DE1913397A1

DE1913397A1 - Gleitringdichtung mit Pumpvorrichtung

Info

Publication number: DE1913397A1
Application number: DE19691913397
Authority: DE
Inventors: Mayer Dr-Ing Ehrhard; Rudolf Koch
Original assignee: FEODOR BURGMANN JR ASBEST und
Current assignee: FEODOR BURGMANN JR ASBEST und
Priority date: 1969-03-17
Filing date: 1969-03-17
Publication date: 1970-09-24
Also published as: CH489732A; DE1913397C3; GB1282915A; US3746350A; FR2037367A5; DE1913397B2

Description

Gleitringdichtung mit Pumpvorrichtung.

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit mindestena einer benachbart zur Gleitfläche innerhalb der die Dichtung aufnehmenden Wellendurchtrittsbohrung angeordneten, für die Umwälzung eines Kühl-, Schmier- oder Sperrmediums dienenden Pumpvorrichtung, deren mit der Welle umlaufender Teil ein für die förderung dee Mediums bestimmtes, die Welle koaxial umgebendes Außengewinde aufweist.

Bei einer derartigen bekannten Gleitringdichtung dient die Pumpvorrichtung in der Regel dazu, ein flüssiges Kühlmittel zu einer

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außerhalb der Dichtung angeordneten Wäremetauseher und zurück zur Dichtung zu fördern.. Nachteilig ist bei solchen Pumpvorriehtungeh, deren mit der Welle umlaufendes Außengewinde von einer glatten, stationären zylindrischen Bohrung umgeben ist, daß die erforderliche Zirkulationsmenge und damit eine ausreichende Kühlung erst bei hohen Drehzahlen erreicht werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, daß mit dem bekannten IFördergewinde nur bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten ein ausreichender Druck erzaugt werdeiykann, der den Strömungswiderstand des Zirkulationspfades, in dem erforderlichenfalls auch noch Magnetfilter, Abscheider und dergl. angeordnet sind, überwinden kann.

Andere, für Gleitringdichtungen bekannte Pumpvorrichtungen benötigen relativ große radiale Bauhöhe und können daher nicht in der die Dichtung aufnehmenden Wellendurchtrittsbohrung angeordnet werden oder besitzen einen sehr schlechten Wirkungsgrad, was alleine schon wegen der dadurch erzeugten zusätzlichen Erwärmung des Kühlmediums ungünstig ist.

Die Erfindung hat sich die ^ufgabe gestellt, eine Gleitringdichtung zu schallen, deren Pumpvorrichtung kleine radiale Bauhöhe aufweist und bereits bei relativ kleinen Drehzahlen einen hohen Föderdruck und Durchsatz des geförderten Mediums aufweist.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer gleitringdichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß ein relativ zur Wellendurch-

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trittsbohrung feststehendes Innengewinde mit geringem radialen Abstand das Außengewinde umgibt und daß die Steigung dieses Innengewindes gegenläufig zu der des Außengewindes ausgebildet ist. Versuche haben ergeben, daß der von einer solchen Pumpvorrichtung erzeugte Druck bis um 8-fach höher als bei einem in einer glatten Bohrung umlaufenden 1 Ordergewinde ist, wobei ein sehr hoher hydraulischer Wirkungsgrad erzielt werden kann.

Hach der Erfindung wird das Innengewinde vorzugsweise in einer getrennten, unbeweglich in der Wellen-Durchtrittsbohrung eingesetzten Buchse ausgebildet.

Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Außengewinde auf einem mit der Welle umlaufenden, aber axial hierzu beweglichen Bauteile,¹ vorzugsweise dem rotierenden G-leitriiig selbst, anzuordnen und den durch die Förderung des Mediums auf das Außengewinde erzeugten axialen Reaktionsschub zu einer drehrichtungsabhängigen bzw. drehzahlabhängigen Änderung der Anpress kraft des (rleitringes am Gegenring zu verwerten.

V/eitere. Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden. Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand dor Zeißh-

In den Zeichnungen zeigt ι

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!ig. 1 einen axialen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung, "bei der das der Förderung dienende Außengewinde auf einer den umlaufenden Gegenring tragenden Hülse angeordnet ist;

!ig.. 2 einen axialen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung, bei der das Außengewinde auf einer den umlaufenden Gieitring tragenden Hülse angeordnet und ein den i'lüssigkeits— strom zur Gleitfläche lenkendes Gleitbleck vorgesehen ist.

!'ig. 3 einen axialen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung, bei der das Außengewinde aui' einer getrennten Buchse ausgebildet ist;

Pig. 4 einen axialen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten, doppelt wirkende Sleitringdichtung, bei der zwei Paare von Außen- und Innengewinden vorgesehen sind und

i'ig« 5 einen axialen Schnitt durch eine vierte Aus-009839/1096 " ³ ~

führungsform einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung, "bei der die Anpreßfeder des * * Gleitringes das I¹ order gewinde bildet.

Im folgenden sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit übereinstimmenden "Bezugszeichen versehen.

Bei der Ausführungsform der Fig.1.ist drehfest mit einer Welle 1 eine Wellenhülse 2 verbunden, auf der eine Trägerhülse 3b angeordnet ist, welche eine Schraube 4 unbeweglich festhält. Ein O-Ring 6 in einer Rinnut 5 der Trägerhülse 3b dichtet diese gegen die Wellenhülse 2 ab„ In der Trägerhülse 3b ist ein Gegenring 7b starr gelagert, gegen den ein feststehender Gleitring 8a anliegt, der starr in einer Trägerhülse 9a gelagert ist, die ihrerseits in einer Ringnut 10 eines die Wellendurchtrittsbohrung 11 des Gehäuses 12 abschließendes Deckels 13 mittels eines 0-Ringes drehfest aber axial beweglich gelagert und über i'edern 14a abgestützt ist.

Am äußeren Umfang der Trägerhülse 3b ist ein mehrgängiges Außengewinde 15 mit im axialen Schnitt rechteckiger Querschnittsform eingeschnitten.

Mit geringem radialen Abstand ist die in ihrer Hüllfläche zylindrieche Trägerhülse 3b von einer Buchse 16 von angenähert der gleichen axialen Längeyümgeben, welche unbeweglich in die Wellen-

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durch.trittsbohrung 11 eingesetzt ist₀ In der zylindrischen Bohrung der Buchse 16 ist ein der Trägerhülse 3b gleichartiges, aber entgegengesetzte Gangrichtung aufweisendes (gegenläufiges) Gsrin— de 17 eingeschnitten.

Beide Gewinde 15 und 17 bilden den aktiven Teil einer Pumpvor·-» richtung, welche bei umlaufender Welle 1 ein Kühl—, Schmier- oder Sperrmedium über eine im Gehäuse 12 vorgesehene Einlaßboh—. rung 18 ansaugt und über die Gegen- und Gleitringe 7b, 8a hinweg zu einer durch den Deckel 13 geführten Auslaßbohrung 19 ' fördert_o Die Einlaß- und Auslaßbohrungen 1-8,19 sind über Rohrleitungen mit einem Wärmetauscher verbunden (nicht dargestellt)_r der das Medium abkühlt, bevor es wieder in die Dichtung, eintritt.

Die Schraube 4 wird vorzugsweise in der Nähe des axialen En'dbereiches des Gewindes 15 vorgesehen, da dann nur eine geringe "Reduzierung des hydraulischen Wirkungsgrades wegen der Störung im Verlauf der i¹ ördergewindegänge eintritt. Durch Änderung der Gang— zahl, Steigung und Nutenabmessungen kann die erforderliche Fördermenge und der Förderdrucke erhalten werden.

Die Ausführungsform gemäß Fig.2 unterscheidet aich von der vorstehend beschriebenen dadurch, daß der in eine Trägerhüise 9b eingesetzte und in axialer Richtung durch eine Feder 14babge- . stützte Gleitring 8b mit der Welle umlauft, während der Gegenring 7a stationär ausgebildet ist und über zwei O-Ringe 6"b .In

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einem zweiteiligen Deckel 15' _f13« · gelagert ist. In der Radialebene des Dichtspaltes zwischen den Gleitring 8b und dem Gegenring 7b ist eine ringförmiges Leitblech 20 vorgesehen, das die Kühlmittelströmung in die unmittelbare Nähe des Dichtspaltes lenkt.

Das der Förderung des Mediums dienende Innengewinde ist wie bei der erstgenannten Ausführungsform in einer getrennt in die Wellendurchtrittsbohrung 11 eingesetzten Buchse 16 ausgebildet, während das Außengewinde 15 in den zylindrischen Umfang der Trägerhülse 9b eingearbeitet ist„ Der äußere Kühlmittelkreislauf kann gleich dem für die ü^lig.1 beschriebenen ausgebildet sein.

In der Fig.3 ist eine erfindungsgemäß ausgebildete, doppeltwirkende Gleitringdichtung veranschaulicht, wie sie beispielsweise zur Abdichtung eines Kernreaktors bzw. einer hierfür bestimmten Pumpe verwendetmrd. Das Sperrmedium ist hier in dem Raum zwischen den beidun gleit— und Gegenringpäaren 7*a» 8'b und 7^fla, 8^ftb eingeschlossen und zirkuliert über einem Hochdruckwärmetauscher 21, der außerhalb der Dichtung angeordnet ist. Das Sperrmedium hält erfindungsgemäß ein gasbeladener Vorratsbehälter 22 auf einem einige Atmosphären über den höchsten Stopfbuchsendruck befindlichen Druck. Eine weitere Besonderheit besteht daa?in, daß das Außengewinde 15 in eine eigene Hülse 23 eingeschnitten ist, welche die Trägerhülsen 9^fb, 9^lfb auf einen Teil ihrer axialen Erstreckung umgibt und die durch eine Stiftschraube 24 gegen eine

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Bewegung in axialer und in Umfangsrichtung gehindert ist. Eine Innenschulter 25 der das Innengewinde aufweisenden Buchse 16 lagert gleichzeitig den einen stationären Gegenring 7"a.

Bei der. vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, Gleit- und Gegenringe sowie Trägerhülsen normale Bauart zu verwenden, wie sie für die Dichtungen ohne Zirkulation eines Sperrmediums eingesetzt werden«

Bei der weiteren Ausbildungsform gemäß Mg. 4, welche in allen wesentlichen Einzelheiten hinsichtlich des Aufbaues und der Anordnung der ßleit- und Gegenringe der Fig. 5 entspricht, ist keine getrennte Hülse für das Außengewinde 15 vorgesehene Vielmehr ist, ähnlich wie in Fig.2, auf jeden der umlaufenden Gleitringe das Außengewinde 15*. 15*' eingeschnitten, während das zu jedem Außengewinde gehörende Innengewinde 17*,17** auf getrennten Buchsen 16', 16.^fl angeordnet ist. Die Innengewinde 17* _f 17* * sind jeweils gegenläufig zu den Ihnen zugeordneten Außengewinden ) 15*, 15¹¹ ausgebildet, wobei letztere wiederum zueinander gegenläufig sind. Es finden daher eine Förderung des Mediums, abhän-

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gig von der Wellendr ehr ichtung in bzw. aus den zwischen den beiden Buchsen 16*, 16^ft verbleibenden Raum statt, in den auch die Bohrung für den Anschluß des Wärmetauscher 21, im vorliegenden ii'all die Auslaßbohrung 19 mündet, während zwei Einlaßbohrungen 18*, 1-8^fl- jeweils an den axial entgegengesetzt zur Äuslaßbohrung liegenden Stellen der Buchsen 16*, 16^ft münden«

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Gemäß der Ausbildungsform nach i'ig. 5 wird die zweckmäßig mehrgängig und mit recheckigem Querschnitt ausgebildete Anpreßfeder 26 für den umlaufenden Gleitring 8b gleichzeitig als Außengewinde für die Förderung des eingeschlossenen Mediums verwendet, wodurch an Bearbeitungskosten und radialer Bauhöhe gespart werden kann.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist es bei hochbelastet-en Dichtungen zweckmäßig, in den Gleitflächen der Gleitoder Gegenringen (vergl.ü'ig,1,3 und 4) Nuten auszubilden, welche zu gezielten Verwerfungen der Gleitfläche und damit zu einem hydrodynamischen Laufverhalten führen. Diese Nuten sind vorzugsweise kreisbogenförmig ausgebildet und gehen von einer Seite der Dichtung aus und führen an eine andere Stelle des ümfangs wieder zur gleichen Seite zurück«,

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Claims

Patentansprüche.

1.) Gleitringdichtung mit mindestens einer benachbart zur Gleitfläche innerhalb der die Dichtung aufnehmenden Wellendurchtrittsbohrung angeordneten, für die Umwälzung eines Kühl-Schmier- oder Sperrmediums dienenden Pumpvorrichtung, deren mit der Welle umlaufender Seil ein für die !Förderung des Mediums bestimmtes, die Welle koaxial umgebendes Außengewinde aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ zur Wellendurchtrittsbohrung feststehendes Innengewinde (17) mit geringem radialem Abstand das Außengewinde (15) umgibt und daß • die Steigung dieses Innengewindes gegenläufig zu der des Außengewindes ausgebildet ist.

2.) Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengewinde (17) in einer getrennten, unbewegliche in die Wellendurchtrittsbohrung (11) eingesetzten Buchse (16) ausgebildet ist.

3.) Gleitringdichtung naoh Anapruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß da· Außengewinde (15) auf dem mit der Weile umlaufenden Gleit»· oder Gegenring oder einer diteen Trag (3b, 9b) auegebildet let. ....

4.) Gleitringdichtung naoh Anspruch 3, dadurch ge kenne β lohnet, daß die Steigungerichtung, Gangzahl und Quersohnittsform de»

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Außengewindes (15) so gewah.lt ist, daß eine, vor be stimmte drehzahlabhängige Ent- oder Belastung der Gleitfläche durch die bei der Förderung des Mediums entstehende axiale Keaktionskraft erfolgt.

5.)Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außen- und/oder Innengewinde (15, 17) im axialen Schnitt rechteckige Form aufweist_o

6.) Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ,daß das Außengewinde durch eine die Welle (1) koaxial umgebende, ein- oder mehrgängige Schraubenfeder (26) gebildet ist, welche einen umlaufenden Gleitring (8b) in axialer Richtung gegen einen feststehenden Gegenring (7a) vorspännt.

7.) Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengewinde durch eine zur Welle (1) koaxiale, das Außengewinde mit radialem Abstand umgebende, ein- oder mehrgängige Schraubenfeder gebildet ist, welche einen in der Wellendurchtrittsbohrung drehfest gelagerten Gleitring gegen einen mit der Welle umlaufenden Gegenring vorspannt.

8*) Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengewinde und/oder das Außengewinde durch einen - einen Diclrttngsbelag mit an der Mantelfläche schraubenförmig verlaufenden Biegerillen gebildet ist, der einen Gleitring ge-

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gen die Welle (1) bzw. die Wellendurchtrittsbohrung (11) abdichtet»

9.) Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare von jeweils zueinander gegenläufigen Außen- und Innengew+rinden (15%17¹; 15'',17¹O axial hintereinander angeordnet sind und daß die Innengewinde jedes Paares gegenläufig zueinander ausgebildet sind und daß die Einlaßoder Auslaßbohrung in dem Bereich zwischen dem Innengewinden (17*,i7^ff) angeordnet ist.

10.) Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine das umgewälzte Medium an der Gleitfläche vorbeileitendes Leitblech (.20) enthält.

11.) Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gleitfläche (Dichtfläche) des Gleit- oder Gegenringes (8a; 7b, 7*a,· 7**a) hydrodynamisch, wirkende Nuten ausgebildet sind, welche von einer Seite der Dichtung ausgehen und wieder zu demselben Seite zurückführen.

12.) Doppelt wirkende Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der von dm Raum zwischen den beiden Gleit- und Gegenringpaaren aus ge ~

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henden und wieder zurückführenden einen Wärmeaustauscher (21) enthaltenen Zirkulationsleitung, oder mit dem Raum selbst ein gasbeladener Vorratsbehälter (22) verbunden ist, der in dem Raum einen einige Atmosphären,, über den abzudichtenden Druck liegenden Druck aufrecht erhält.

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