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Flüssigkeitsgekühlte Gleitringdichtung zur Abdichtung rotierender
Wellen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte Gleitringdichtung, mit
welcher rotierende Wellen gegenüber ihrem Lager oder einem Maschinengehäuse abgedichtet
werden können. Insbesondere bei hochbelasteten Gleitringdichtungen ist es zweckmäßig,
eine Kühlung des Gleitringes und/oder des Gegenlaufringes vorzunehmen, da aus Gründen
der Betriebssicherheit und der Lebensdauer die Temperatur im Dichtspalt so gering
als möglich sein soll. Insbesondere muß jedoch eine Vergasung des Schmiermediums
infolge überhöhter Temperaturen am Dichtspalt und jede andere temperatur-
| bedingte Änderung des Schmiermediums mit Sicherheit ausge- |
| CD |
schlossen werden. Da insbesondere bei hochbelasteten Gleitringdichtungen die Kühlung
des Gleitringes und des Gegenlaufringes durch das Schmiermittel von außen her nicht
immer ausreichend ist, hat man bereits kühlmitteldurchströmte
Gleitringe
und Gegendruckringe geschaffen, welche eine erhöhte 1wärmeabfuhr von den durch Reibung
erhitzten Gleitflächen bewirken sollten.
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Die bekannten Kühlmittelführungen innerhalb der Gleitringe bzw. der
Gegenlaufringe erforderten einen erheblichen zusätzlichen Arbeitsaufwand bei der
Herstellung und teilweise waren für den Betrieb zusätzliche Umwälzpumpen erforderlich,
um das Kühlmittel zirkulieren zu lassen.
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Ziel der Erfindung ist es, eine einfache und wirksame Kühlanordnung
für Gleitringdichtungen zu schaffen, welche die Nachteile bekannter flüssigkeitsgekühlter
Gleitringdichtungen vermeidet.
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Gemäß der Erfindung weist zu diesem Zweck der Gegenlaufring mit dem
der mit der Welle umlaufenden Gleitring mit seiner Dichtungsstirnfläche zusammenwirkt
und der im Maschinengehäuse eingesetzt ist, einen in Umfangsrichtung verlaufenden,
am äußeren Umfang offenen Kanal auf, in den Kühlmittelzuführungen und-ableitungen
des Maschinengehäuses im wesentlichen in radialer Richtung einmünden.
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Durch diese Anordnung des ringsumlaufenden Kühlmittelkanals wird eine
im wesentlichen gleichmäßige Abkühlung der Dichtflächen durch das zirkulierende
Medium bewirkt, so daß der Dichtspalt als Parallelspalt, auch bei extrem hohen Belastungen,
aufrecht erhalten bleibt. Konstruktiv ist
die Kühlanordnung außerordentlich
einfach, da der Gegenlaufring der dichtend in das Gehäuse eingesetzt wird, lediglich
mit einer Umfangsnut ausgestattet zu werden braucht und radiale Löcher im Maschinengehäuse
angeordnet werden müssen, die die Kühlmittelzu-bzw. Ableitung bewirken. Die Flüssigkeitszu-bzw.
Ableitungen können an diametral gegenüberliegenden Punkten der". felle vorgesehen
werden, wobei auch mehrere Parallelleitungen für die Zu-bzw. Abführung des Kühlmittels
im Vinkelabstand um den Gegenlaufring angeordnet sein können.
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Bin besonderer Vorzug der erfindungsgemäßen Gleitringdichtumg besteht
darin, daß auf einfachste weise die Kühlwirkung gesteuert werden kann. Wie bereits
oben erwähnt, kann durch Anordnung eines umfänglichen Flüssigkeitskanales der fast
bis an die zelle herangeführt ist und an der der Lauffläche zugewandten Seite, im
wesentlichen parallel zu dieser Lauffläche ausgebildet ist, eine gleichmäßige Kühlwirkung
erlangt werden, was dazu führt, daß unter allen Betriebsbe « dingungen der Parallelspalt
zwischen Gleitring und Gegenlaufring erhalten bleibt.
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In vielen Fällen ist es jedoch erwünscht, die Kühlung der Gleitfläche
differentiell vorzunehmen, um durch entstehende unterschiedliche järmeausdehnungen
eine von der ebenen Parallelbegrenzung abweichende Dichtungsstirnfläche zu erhalten.
Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn man einen
| hydrodynamischen Trageffekt im Dichtspalt anstrebt. Durch |
| u |
diese an sich bekannte hydrodynamische Tragwirkung kann die Reibungswärme auf 1/10
oder noch geringere Werte einer herkömmlichen Dichtung reduziert werden.
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Im Gegensatz zu bekannten Gleitringdichtungen mit hydrodynamischer
Tragwirkung, bei denen die Tragflächen durch verhältnismäßig schwierige Bearbeitungsvorgänge
in die Gleitflächen eingebracht wurden, kann durch die erfindungsgemäße Anordnung
durch differentielle Kühlung eine selbsttätige Ausbildung der Tragflächen durch
thermische Verwerfung im Betrieb erreicht werden.
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Die differentielle Abkühlung kann dadurch bewirkt werden,
| daß in den Kanal des Gegenlaufringes vom Kühlmittel beauf- |
| schlagte Wärmeleiter einstehen, die wenigstens mit der der |
| Gleitfläche anliegenden Wand des Gegenlaufringes in wärme- |
leitverbindung stehen. Diese Uärmeleitkörper können z. B. als im wesentlichen achsparallel
verlaufende Stege ausgebildet sein.
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Die Anordnung der ifärmeleitkörper in dem Gegenlaufring richtet sich
nach der thermischen Belastung, der'Järmeleitzahl und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
sowie nach den Ringdimensionen. Je nach Bemessung und Anordnung der Wärmeleitkörper
kann eine mehr oder weniger große Differenz der Kühlwirkung an der Geleitfläche
erlangt werden, wobei auch erforderlichenfalls zwecks Aufrechterhaltung eines Parallelspaltes
un
er Zuhilfenahme der Wärmeleitkörper eine gleich-
| mäßige'Järmeabfuhr erreicht werden kann. |
| wenn zur Herstellung einer dynamischen Tragwirkung thermi- |
| sehe Verwerfungen gewünscht werden, kann der Fachmann auf |
verhältnismäßig einfache reise die Form und Anordnung der für eine bestimmte Verwerfung
erforderlichen Wärmeleitkörper bestimmen, wodurch dann bewirkt wird, daß die Dichtfläche
des Gegenlaufringes eine vorbestimmte Helligkeit annimmt, wodurch sich im Dichtspalt
Segmentflächen mit unterschiedlicher Schmierschichthöhe ergeben, in denen sich ein
hydrodynamischer Druck sowie zusätzliche Schmier-und Kühlfelder ausbilden können.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Gegenlaufring
mit im wesentlichen achsparallel zwischen der Dichtfläche und dem Kanal verlaufenden
Bohrungen versehen sein, die mit wenigstens einer auf gleichem Radius im Gleitring
angebrachten Bohrungen zusammenwirken. Die Bohrung oder die Bohrungen des Gleitringes
sind von dessen Dichtfläche zunächst im wesentlichen achsparallel und dann vorzugsweise
in radialer Richtung nach außen geführt. Es soll jedoch auch vorbehalten bleiben,
die Bohrungen des Gleitringes achsparallel durch diesen hindurchzuführen.
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Zweckmäßigerweise werden über den Umfang von Gleit-bzw.
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Gegenlaufring im gleichen winkelabstand mehrere Bohrungen vorgesehen.
Auf diese Weise wird eine intermittierende
Kühlmittelströmung erreicht,
wobei die Strömungsrichtung von den jeweiligen Druckverhältnissen abhängt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. In der
Zeichnung zeigen : Fig. 1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Gleitringdichtung, Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Schnittansicht einer weiteren
Ausgestaltung mit in der Kühlmittelleitung
| angeordnetenWärmeleitkörpern, |
Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 mit axial
zwischen Gleitring und Gegenlaufring angebrachten Strömungsmittelführungen.
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Ein Gegenlaufring 1 ist in eine entsprechende Ausnehmung des Maschinengehäuses
3 eingesetzt, wobei Dichtungselemente 2 eine Abdichtung gegenüber dem Flüssigkeitsinnendruck
P1 und dem Sperrdruck P3 bewirken. Dieser Gegenlaufring 1 ist ortsfest im Maschinengehäuse
3 angeordnet. Er weist einen ringsumlaufenden Kanal 10 auf, der am äußeren Umfang
offen ist und in den im wesentlichen radial verlaufende Leitungen 4 und 5 des Maschinengehäuses
3 einmünden. Die Bleitung 4 kann z. B. als Zulaufleitung ausgebildet sein, während
| die Leitung 5 als Abflußleitung dient, so daß das Kühlmittel |
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in zwei parallelen Strömen beidseitig um die im Winkel von 1800
herumfließen kann.
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Gegen den flüssigkeitsgekühlten Gegenlaufring 1 läuft der auf der
welle fest angeordnete Gleitring 6 an.
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Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1, mit dem Unterschied, daß in dem Kanal 10 des Ringes 1 Wärmeleitkörper
in Gestalt von Stegen 7 angeordnet sind. Die Anordnung und Gestalt der Stege 7 längs
des Umfanges, richtet sich nach den anzustrebenden Abkühlungsverhältnissen und durch
entsprechenden Winkelabstand der einzelnen Wärmeleitkörper 7 und ihre Ausbildung
hinsichtlich der Kühlfläche kann eine hydrodynamische Tragwirkung durch thermische
Verwerfung der Dichtungflächen erlangt werden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind in dem Gegenlaufring
1 mehrere axial verlaufende Bohrungen 8 vorgesehen, die die Dichtfläche des Gegenlaufringes
mit dem Kanal 10 verbinden. Es kann eine einzige Bohrung 8 vorgesehen werden, zweckmäßigerweise
werden jedoch im gleichen Winkelabstand mehrere Bohrungen in dem Gegenlaufring vorgesehen.
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Mit den Bohrungen 8 wirken Anschlußbohrungen 9 des Gleitringes 6 zusammen,
die zunächst in axialer Richtung verlaufen und dann-radial nach außen geführt sind.
Je nach den herrschenden Druckverhältnissen kann die Leitung 4a
des
Gehäuses 3 als Zulauf-bzw. Ablaufleitung ausgebildet sein und die Strömung verläuft
entweder von der Bohrung 9 nach der Bohrung 8 oder umgekehrt. Auch durch diese Ausbildung
der Axialbohrungen, die zusätzlich zu den Värmeleitkörpern oder auch ohne diese
Anwendung finden können, kann ebenfalls eine differentielle Abkühlung bewirkt und
in gewünschter Weise gesteuert werden.
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Die Anschlußbohrungen 9 können, wie in Fig. 3 dargestellt, entweder
mit dem Innendruck P1 in Verbindung stehen, sie können jedoch auch dem Außendruck
P2 ausgesetzt werden, indem die Bohrungen 9 an den inneren Durchmesser des Gleitringes
6 geführt sind. Es ist möglich durch die Wahl des Verhältnisses zwischen Innendruck
P1 und Sperrdruck p3 die Dichtung mit Flüssigkeitsausspritzung (p. > p3) oder
mit Flüssigkeiteinspritzung (p3 > p1) zu bauen. Jedes-mal wenn die Bohrungen
8 und 9 sich einander überdecken wird eine geringe Kühlflüssigkeitsmenge, die auch
eine Schmierwirkung übernimmt, ein-oder ausgespritzt. Für den Fall, daß die Bohrung
9 mit dem Außendruck P2 in Verbindung steht, ist noch eine Leck-Auffangvorrichtung
vorzusehen, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist.