DE1525503B1

DE1525503B1 - Gleitringdichtung fuer eine Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE1525503B1
Application number: DE19661525503
Authority: DE
Inventors: Jack Peter Toronchuk
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1965-07-13
Filing date: 1966-04-23
Publication date: 1970-01-15
Also published as: GB1116774A; SE303072B; US3363910A

Description

umfassenden, mit ihr nicht drehbaren Gleitring, der io fenden Welle 11 und einem Gehäuse 12 angeordnet, an seinem dem umlaufenden Gleitring zugekehrten Das Gehäuse 12 legt eine Hochdruckkammer fest, in Ende eine mit dessen Dichtfläche zusammenwirkende
Dichtflfläche besitzt und im axialen Abstand von die

ser eine zweite, dem Hochdruck ausgesetzte, radiale

der ein Pumpenlaufrad 14 umläuft. Das Lenkrad 14, von dem in der Zeichnung gestrichelt nur ein Teil angedeutet ist, ist an der Welle 11 befestigt und wird

Fläche aufweist, und mit einer federnden Einrich- 15 von dieser angetrieben. Das andere Ende der Welle tung, die axial zwischen dem Gehäuse und dem nicht 11 ist so ausgebildet, daß es in geeigneter Weise andrehbaren Gleitring anliegt, wobei federnd nachgiebige Dichtungen zwischen den Gleitringen und

ihren Führungen am Gehäuse bzw. an der Welle vorgetrieben werden kann.

Die Gleitringdichtung 10 trennt die Hochdruckkammer der Pumpe vom Niederdruckteil. Sie verhin-

gesehen sind, die eine Axial- und begrenzte Kipp- 20 dert, daß das Medium längs der Welle von einem b d Glii tt i

bewegung der Gleitringe gestatten.

Bei bekannten Gleitringdichtungen dieser Art wird die Abdichtung, d. h. das Zusammenpressen der Gleitringe gegeneinander, durch den Druck des abzudichtenden Mediums unterstützt. Dieses Zusammenpressen erfolgt dabei proportional zum Innendruck in dem Gehäuse, da die vom Druck beaufschlagten Flächen der Gleitringe gleich groß bleiben, der Druck ~

Bereich höheren Drucks zu einem Bereich geringeren Drucks durchleckt. Die Gleitringdichtung 10 weist einen umlaufenden Gleitring 15 auf, der lose auf der Welle 11 befestigt ist und mit dieser umläuft.

Weiterhin ist ein nicht drehbarer Gleitring 16 vorgesehen, der lose im Inneren des Gehäuses 12 befestigt ist. Auf die Welle 11 ist eine Hülse 17 aufgekeilt, die durch eine Mutter 18 festgehalten wird. Die Hülse 17 und die Mutter 18 lauf en mit der Welle

sich jedoch ändert. Es ist auch bekannt, die von der

federnden Einrichtung auf die Gleitringe ausgeübte 30 11 um. Die Hülse 17 ist mit einem oder mehreren

Kraft so zu wählen, daß in jedem Betriebszustand, Schlitzen versehen, die bei 20 angedeutet sind, wäh-

d. h. auch im drucklosen Zustand des Pumpeninnen- _rend der umlaufende Gleitring 15 entsprechende An-

raumes, eine Abdichtung gewährleistet ist. sätze 21 aufweist, die in die Schlitze 20 einfassen.

Der wesentliche Nachteil der bekannten Gleitring- Durch den Eingriff zwischen den Wandungen der

dichtungen besteht darin, daß das Gleitringpaket ent- 35 Schlitze 20 und der Ansätze 21 wird der umlaufende weder ständig oder zumindest während bestimmter

Betriebsbedingungen an einer starren Anlagefläche aufliegt, so daß die Verkantbarkeit beider Gleitringe im Betrieb nicht gewährleistet ist und daher in Kauf

Gleitring 15 von der Hülse 17 und der Welle 11 mitgenommen. Die Hülse 17 ist an ihrem oberen Ende mit einer Umfangsnut 22 versehen. Auf jeder Seite der Nut 22 ist die Hülse abgeschrägt, so daß die Nut

genommen werden muß, daß Deformationen der ₄₀ 22 auf dem Rücken einer leichten Erhöhung liegt.

Gleitringe auftreten und damit Dichtungsmängel ver- Dj_es j_st gleichbedeutend damit, daß sich die Hülse

17 auf jeder Seite der Nut 22 auf einen kleineren Durchmesser verjüngt. Ein in die Nut 22 eingesetzter O-Ring 23 verhindert ein Durchlecken von Medium

ursacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleitringdichtung der eingangs angeführten Gattung derart auszubilden, daß das Gleitringpaket in Betrieb, d. h. bei 45 zwischen Hülse 17 und umlaufendem Gleitring 15. Abdichtung gegen Überdruck nicht an festen An- Wegen der Abschrägungen zu beiden Seiten der Nut schlagen axial abgestützt und somit stets die Verkant- 22 kann der Gleitring 15 eine gewisse Kippbewegung barkeit der Ringe zueinander gewährleistet ist. ausführen, durch die die Dichtung, die durch den

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch O-Ring 23 bewirkt wird, nicht beeinflußt wird. Der gelöst, daß die axial druckbeaufschlagte radiale ₅₀ Gleitring 15 kann zusätzlich zur Kippbewegung eine Fläche des umlaufenden Gleitringes größer ist als die
axial druckbeaufschlagte radiale Fläche des nicht
drehbaren Gleitringes und daß die Federkraft der
federnden Einrichtung so gewählt ist, daß diese im

begrenzte Längs- oder Axialbewegung ausführen.

Das Gehäuse 12 ist mit einer Ausnehmung 24 versehen, in der der nicht drehbare Gleitring 16 untergebracht ist. In der Ausnehmung 24 liegt ein Stütz-

Betriebszustand die auf das Gleitringpaket wirkende _{55 rmg} 25, der mit einer um die Stirnfläche herum- ■ Verschiebekraft alllein federnd auffängt. laufenden Nut 26 und mit einer um die Innenfläche

Durch diese unterschiedliche Bemessung der vom des Ringes herumlaufenden Nut 27 versehen ist. Die Hochdruck wirksam beaufschlagten Flächen wird
nur ein geringer, in axialer Richtung auf das Gleit-

Nuten 26 und 27 nehmen O-Ringe 30 und 31 auf. Der O-Ring 30 verhindert ein Durchlecken am Ende

ringpaket wirkender Überdruck erzielt, der von den 60 des Stützringes 25, während der O-Ring 31 em entsprechend bemessenen Federn derart aufgefangen Durchlecken zwischen dem Ring 25 und dem nicht wird, daß das Gleitringpaket lediglich an den Federn,
aber nicht an einem starren Anschlag zur Anlage

kommt, wodurch die Verkantbarkeit beider Gleitdrehbaren Gleitring 16 verhindert.

Der Gleitring 16 besteht aus einem zylindrischen Abschnitt 32 und einem größeren Endabschnitt 33,

ringe im Betrieb gewährleistet ist. 65 der in einer Dichtfläche 34 endet. Der Stützring 25

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der _und der Endabschnitt 33 legen eine Ausnehmung 35 Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die axial für eine Feder fest. In der Ausnehmung 35 sind eine druckbeaufschlagte radiale Fläche des nicht dreh- Feder 36, eine Feder 37 sowie ein Abstandsring 38

untergebracht. Wenn auch in der Zeichnung zwei Federn dargestellt sind, die eine Kraft ausüben, durch die der nicht drehbare Gleitring 16 vom Stützring 25 weggedrückt wird, so kann doch auch eine Einzelfeder benutzt werden. In die Mantelfläche des Endabschnitts 33 des Gleitrings 16 ist eine Madenschraube 40 oder ein Stift eingesetzt, der mit einem Schlitz 41 in der Innenwandung des Gehäuses 12 zusammenwirkt und eine Drehbewegung des Gleitrings 16 verhindert.

Der umlaufende Gleitring 15 ist, wie dargestellt, mit einer Mehrzahl von Öffnungen 42 versehen, die von der Außenseite des Gleitrings bis zu einer Dichtfläche 44 reichen. Diese Öffnungen stellen ein Mittel zum selbständigen Wirksamwerden der Dichtung dar, wie es bei Dichtungen bekannt ist. Jedoch sind derartige Öffnungen beim Gegenstand der Erfindung nicht unbedingt erforderlich. Die Erfindung läßt sich vielmehr sowohl bei Dichtungen ohne derartige Öffnungen wie auch bei Dichtungen anwenden, die — wie in der Zeichnung dargestellt — solche Öffnungen aufweisen.

Die Gleitringe 15 und 16 können aus irgendeinem den Betriebs- und Umgebungsbedingungen angepaßtem Material hergestellt sein. Derartige Materialien und ihre Anwendung bei Hochdruckdichtungen sind bereits bekannt. Es kann z. B. Stahl, Bronze, Kohle u. dgl. verwendet werden.

Es soll jetzt die Wirkungsweise einer Dichtung gemäß der Erfindung erläutert werden, bei der keine Öffnungen im umlaufenden Gleitring vorgesehen sind. Wenn die Pumpe stillsteht, drücken die Federn 36 und 37 den nicht drehbaren Gleitring 16 vom Stützring 25 weg — in der Zeichnung gesehen nach unten —, und der umlaufende Gleitring 15 kann sich nach unten bewegen, bis die Schulter 43 gegen das Ende der Hülse 17 stößt. Wenn die Pumpe anläuft und sich in der Hochdruckkammer ein Druck aufbaut, wird eine Kraft auf die freiliegenden Flächen der Gleitringe 15 und 16 ausgeübt. Der umlaufende Gleitring 15 ist mit einer der Dichtfläche im wesentlichen gegenüberliegenden radial liegenden Fläche versehen, die dem zunehmenden Druck ausgesetzt ist. Durch den Ausdruck »radial liegende Fläche« soll eine Fläche bezeichnet werden, die eine in Querrichtung liegende Projektion besitzt, so daß der hohe, auf diese Fläche wirkende Druck eine Kraft erzeugt, die zum nicht drehbaren Gleitring 16 hin gerichtet ist (in der Zeichnung nach oben). Diese radial liegende Fläche besitzt eine vorbestimmte Größe, auf die das unter hohem Druck stehende Medium einwirkt und eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt.

Ein Teil der durch das Gehäuse 12 gebildeten Hochdruckkammer bildet einen dauernd offenen Kanal 45, der von dem Bereich, in dem die radiale Fläche des umlaufenden Gleitrings 15 liegt, zur Ausnehmung 35 führt, so daß auch in dieser Ausnehmung der hohe Druck wirksam ist. Wie oben bereits erläutert, verhindern die O-Ringdichtungen 30 und 31 ein Durchlecken aus der Ausnehmung 35. Der Gleitring 16 ist ebenfalls mit einer radialen Fläche versehen, die vom zylindrischen Abschnitt 32 nach außen zum Endabschnitt 33 verläuft und praktisch eine Begrenzung der Ausnehmung 35 darstellt. Auch hier soll mit »radial liegender Fläche« eine Fläche bezeichnet werden, die eine in Querrichtung liegende Projektion besitzt, so daß der auf diese Fläche einwirkende Druck eine zum umlaufenden Gleitring 15 hin gerichtete Kraft erzeugt (in der Zeichnung nach unten).

Die Gleitringe 15 und 16 sind derart ausgebildet, daß die axial druckbeaufschlagte radiale Fläche des umlaufenden Gleitrings 15 etwas größer als die axial druckbeaufschlagte radiale Fläche des nicht drehbaren Geitrings 16. Das hat zur Folge, daß die in der Zeichnung nach unten auf den Gleitring 16 einwirkende Kraft infolge des hohen Drucks etwas geringer als die nach oben auf den Gleitring 15 infolge desselben Drucks einwirkende Kraft ist. In gewissen Fällen ist es zweckmäßig, die Differenz zwischen den beiden wirksamen Flächen etwa 5% groß zu machen, so daß die nach unten gerichtete Kraft etwa 95% der nach oben gerichteten Kraft beträgt. Dieser Prozentsatz kann sich je nach den Gegebenheiten stark ändern. Die Federn 36 und 37 liefern dann die 5% Differenz der Kräfte, so daß ein Gleichgewicht zwischen der nach oben und der nach unten gerichteten Kraft erhalten wird.

Wenn sich der Druck in der Pumpe aufbaut, vergrößert sich sowohl die nach oben wie auch die nach unten gerichtete Kraft, wobei die nach oben gerichtete Kraft etwas stärker ansteigt als die nach unten gerichtete Kraft. Aus diesem Grunde bewegen sich die Gleitringe 15 und 16 nach oben und drücken dabei die Federn 36 und 37 zusammen, bis die Federkraft zusammen mit der nach unten gerichteten Druckkraft der nach oben gerichteten Druckkraft das Gleichgewicht hält. Diese Wirkungsweise soll durch das folgende Beispiel noch klarer zum Ausdruck gebracht werden.

Es sei angenommen, daß in der Hochdruckkammer ein Druck von 7 kp/cm² herrscht und daß die Fläche des Gleichrichters 16, auf die dieser Druck einwirkt, 30 cm² beträgt, während die Fläche des Gleitrings 15, die dem Druck ausgesetzt ist, 32 cm² groß ist. In diesem Falle erzeugt der Druck eine nach unten gerichtete Kraft von 210 kp, während nach oben 224 kp wirken. Die Federn 36 und 37 werden so weit zusammengedrückt, daß sie die Ausgleichskraft von 14 kp liefern, so daß die Gleitringdichtung im Gleichgewicht ist. Wenn der Druck jetzt 70 kp/ cm² ansteigt, ergibt dieser neue Druck eine nach unten gerichtete Kraft von 2100 kp und eine nach oben gerichtete Kraft von 2240 kp. Die Gleitringe 15 und 16 bewegen sich weiter nach oben und drücken dabei die Federn 36 und 37 so weit zusammen, bis sie die Differenzkraft von 140 kp liefern. Dann befindet sich die Gleitringdichtung erneut im Gleichgewicht.

Es ist zu erkennen, daß die beiden Gleitringe sich in axialer Richtung bewegen, um die Gleichgewichtslage einzunehmen, und daß sie beide eine Kippbewegung ausführen können, um eine zufriedenstellende Dichtung zu gewährleisten. Der umlaufende Gleitring 15 stützt sich vollständig am Druckmedium ab, während der nicht uulaufende Gleitring 16 ist im wesentlichen am Druckmedium abstützt (z.B. zu 95%), um jede Deformierung der genau bearbeiteten Dichtflächen möglichst gering zu halten.

An der von der Welle am weitesten entfernt liegenden Stelle der Dichtung ist stets das Medium mit dem hohen Druck vorhanden, d.h., an der Berührungsstelle der Dichtflächen 44 und 34 ist während des Betriebes der Pumpe das Medium vorhanden und kann als dünner Film zwischen die Dichtflächen treten und diese nicht nur schmieren, sondern auch eine tatsächliche Berührung der Flächen verhindern. Bei der in

der Zeichnung dargestellten Ausfünrungsform bilden die Öffnungen 42 einen gedrosselten Strömungsweg für das Medium zu den Dichtflächen und fördern das anfängliche Eintreten des Mediums zwischen die Flächen sowie die Schmierung, wie es bei Dichtungen bekannt ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Gleitringdichtung für eine Hochdruckpumpe mit einem eine Hochdruckkammer bildenden Gehäuse, einer in das Gehäuse hineinfassenden umlaufenden Welle, einem mit dieser umlaufenden Gleitring, der an dem einen Ende eine im wesentlichen rechtwinklig zur Wellenachse liegende Dichtfläche und am anderen Ende eine dem Druck in der Hochdruckkammer ausgesetzte, radial liegende Fläche aufweist, ferner mit einem die Welle umfassenden, mit ihr nicht drehbaren Gleitring, der an seinem dem umlaufenden Gleit- ao ring zugekehrten Ende eine mit dessen Dichtfläche zusammenwirkende Dichtfläche besitzt und im axialen Abstand von dieser eine zweite, dem Hochdruck ausgesetzte, radiale Fläche aufweist, und mit einer federnden Einrichtung, die axial zwischen dem Gehäuse und dem nicht drehbaren Gleitring anliegt, wobei federnd nachgiebige Dichtungen zwischen den Gleitringen und ihren Führungen am Gehäuse bzw. an der Welle vorgesehen sind, die eine Axial- und begrenzte Kippbewegung der Gleitringe gestatten, dadurch gekennzeichnet, daß die axial druckbeaufschlagte radiale Fläche des umlaufenden Gleitrings (15) größer ist als die axial druckbeaufschlagte radiale Fläche des nicht drehbaren Gleitrings (16) und die Federkraft der federnden Einrichtung (36, 36) so gewählt ist, daß diese im Betriebszustand die auf das Gleitringpaket (15, 16) wirkende Verschiebekraft allein federnd auffängt.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axial druckbeaufschlagte radiale Fläche des nicht drehbaren Gleitrings (16) größer als 95% und kleiner als 100% der axial druckbeaufschlagten radialen Hache des umlaufenden Gleitrings (15) ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen