist die zweite Gleitringdichtung in der Kammer 9 angeordnet.

In der Kammer 9 ist ein zweiter, feststehender Gleitring 62 so angeordnet, daß er gegen die Endwand 14 des Deckels 3 anstößt und die Hülse 25 umgibt, jedoch von ihr auf Abstand gehalten ist, um einen begrenzten Durchtritt zur Niederdruckseite, z.B. der Atmosphäre, bei der Öffnung 13 zu gestatten. Der Gleitring 62 wird durch beliebige Mittel, z. B. einen Feststellstift 63, gegen Drehung festgehalten und ist durch eine Dichtungsscheibe 64 gegen die Endwand 14 abgedichtet. Der feststehende Gleitring 62 ist mit einer senkrechten Gleitfläche 65 versehen.

In der Kammer 9 ist ein Haltering 66 angeordnet, dessen eines Ende von der Hülse 15 aufgenommen wird und zum Antrieb daran befestigt ist, und zwar durch einen Antriebsstift 67 und einen Ring 68. Der Haltering 66 ist axial verschieblich und erstreckt sich an dem Ende der Hülse 15 vorbei auf das angrenzende Ende der Hülse 23 zu.

Eine Dichtung dichtet den Raum zwischen der Hülse 15 und dem Haltering 66 ab. Diese Dichtung ist in einer Ringnut 69 in dem Haltering 66 angeordnet. Auch der Raum zwischen der zweiten Hülse 23 und dem Haltering 66 ist durch eine Dichtung 70 abgedichtet, die in einer Ringnut 71 auf dem Innendurchmesser des Halterings 66 angeordnet ist.

Auf dem Ende des Halterings 66 ist eine Gleitfläche 72 angeordnet, die entsprechend der feststehenden Gleitfläche 65 des feststehenden Gleitrings 62 ausgebildet ist. Diese Gleitfläche 72 ist an dem Gleitring 73 ausgebildet, der die zweite Hülse 23 umgibt und durch den Haltering 66 mittels der Ver-

riegelungsschlitze und -finger 74 angetrieben wird, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Eine aus Faserstoff oder Gummi' bestehende Zwischenlegscheibe 75 hält den axialen Abstand zwischen dem umlaufenden Gleitring 73 und dem Haltering 66 aufrecht, wodurch zwischen dem Ende des Halterings 66 und dem umlaufenden Gleitring 73 ein Raum 76 vorhanden ist. In dem Haltering 66 ist wenigstens eine waagerechte Bohrung 77 vorgesehen, die sich zwischen dem Raum 76 und einer Ringkammer 78 erstreckt, die in dem Haltering 66 im Endbereich der Hülse 15 und dem angrenzenden Ende der zweiten Hülse 23 vorgesehen ist. Dadurch ist der Druck in dem Raum 76 gleich dem der Kammer 78 und ist aus den folgenden Gründen wieder gleich dem Druck in dem axial verlaufenden Kanal 18. Vorzugsweise ist zwischen dem Haltering 66 und dem umlaufenden Gleitring 73 eine Dichtung in Form eines O-Ringes

79 vorgesehen, die hier als in der Ringnut auf dem Außenumfang des Halferings 66 angeordnet gezeigt ist.

Bei dieser Anordnung ist außerdem eine Bohrung

80 vorgesehen, die sich durch den Haltering 66 hindurch und in eine Kammer 81 hinein erstreckt. Die Bohrung 80 hat durch den Zwischenraum zwischen dem Gleitring 73 und dem Haltering 66 eine Verbindung mit der Kammer 9. Somit beaufschlagt der in der Kammer 9 herrschende Druck durch die Bohrung 80 den Haltering 66 und sucht diesen und die Gleitfläche 72 von der Ggendichtfläche 65 fortzudrücken.

Die Funktionsweise der Wellendichtung ist wie folgt: Der wirksame Druck zum Anpressen des umlaufenden Gleitringes 54 an dem feststehenden Gleitring 29 im Bereich der Gleitfläche 33 ist durch die Drücke bestimmt, die zwischen dem Innendurchmesser des O-Ringes 44 und dem Außendurchmesser der Gleitfläche 33 wirksam sind. Ein veränderlicher Teil dieses Drucks ist der zwischen dem Innendurchmesser des O-Ringes 44 und dem Außendurchmesser des O-Ringes 22 herrschende, die Druckfläche 44 a beaufschlagende Druck, der infolge der Verbindung des in der Kammer 9 herrschenden Drucks durch die Wellenöffnung 10 und den lichten Raum 55 zu dem Raum 61 und durch die Bohrung 60 zur Ringkammer 41 gleich dem Druck in der Kammer 9 ist.

Dieser auf die Druckfläche 44 α des Halteringes ausgeübte Druck ist eine Funktion des Leckflusses durch die erste Gleitringdichtung der Hochdruckseite 8 und der Kammer 9. Eine Zunahme des Leckflusses längs der Gleitfläche 33 führt zu einem Druckanstieg in der Kammer 9 und damit (wenn nicht zur Atmosphäre freigegeben) zu einem Druckanstieg in der Ringkammer 41. Dadurch wird der Druck, der den umlaufenden Gleitring 54 gegen den feststehenden Gleitring 29 drückt, erhöht. Der Niederdruck in der Ringkammer 45 wirkt somit dem Druck in der Kammer 41 auf einer Druckfläche 22 α entgegen, die der Druckfläche 44 α in der Kammer 41 gleich ist, so daß sich eine den Gleitring 54 an den Gleitring 29 andrückende resultierende Kraft ergibt, die vom Differenzdruck abhängig ist. Umgekehrt gestattet ein Druckabfall in der Ringkammer 41 eine Bewegung des umlaufenden Gleitringes 54 zur Verringerung des Anpreßdruckes. Es fließt dann mehr Flüssigkeit über den (ileitflächenbcreich sowie durch die Wellenöffnung 10 in die Kammci 9. Diese zusätzliche Flüssigkeit baut (soweit nicht zur Atmosphäre gelüftet wird) den Druck in der Kammer 9 auf und beaufschlagt durch die Wellenöffnung 10, den Raum 61 sowie durch die Bohrung 60 die Ringkammer 41 und die Druckfläche 441, so daß der umlaufende Gleitring 54 stärker gegen den feststehenden Gleitring 29 gedrückt wird.

Andererseits sucht der Leckfluß durch die zweite Gleitringdichtung den Druck in der Kammer 9 zu senken, was zur Folge hat, daß auch der Druck in

ίο der Ringkammer 41 geringer ist. Wenn daher der Leckfluß an der Gleitfläche 33 größer ist als der Leckfluß an der Gleitfläche 65, steigt der Druck an dem Haltering 37, der die umlaufende Gleitfläche 56 gegen die feste Gleitfläche 33 drückt, an und verursacht ein Herabsetzen des Leckflusses an der Gleitfläche 33. Umgekehrt hat ein Anstieg des Druckes in der Kammer 9 zur Folge, daß dieser Druck durch die Öffnung 80 die Ringkammer 81 beaufschlagt, was wieder die auf die Gleitfläche 72 wirksame Belastung verringert und einen verstärkten Leckfluß an den Gleitflächen 72 und 65 verursacht und dadurch die Wellendichtung ins Gleichgewicht zu bringen sucht. Dieses Gleichgewicht ist einstellbar durch die Größe der zwischen dem Innendurchmesser des Dichtungsringes 70 und dem Außendurchmesser des Dichtringes 27 bestimmten Fläche, die vom Druck in der Bohrung 80 beaufschlagt ist.

Es ist somit ersichtlich, daß sich beide Gleitringdichtungen ständig einstellen. Wenn eine Dichtung einen größeren Durchfluß aufweist als die andere, dann wird der Anpreßdruck der ersten Dichtung erhöht und der der zweiten Dichtung verkleinert. Dieses ständige Zusammenwirken dient zur Aufteilung der gesamten Druckdifferenz auf die beiden Dichtungen.

Druckschwankungen auf der Hochdruckseite 8 und in der Kammer 9 werden durch das selbsttätige Einstellen der Dichtungen sofort aufgehoben. Der in einer Gleitringdichtung stattfindende Ausgleich wird wenigstens teilweise durch den Zustand bewirkt, der in der anderen Gleitringdichtung herrscht. Es ist möglich, sehr starke Drücke auszugleichen. An Stelle zweier Dichtungen können jedoch auch drei oder mehr axial untereinanderliegende Dichtungen vorgesehen sein.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wellendichtung mit zwei im Dichtweg axial hintereinander angeordneten Gleitringdichtungen, deren einer federbelasteter Gleitring axial verschiebbar und durch der Gleitfläche axial gegenüberliegende, teils vom höheren und teils vom niederen der an der jeweiligen Dichtung anliegenden Drücke in axialer Richtung gegen den axial feststehenden Gleitring gedrückt ist, wobei der sich in einer Kammer zwischen den Gleitringdichtungen einstellende Mitteldruck bei einem Druckanstieg den hochdruckseitigen Gleitring und bei einem Druckabfall den niederdruckseitigen Gleitring stärker gegen die Gegendichtfläche andrückt, dadurch gekennzeichnet, daß der hochdruckscitige, axial verschieblichc Gleitring (37, 54) auf seiner vom Mitteldruck beaufschlagten Seile eine im Sinne des Anpressens vom Mitleidruck beaufschlagte, radial über den Gleitflächenbereicli (33, 56) hinausgehende Druck-

fläche (44 α) aufweist, der eine vom Niederdruck axial im Sinne des Abhebens des Gleitringes beaufschlagte Druckfläche (22 a) gegenübersteht, die gegenüber dem Mitteldruck abgedichtet ist (22, 44).

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei auf der Welle angeordnetem axial verschieblichem Gleitring zur Druckverbindung zwischen dem Niederdruck und der vom Niederdruck beaufschlagten Druckfläche des hochdruckseitigen Gleitringes (37, 54) in einer am Innenumfang einer auf der Welle (12) ange-

ordneten Hülse (15) ein sich in axialer Richtung erstreckender Kanal (18) vorgesehen ist.

3. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebliche hochdruckseitige Gleitring (37, 54) dicht und mit dem Gleitring axial verschieblich in einem Haltering angeordnet ist, der die im Sinne des Anpressens des Gleitringes vom Mitteldruck beaufschlagte, radial über den Gleitflächenbereich hinausgehende Druckfläche (44 d) trägt, und daß zur Zuleitung des Mitteldruckes eine den Haltering durchquerende Bohrung (60) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209 626/376