DE1750857A1

DE1750857A1 - Gleitringdichtung in Tandemanordnung

Info

Publication number: DE1750857A1
Application number: DE19681750857
Authority: DE
Inventors: Ehrhard Dr-Ing Mayer
Original assignee: FEODOR BURGMANN JR ASBEST und
Current assignee: FEODOR BURGMANN JR ASBEST und
Priority date: 1968-06-12
Filing date: 1968-06-12
Publication date: 1971-04-29
Also published as: GB1275453A

Description

Es ist bekannt, zur Abdichtung rotierender Wellen gegen den Austritt eines abrasiven und/oder Ablagerungen bildenden Mediums doppelt wirkende ü-leitringdichtungen einzusetzen und den Druck des sauberen Sperrmediuins so hoch
zu wählen, daß trotz des entgegenwirkenden Zentrifugaldruckes im Dichtspalt und des Druckes des abzudichtenden Mediums das Sperrmedium in den Dichtspalt gelangt und diesen vor dem Eindringen von abrasiven Teilchen bewahrt. Dieser erhöhte Druck ües Sperrmediums belastet aber in unerwünschter V/eise den atmosphärenseitig angeordneten Teil

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der doppelt wirkenden Gleitringdichtung. Zudem besteht . die Gefahr, daß sich abrasive Veilchen im Bereich des dem abzudichtenden Led ium zugekehrten Dichtspaltuiufan^es ansammeln, welche beim i'eiilen eines Sperrdruckes, beispielsweise beim Arßihren der Maschine, unter der Wirkung des Zentrifugaldruckes in uen Dichtspalt zu gelangen trachten und die Dichtflächen zerstören können. Die Ablagerungen gefährten auch die freie Beweglichkeit des ^ federbelasteten Gleit- oder Gegenringes sowie die Wärmeabführung aus dem Dichtspaltbereich.

Es wäre zwar möglich, den Druck des Sperrmediums so hoch zu wählen, daß unter Berücksichtigung des entgegenwirkenden Zentrifugaldruckes, der Federvorspannung und des vom abzudichtenden Medium ausgeübten hydrostatischen Druckes der Gleitring ganz von seinem Gegenring abhebt, so aaß eine nicht unerhebliche Leckströmung des Sperrmediums in Richk tung auf das abzudichtende Medium erfolgt, mit der Ablagerungen im Dichtspaltbereich verhindert werden können. Hierdurch tritt jedoch andererseits eine erhebliche Belastung ctea atmosphärenseitigen Dichtungsteiles auf, wobei zudem Voraussetzung ist, daß die geometrisch-hydraulische Gestaltung des Gleitringes überhaupt ein Abheben mit steigendem Sperrdruck erlaubt. Die .Zuführung des Sperrmediums unter solch hohem Druck erfordert andererseits auch eine entsprechende getrennte Pumpe, da es

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in den meisten fällen nicht möglich ist, eine Stelle der Anlage, (z.B. einer Pumpe) in der die Gleitringdichtung eingesetzt ist, su finden, an der daß abzudichtende Heaiuni abgezapft und nach üeinigung mit genügend hohem Druck als bperrmedium zugeführt wird.

Weiterhin sind uleitringuichtungen in !Tandemanordnung bekannt, bei denen üblicherweise ein Sperrdruck verv/endet wird, der kleiner oder gleich α ein Jruck des abzudichtenden liediums ist. Bei derartigen Gleitringdichtungen ist demzujölge der dein abzudichtenden Medium zugekehrte Gegenring nur in Richtung d«;r; Druckes des Mediums abdichtend gelagert. Bei diesen Gleitringäicktungen in Tanaeaanoranung dient gewöhnlich uer atmosphärenseitige Seil der Dichtung als uusfallsicoerun.-v für den produktenseitigen jjichtungsteil.

Die Erfindung 'geht von einer Gleitringdichtung in i'andemanordnung nit ο in em die 'i/ellenaurchtrittüotelle umgebenden iiiC'itun.^Of-ehc.ase aus, in öen ein erster und mit a::islem Abstand hierzu ein zweiter stationärer Gegenring abdichtar.d und zur ,iU.ii.ahme eim.; zur AtiJiospüäreuseite gerich-Tfcten Ayiialochu'ues elastisch _c_ela_;::ert sind, zwischen denen sich ein „it einem betriebsmäßig unter jrack Btehendem oyerruediu.·.; -bkw gefüllter ^rucki-äuiii i. oi'indii-t und ^e -en a-.-.ren

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zum Sperrmedium bzw. abzudichtenden Medium hin gerichteten Gleitfläehen ein erster bzw.. zweiter mit der WeILe umlaufender und hiergegen abgedichteter Gleitring unter der Vorspannung von IPe der η anliegen»

Ausgehend hiervon wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der zwischen dem Druckraum und dem abzudichtenden Medium angeordnete zweite Gegenring im Dichtungsgehäuse zur Aufnahme eines Axialschubes in beiden Sichtungen elastisch gelagert ist, daß in an sich bekannter Weise der Druckraum mit einer das von abrasiven und Ablagerungen bildenden Bestandteilen freie Sperrmedium liefernden, -einen Überdruck bezüglich der Wellendurchtrittostelle aufweisad-en Quelle verbunden ist und daß der Druck dieser Quelle bzw* der Abgab-edruck eines zwischengeschalteten Hegelgliedes crater Berücksichtigung des Zentrifugaldruckes am zweiten Gleitring und der au/diesen wirkenden hydrostatischen, Feder- und Keibungskräfte so bemessen ist, daß eine vom Druckraum zum abzudichtenden Medium gerichtete, den Gleitflächenkontakt ganz aufhebende Leckströmung entsteht.

Durch diese Ausbildung ist es möglich, den zweiten Gleitring so bezüglich de;j abzudiohLenden luediums anzuordnen, aaiS er von diesem gut gekühlt wird und gleichzeitig in dem Medium . enthaltene abrasive oder zu Ablagerungen neidende Teilchen

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nicht in den Dichtspalt eindringen, sondern vielmehr durch -Zentrifugalwirkung abgeschleudert werden. Diese Wirkung wird ■ergänzt durch die im Dichtspalt des zweiten Gleit- und G-egenringes absichtlich vorgesehene Leckströmung, die wegen des sie unterstützenden Zentrifugaldruckes in ihrer Menge relativ leicht stabil gehalten werden kann und zu deren Aufrechterhaltung ebenfalls wegen des Zentrifugaldruckes nur ein relativ geringer Überdruck des operrmediums im Druckraum der Dichtung, bezogen auf den Druck des abzudichtenden Mediums, bereitgestellt werden muß.

Als Vorspannfeder des zweiten ü-leitringes wird gemäß der Erfindung vorzugsweise eine die Welle umgebende, mindestens auf einem Teil ihrer axialen Erstreckung zum abzudichtenden Medium radial frei liegende Kegel-Schraubenfeder gewählt, deren Durchmesser ausgehend von einer Abstützstelle an der Welle in liichtung auf den ü-leitring zunimmt und die bezogen auf diese Betrachtungsrichtung einen zur Wellendrehrichtung entgegengesetzten Wickelsinn aufweist.

Die reinigende -Wirkung der Leckströmung wird somit durch die spezielle Ausbildung der Vorspannfeder im Sinne der Verhinderung von Ablagerungen und Erzeugung einer Kühlströmung zu dem Grleitring unterstützt.

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In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist der axial verschieb lieh und ohne Berücksichtigung seiner Dichtung frei drehbar auf der ',/eile angeordnete, zweite Gieitring mit dem ihm zugekehrten, ^nde der Kegel-öchraubenfeder im Sinne einer Drehmomentübertragung form- oder kraftschlüssig verbunden, wobei das andere Ende der ü'eder eine form- oder kraftschlüssige Verbindung mit der Welle aufweist. Hierdurch wird das durch die Gleitflächenreibung auf den Gleitring ausgeübte Drehmoment praktisch ausschließlich' über die Kegel-Schraubenfeder übertragen, die demzufolge insbesondere beim Anfahren der Maschine Formänderungen erleidet, wodurch etwaige anhaftende Ablagerungen gelockert und fortgespült werden können.

In Ausbildung der ErÄndung kann das dem zweiten Gleitring zugekehrte Ende der Kegel-Schraubenfeder als radial nach außen gebogener Haken ausgebildet sein, der in eine Aussparung des Gleitringes bzw. eines mit diesem verbundenen Gehciuseringes eingreift, während das andere Ende der tfeder mindestens eine am Umfang der -,/eile anliegende V/indung aufweist, wodurch in Verbindung mit dem'gewühlten Wickelsinn eine mit dem übertragenen Drehmoment progressiv zunehmende, kraftschlüssige Verbindung mit der Uelle erfolgt.

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OFMGfNAL

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Der erste G-leitring kann ebenfalls eine als Kegel-Schraubenfeder ausgebildete YorBpannfeder mit den gleichen Herkmalen wie'die dem sweiten ü-lei-ferlng zugeordnete Vorspann!"eder aufweisen., welche 'für eine Umwälzung aes üperrmediums und damit iLlr eine verbesserte ivülilung der G-leitfläcihe des ersten G-leit3"ingeü sorgt. Diese IPederausbildung ist insbeaoudei/e uann zvjeckmäßig, wenn in Weiterbildung der Erxindung das uiciitungs.geiiäuse ein^ in den Druckrauin im jereic'ii aes vom ersten G-leitring abgekehrten jjndes der '/orapa unfed er mündende Zuflußbohrung und eine axial hierzu versetzte, im Bereich der jJichtspaltebene des ersten üleitringes mündende Auslaßboiirung aufweist und die Einlals- und Auslaiäbohrungen ßiit einem vorratsbehälter oder Kühler verbunden sind, weil dann die Vorspannfeder alleine oder ergänzt durch ein weiteres .iruinpenrad für eine Zirkulation des öperrmediunis durch den Yorratsbeiiälter bzw. Kühler jierangezogen werden kann. '. ■ ■

im i«'ol₀enden wird die .jirfindung durch ein Äusfüiirungsbeispiel anhand aer Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur einen -axialen Schnitt zeigt.. -

jJicJitun··'· - weist ein .in -seiner Geaanitheit mit 1 bezeichw neuCü iJichtuni-ijgehäuse auf, üati Kit ,.lehreren Schrauben 2 uütei· Lwi-jcuenlnge eine;.; i)ichtuii?>;»>-rln;vep 3 mit der V/anflung

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eines Behälters oder dergleichen' lösbar verbunden ist, der ein abrasives oder zu Ablagerungen neigendes i-iedimn, beispielsweise im ,.asser gelöste li'arbsubbtanzen enthält.

Das Dichtungsgehause 1 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen ü'eil 5, das an der Verbindungsatelle zur Be.-? hälterwand 4 einen nach innen gerichteten, die ',/eile 6 mit Abstand umgebenden vorspringenden Flansch und einen nach außen gerichteten üefeatigungsilansch aufweist, sowie aus einem mit mehreren Schrauben 7 unter Zwischenfügung einer schei benförmigen Richtung .8 lösbar befestigten Deckel 9» In der sur Wellenachse koaxialen Bohrung dieses Deckäs_ 9 igt ein erster G-egenring- 10, dessen Gleitfläche in Richtung auf das abzudichtende Medium weist, in radialer Richtung gelagert; der sich über einen Dichtring 11 elastisch gegen eine nach innen vorspringende Ringschulter des Deckels 9 abstützt»

Gegen die Gleitfläche des Gegenringes lü läuft ein erster_? auf der Welle 6 verschieblich und drehbar gelagerter Gleitring 12 an, welcher einen in Richtung auf das abzudichtende Medium sich erstreckenden, zylindrischen Fortsatz .aufweist, der die Welle konzentrisch, mit Abstand umgibt, Innerhalb dieses Fortsatzes ist ein Dichtungsring 13 sowie eine Unterlegscheibe 14 angeordnet» gegen welche sich ein J^näe einer

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Kegel-Sc braubenfeder 15 abstützt, an der ein radial nach außen gebogener Haken 1.6 ausgebildet ist, welcher in eine Öffnung des zylindrischen Fortsatzes des Gleitringes eingreift und zwischen diesem und. der -Jj¹ eil er für eine formschlüssige, zur Drehmomentübertragung geeignete Verbindung sorgt. "Das andere Ünde der Feder 15 ist gegen einen Hing abgestützt, der mittels einer Stiftschraube 18 an der 'Welle. unbeweglich befestigt, ist. Die Jeder 15 ist als eine Kegel-Schraubenfeder ausgebildet, deren Durchmesser mindestens auf einem Teil ihrer Lange vom lii'ng 17 in Richtung auf den ersten Gleitring 12 zunimmt. Der Wickelsinn der Seder ist so gewählt, daß für das umgebende Medium bei einer vorgegebenen Drehrichtung der Welle 6 eine Förderung in Richtung auf den Dichtspalt erfolgt. Das dem Ring 17 zugekehrte Ende der Feder 15 kann an diesem oder an derWelle direkt formschlüssig befestigt werden. Es genügt auch, mindestens eine Federwindung direkt am Umfang der Welle anliegen zu lassen, da beim gewählten" ^Wioklungssinn automatisch ein verstärkter Kraftschluß bei^zunehmendem, durch die Feder übertragenem Drehmoment entsteht.

In dem zylindrischen Teil 5 des Dichtungsgehäuses ist zumindest angeiiäiert in der Radialebene des Ringes 17 eine Zufluß-bohrung 19 angeordnet, durch welche auch die Stiftschraube 18 montiert werden kann. Angenähert in der Radial-

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ebene des Dichtspaltes ist eine Abfluübohrung 2ü La—dem.

ψ-Gghäusteil 5 vorgesehen, Bai starker Belastung der Dichtung;, beispielsweise bei honen Tempera türen des abzuciiohrenden Mediums, großer "Drehzahl der Y/elle 6 oder großem. Wellen— durchmesser sind die Einlaß- und iiiislaßbohrungen Lj, 20 mit einem (nicht dargestellten) Vorratsbehälter oder Wähler verbunden, durch den das üperrmedium mittels einer susätalichen Pumpe oder unter der I'örderwirkung der j'e.t^t* 15 allein umgewälzt und gekühlt wird, Bei weniger schwierigen "Ainsatzbedingungen genügt eine der beiden Bohrungen, welche aann mit einem Vorratsbehälter über ein riegelglietl verbunden ist, das einen später no on näher erläuterten uruck La DracL·- raum 21 des Dichtungsgehäuses 1 aufrechterhält,

In dem nach innen vorspringenden Flansch des zylindrischen l'eils des uichtungsjehäuses 1 ist ein zweiter Ge;:enring 10a in ähnlicher Weise wie der erste gelagert und durch einen Dichtungsring 11a abgestützt. Unterschiedlich ist jedoch., daß ein weiterer Dichtungsring lib und ein lösbar mittels Schrauben 22 befestigter Ringdeckel· 23 vorgesehen iat, so daß der zwäte Gegenring in ueideri Axialrichtungen elastisch gelagert ist. Die Ausbildung und Anordnung des zweiten Gleitringes 12a und des ihm zugeordneten Dichtungsringes 13a, des Unterlegringes 14a und der Kegel-Schraubenfedex· 15a entspricht den entsprechenden, gleich bezifferten und dem eraten

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Gegenring 10 sugeordneten Bauteilen, mit der Ausnahme,-aaß der zylindrische Fortsatz 12b des aweiten Gleitringes mit dem eigentlichen Gleitring 12akein einstückiges Bauteil bildet. jJie Feder 15a stützt sich gegen einen Bund 17a der Y/elle 6 ab. .

^urcii das genannte Regelglied wird in dem jjruckraum 21 ein derartiger Druck, ües Sperrmediums aufrechterhalten, daß der Gleitflächenkontakt siyischea dem Gegenring 10a und aem Gleitring I'da durch aie Leckströmung in Richtung des Zentrixugaldruckes unter Berucksichtung des von der Feder 15a hervorgerufenen AnprelMruckes, der Reibungsiträf te des. Dichtungsringes 15a und derauf den Gleitring 12a einwirkenden Iiydrostatischen Kräfte ganz aufgehoben vvird. -Der austretende Leckstrom hält die Umgebung des Dichtspaltes von Ablagerungen im wesentlichen sauber und wird hierdurch durch die Förderwirkung der ke^el-üciiraubenieder 15a unterstützt, welche sudem wegen aes von ihr überti-agenen Drehmoments eine selbstreinigende Wirkung aufweist.

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Claims

12. Juni 1968 Akte: P 6512 Patentansprüche

1.) Gleitringdichtung in Tandemanordnung für die Abdichtung der Durchtrittsstelle einer umlaufenden Welle gegen den Austritt eines abrasiven und/oder Ablagerungen bildenden Mediums, mit einem die Wellendurchtrittsstelle umgebenden Dichtungsgehäuse, in dem ein erster und mit axialem Abstand hierzu ein zweiter stationärer Gegenring abdichtend und zur Aufnahme eines zur Atmosphärenseite gerichteten Axialschubes elastisch gelagert sind, zwischen denen sich ein mit einem betriebsmäßig unter Druck stehendem Sperrmedium gefüllter Druckraum befindet und gegen deren zum Sperrmediüm bzw. abzudichtenden Medium hin gerichteten Gleitflächen ein erster bzw. zweiter mit der Welle umlaufender und hiergegen abgedichteter Gleitring unter der Vorspannung von Federn anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Druckraum (21) und dem abzudichtenden Medium angeordnete zweite Gegenring (10a) im Dichtungsgehäuse (1) zur Aufnahme eines Axialschubes in beiden Richtungen elastisch gelagert ist, daß in an sich

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SAD ORKSINAL

bekannter Weise der Druckraum mit einer das von ab- - räsiven und Ablagerungen bildenden Bestandteile« freie Sperrmedium, liefernden, einen Überdruck bezüglich der Wellendurchtrittsstelle aufweisenden Quelle verbunden ist und daß der Druck dieser Quelle bzw. der Abgabedruck eines zwischengeschalteten Regelgliedes unter Berücksichtigung des Zentrifugaldruckes am zweiten Grleitring (12a) und der auf diesen wirkenden hydrostatischen, Feder- und Reibungskräfte so bemessen ist, daß eine vom Druckraum zum abzudichtenden Medium gerichtete, den Grleitflächenkontakt ganz aufhebende Leckströmung entsteht.

2.) Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannfeder des äea zweiten Gleitringes (12a) eine die Welle (6) umgebende, mindestens auf einem Teil ihrer axialen Erstreckung zum abzudichtenden Medium radial frei liegende Kegel-Schraubenfeder- (15a) ist, deren Durchmesser ausgehend von einer Abstützstelle (17a) an der Welle in Richtung auf den Gleitring zunimmt und die bezogen auf diese Betrachtungsrichtung einen zur Wellendrehrichtung entgegengesetzten Wiokelsinn aufweist.

3.) Gleitringdichtung nach Anspruch'2. dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschieblich. und ohne Berücksichtigung seiner Dichtung (15a) frei drehbar auf der Welle (6)

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angeordnete zweite ü-leitring (12a) mit dem ihm zugekehrten Ende der Kegel-Schraubenfeder (15a) im Sinne einer Drehmomentübertragung form-r oder kraftschlüssig verbunden ist, deren anderes Ende eine form- oder kraftschlüssige Verbindung mit der Welle aufweist.

4.) Gleitringdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem zweiten Gleitring (12a) zugekehrten Ende der Kegel-Schraubenfeder (15a) ein radial nach außen gebogener Haken (16a) ausgebildet ist, der .in eine Aussparung dieses Gleitringes bzw. eines mit diesem verbundenen Gehäuseringes (12b) eingreift.

5.) Gleitringdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom zweiten Gleitring (12a, 12b) abgekehrte Ende der Kegel-Schraubenfeder (15a) mindestens eine am Umfang der Welle formschlüssig anliegende Windung aufweist.

6.) Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gleitring (12) eine als Kegel-Schraubenfeder (15) ausgebildete Vorspannfeder

* mit den gleichen Merkmalen wie die dem zweiten Gleitring (12a) zugeordnete Vorspannfeder aufweist.

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7.) Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Druckraum (21) d.es Dichtungsgehäuses (1) im Bereich des vom ersten Gleitring (12) abgekehrten Endes der Vorspannfeder (15) eine Zuflußbohrung (19) und axial hierzu versetzt im Bereich der Dichtspaltebene des ersten Gleitringes (12) eine Auslaßbohrung (20) mündet und daß die Einlaß- und Auslaßbohrungen mit einem Vorratsbehälter oder Kühler verbunden sind.

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