DE19727902A1

DE19727902A1 - Axiale Ringspaltdichtung

Info

Publication number: DE19727902A1
Application number: DE1997127902
Authority: DE
Inventors: Gunther Dipl Ing Weser; Joerg Dipl Ing Weser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1998-10-08

Description

Die Erfindung betrifft eine axiale Ringspaltdichtung, bestehend aus mindestens einem an einer abzudichtenden Welle angeordneten Laufring mit einer im wesentlichen senkrecht zur Welle verlaufen den Dichtfläche, und einem gehäusefesten Standring mit einer kom plementären Dichtfläche. Bei genau senkrecht zur Welle verlaufen der Dichtfläche ist diese dabei kreisringförmig ausgebildet. Dies ist der Regelfall, jedoch sind konstruktive Gestaltungen denkbar, bei denen die Dichtflächen leicht konisch ausgebildet sind und demgemäß mit der Welle einen vom rechten Winkel abweichenden Win kel einschließen.

Axiale Ringspaltdichtungen werden insbesondere überall dort ver wendet, wo eine rotierende Welle aus einem Gehäuse, beispielsweise einem Mischbehälter o. ä., herausgeführt werden muß, wobei Druck räume unterschiedlichen Druckes gegeneinander abgedichtet werden müssen. Das Prinzip der axialen Ringspaltdichtung ist für einen weiten Drehzahlbereich geeignet und beruht auf dem Prinzip der Gasschmierung. Durch die Gasschmierung ist eine nahezu verschleiß freie dynamische Abdichtung mit minimaler Leckage möglich. Bei den bekannten axialen Ringspaltdichtungen ist jedoch eine gewisse Min destdrehzahl notwendig, um einen ordnungsgemäß arbeitenden gasdy namischen Schmierfilm erzeugen zu können, so daß die Gleitflächen von Laufring und Standring zuverlässig voneinander getrennt wer den. Um auch bei niedrigeren Drehzahlen eine tragfähige Schmierung zu gewährleisten, sind Ausführungsformen von Gleitringdichtungen bekannt, bei denen Laufring oder Standring in der Dichtfläche Nu ten aufweisen, die bis zum äußeren radialen Rand des Ringes rei chen und den Aufbau eines gasdynamischen Schmierfilmes durch eine gewisse Pumpwirkung unterstützen. Ein Beispiel für einen solchen Dichtring findet man in US 5,441,283.

Trotz der Verwendung von Pumpnuten ist es bei den bisherigen Aus führungsformen problematisch, daß die Gleit- oder Dichtflächen von Standring und Laufring Mindestdrehzahlen für die Ausbildung eines stabilen Gasfilmes benötigen, und daß das Mischreibungsgebiet beim Anfahren und Abbremsen der Maschine, deren Welle abgedichtet wer den soll, durchfahren werden muß, was zwangsläufig mit Verschleiß verbunden ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine axiale Ring spaltdichtung zu schaffen, die auch bei niedrigen Drehzahlen ver schleißfrei arbeitet, so daß ein sicherer verschleißfreier Betrieb von axialen Gleitringdichtungen auch unter erschwerten Bedingungen und bei niedrigen Drehzahlen gewährleistet ist.

Die Lösung der Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen axialen Ring spaltdichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Standring mehrere Bohrungen zum Aufbau eines statischen Gasschmierdrucks aufweist. Dabei wird der statische Gasschmierdruck durch eine externe Pumpe o.ä. erzeugt.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, daß eine geregelte Druckquelle zum Aufbau und zur Steuerung und Regelung des statischen Druckes verwendet wird. Auf diese Weise läßt sich der im Ringspalt herr schende Druck als Regelgröße auf einen definierten Wert einstel len. Zum Abgreifen des im Ringspalt herrschenden Drucks kann eine Hilfsbohrung vorgesehen sein. Der statische Druck kann auch dreh zahlabhängig gesteuert werden.

Zusätzlich zu der erfindungsgemäß vorgesehenen Möglichkeit, bei niedrigen Drehzahlen einen statischen Gasschmierdruck zuzuleiten, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß einer der Ringe, insbe sondere der Laufring, zusätzlich Nuten zum Aufbau eines dynami schen Gasschmierdruckes aufweist. Diese zusätzlichen Nuten (beson dere Form und Anordnung) können bei höheren Drehzahlen die Schmierfunktion allein übernehmen, so daß die statische Gasversor gung entsprechend verringert werden kann, wenn die Anfahr- und Abfahrvorgänge beendet sind bzw. das extrem niedrige Drehzahlge biet verlassen wird.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, daß die Begrenzungskanten der Nuten zumindest eine Sprungstelle aufweisen, um eine zusätzliche Drucksteigerung zu bewirken.

Entsprechend dem abzudichtenden Druckgefälle werden die Nuten be ginnend am Außenkreis oder beginnend am Innenkreis angeordnet, wobei die Anfänge der Nuten auf der Seite des höheren Druckes lie gen. Dabei kann vorteilhaft insbesondere vorgesehen sein, daß die Bohrungen zur Zuleitung des statischen Gasschmierdruckes auf einem Teilkreis mit einem Radius angeordnet sind, der entweder kleiner ist als der radiale Mittelpunktsabstand der radial inneren Enden der am Außenkreis beginnend angeordneten Nuten oder größer ist als der radiale Mittelpunktsabstand der Enden der am Innenkreis begin nenden Nuten.

Bei Anordnung der zusätzlichen Nuten zum Aufbau eines dynamischen Gasschmierdruckes in der Dichtfläche des Standringes, kann es be vorzugt vorgesehen sein, daß die Bohrungen zum Aufbau des stati schen Gasschmierdruckes in den Enden der Nuten oder in der Nähe der Nutenden innerhalb der Nuten angeordnet sind. Dadurch wird eine sich addierende Drucksteigung von dynamisch und statisch er zeugtem Gasschmierdruck an der Stelle erzielt, an der sich das durch die zusätzlichen Nuten dynamisch erzeugte Druckmaximum aus bildet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße axia le Ringspaltdichtung,

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform mit zwei Einzel dichtungen in spiegelbildlicher Anordnung,

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Standring,

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Laufring,

Fig. 5 eine modifizierte Ausführungsform des Laufringes gemäß Fig. 4,

Fig. 6 eine weiter modifizierte Ausführungsform des Lauf ringes gemäß Fig. 4,

Fig. 7 eine modifizierte Ausführungsform des Standringes gemäß Fig. 3 mit zusätzlichen am Außenkreis begin nenden Nuten, und

Fig. 8 eine modifizierte Ausführungsform des Standringes gemäß Fig. 3 mit zusätzlichen am Innenkreis begin nenden Nuten.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße axiale Ringspaltdichtung 10 zur Abdichtung der Durchführung einer Welle 12 durch eine Gehäuse wandung 14, die zwei Räume unterschiedlichen Drucks voneinander trennt, beispielsweise den Innenraum eines Mischbehälters von der Umgebungsluft. Die Welle 12 weist einen Absatz 16 für einen Halte ring 18 mit einem erfindungsgemäßen Laufring 20 auf. Der Laufring 20 läuft mit einer Dichtfläche 22 auf einer Dichtfläche 24 eines erfindungsgemäßen Standringes 26, wobei die beiden Dichtflächen 22 und 24 idealerweise durch einen ausreichend tragfähigen Gas schmierfilm getrennt sein sollen. Der Standring 26 ist mittels Befestigungsschrauben 28 an einem axial beweglichen Trägerring 30 befestigt. Ein federartig ausgebildeter Metall-Faltenbalg 32 er zeugt eine gewisse Vorspannung, mit der der Standring 26 gegen den Laufring 20 gedrückt wird.

Zum Erzeugen eines die Dichtflächen 22 und 24 voneinander trennen den Gasschmierdrucks auch bei niedrigen Drehzahlen weist der Standring 26 kalibrierte Bohrungen 34 auf.

Über eine Bohrung 36 im Trägerring 30 sowie eine Kreisringnut 35 geringer Tiefe im Standring 26 besteht so die Möglichkeit zur Zu führung eines statischen Druckes zum Aufbau eines tragfähigen Gas schmierfilms bei niedrigen Drehzahlen. Zur Zuleitung des Sperrme diums mit dem entsprechenden statischen Druck dient eine Versor gungsleitung 38, die zum Ausgleich der axialen Bewegung wendelför mig ausgebildet ist. Das Sperrmedium wird der Versorgungsleitung 38 über eine entsprechend Bohrung 40 in der Gehäusewandung 14 und einem Anschluß 42 zugeleitet. Am Anschluß 42 kann eine geregelte Druckquelle angeschlossen sein, wobei der im Ringspalt zwischen den Dichtflächen 22 und 24 herrschende Druck durch eine geeigne te - nicht dargestellte - Hilfsbohrung abgegriffen werden kann.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der zwei axia le, erfindungsgemäße Ringspaltdichtungen spiegelbildlich zueinan der angeordnet sind.

Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche Teile wie in Fig. 1.

An einem mittleren Widerlager 44 stützen sich zwei Faltenbälge 32 aus Metall ab, die eine gewisse federnde Wirkung entfalten und die Standringe 26 oben und unten in Fig. 2 gegen die jeweiligen Lauf ringe 20 drücken. Die Laufringe 20 liegen in einem oberen und ei nem unteren Haltering 18. Der untere Haltering 18 liegt an einem Absatz 16 an. Eine Distanzhülse 46 und ein Sprengring 48 positio nieren oberen und unteren Haltering 18 relativ zueinander.

Im Widerlager 44 ist eine Versorgungsbohrung 49 eingebracht, durch die das Sperrgas mit einem geregelten Druck über die Zuführung 42 zugeführt wird. Zwischen Welle 12 bzw. Distanzhülse 46 und den Faltenbälgen 32 wird ein hohlzylinderförmiger Leitraum 50 gebil det. Aus dem Leitraum 50 wird über die bereits in Fig. 1 be schriebenen rechtwinklig zueinander angeordneten Versorgungsboh rungen 36 im Trägerring 30 Druck auf die Bohrungen 34 geleitet, die untereinander mittels einer Ringnut 35 im Standring 26 verbun den sind.

Auf diese Weise kann ohne Verwendung einer wendelförmigen Zulei tung, wie in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 38 bezeichnet und er läutert, der notwendige statische Gasschmierdruck zu beiden Ring spaltdichtungen 10 geleitet werden. Fig. 3 zeigt einen erfin dungsgemäßen Standring 26 mit Blickrichtung auf die Dichtfläche. Zu erkennen sind Bohrungen 29 zur Aufnahme der Befestigungsschrau ben 28 sowie die kalibrierten Bohrungen 34 zur Zuführung des sta tischen Gasschmierdrucks.

Auf der der Blickrichtung abgewandten Seite sind die Bohrungen 34 durch eine eingelassene flache Nut 35, die bis auf ihre Breite im wesentlichen dem Teilkreis entspricht, miteinander verbunden, so daß der - vgl. Fig. 1 - durch die rechtwinklig zueinander ange ordneten Bohrungen 36 im Trägerring 30 zugeführte Druck auf die Bohrungen 34 verteilt wird.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Dichtfläche eines Laufrings 20 mit eingelassenen Nuten 52 für den dynamischen Druckaufbau. Die Begrenzungskanten der Nuten zur Dichtfläche hin weisen jeweils Sprungstellen 54 auf, um einen zusätzlichen Druckaufbau zu erzeu gen. Die Nuten 52 sind unter einem spitzen Winkel zum Umfang des Laufringes 20 hin angeordnet, so daß die Drehrichtung vorgegeben ist.

Die inneren Enden der am Außenring beginnenden Nuten 52 liegen auf einem Kreis mit einem Radius r_N. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß Standring 26 und Laufring 20 so gestaltet werden, daß der Ra dius r_B des Teilkreises 35, auf dem die Bohrungen 34 zur Zuführung des statischen Gasschmierdruckes liegen, kleiner ist als der Radi us r_N, auf dem die Enden der am Außenring beginnenden Nuten 52 lie gen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen alternative Ausführungsformen des Lauf ringes 20, bei dem die Sprungstellen 54 in den Begrenzungskanten der Nuten variiert sind.

Fig. 7 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Standringes 26, der über die erfindungsgemäßen Versorgungsbohrungen 34 zum Aufbau eines statischen Gasschmierdruckes hinaus Nuten 52 zum Auf bau eines dynamischen Schmierdruckes aufweist.

Auch bei dieser Ausführungsform ist der Radius r_B des Teilkreises der Bohrungen 34 kleiner gewählt als der Radius r_N, der den nuten freien Bereich des Ringes beschreibt.

Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Standringes 26, der über die erfindungsgemäßen Versorgungsbohrungen 34 zum Aufbau eines statischen Gasschmierdruckes hinaus am Innenkreis beginnende Nuten 52 zum Aufbau eines dynamischen Schmierdruckes aufweist.

Bei dieser Ausführungsform ist der Radius r_B des Teilkreises der Bohrungen 34 erfindungsgemäß größer gewählt als der Radius r_N, der den nutenfreien Bereich des Ringes beschreibt, da hier die Nuten am Innenkreis beginnend angeordnet sind.

Bezugszeichenliste

10

axiale Ringspaltdichtung

12

Welle

14

Gehäusewandung

16

Absatz

18

Haltering

20

Laufring

22

Dichtfläche

24

Dichtfläche

26

Standring

28

Befestigungsschraube

29

Bohrung

30

Trägerring

32

Metall-Faltenbalg

34

kalibrierte Düsen

36

Bohrung

38

Versorgungsleitung

40

Bohrung

42

Anschluß an geregelte Druckquelle

44

Widerlager

46

Distanzhülse

48

Sprengring

49

Versorgungsbohrung

50

hohlzylinderförmiger Leitraum

52

Nuten

54

Sprungstelle
r_B

Radius
r_N

Mittelpunktsabstand

Claims

1. Axiale Ringspaltdichtung, bestehend aus mindestens einem an einer abzudichtenden Welle (12) angeordneten Laufring (20) mit einer im wesentlichen senkrecht zur Welle (12) verlaufen den Dichtfläche (22), und einem gehäusefesten Standring (26) mit einer komplementären Dichtfläche (24), dadurch gekenn zeichnet, daß der Standring (26) mehrere Bohrungen (34) zum Aufbau eines statischen Gasschmierdrucks aufweist.

2. Axiale Ringspaltdichtung (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine geregelte Druckquelle (42) zum Aufbau und Regeln des statischen Druckes.

3. Axiale Ringspaltdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der im Ringspalt herrschende Druck als Regel größe über eine Hilfsbohrung abgegriffen wird.

4. Axiale Ringspaltdichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufring (20) oder der Standring (26) zusätzliche Nuten (52) zum Aufbau eines dynamischen Gasschmierdruckes aufweist.

5. Axiale Ringspaltdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Nuten (52) radial unter einem Winkel ange ordnet sind.

6. Axiale Ringspaltdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Begrenzungskanten der Nuten (52) zumindest eine Sprungstelle (54) aufweisen.

7. Axiale Ringspaltdichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend dem abzudichtenden Druckgefälle die Nuten beginnend am Außenkreis oder beginnend am Innenkreis angeordnet sind, wobei der Anfang der Nuten (52) auf der Seite des höheren Druckes liegt.

8. Axiale Ringspaltdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bohrungen (34) zum Aufbau eines statischen Gasschmierdrucks auf einem Teilkreis mit einem Radius (r_B) angeordnet sind, der kleiner ist als der radiale Mittel punktsabstand (r_N) der radial inneren Enden der am Außenkreis beginnend angeordneten Nuten (52).

9. Axiale Ringspaltdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bohrungen (34) zum Aufbau eines statischen Gasschmierdrucks auf einem Teilkreis mit einem Radius (r_B) angeordnet sind, der größer ist als der radiale Mittelpunkts abstand (r_N) der radial äußeren Enden der am Innenkreis begin nend angeordneten Nuten (52).

10. Axiale Ringspaltdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Nuten (52) zum Aufbau eines dynamischen Gasschmierdruckes in der Dichtfläche (22) des Laufringes (20) angeordnet sind.

11. Axiale Ringspaltdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Nuten (52) zum Aufbau eines dynamischen Gasschmierdruckes in der Dichtfläche (24) des Standringes (26) angeordnet sind und daß die Bohrungen (34) zum Aufbau eines statischen Gasschmierdruckes in den Enden der Nuten oder in der Nähe der Nutenden innerhalb der Nuten (52) ange ordnet sind.

12. Axiale Ringspaltdichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ringspaltdichtungen (10) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, und der zwischen den beiden Einzeldichtungen verbleibende Bauraum durch ent sprechende dichtende Wandungen (14, 32) abgeschlossen wird, so daß gegenüber der Welle (12) ein hohlzylinderförmiger Lei traum (50) zur Zuführung des statischen Gasschmierdruckes entsteht.

13. Axiale Ringspaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung des statischen Gas schmierdruckes zu den Bohrungen (34) im Standring (26) eine wendelförmig ausgebildete, die Welle (12) umgebende Zuführ leitung (38) dient.

14. Axiale Ringspaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung des statischen Gasschmierdruckes zu den Bohrungen (34) im Standring (26) durch einen konzentrisch zwischen Welle (12) und ersten Me tall-Faltenbalg (32) angeordneten zweiten Metall-Faltenbalg ein ringförmiger Leitraum zwischen beiden Metall-Faltenbälgen entsteht, über den das Schmiergas von (42) zu den Bohrungen (34) zugeführt wird.