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Die Erfindung betrifft eine Montageanordnung
für die
Montage eines ersten Gleitringes einer einen ersten und zweiten
Gleitring umfassenden Gleitringdichtungsanordnung an einem rotierenden Bauteil
gemäss
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner eine zur Verwendung
bei einer derartigen Montageanordnung optimierte Gleitringdichtungsanordnung.
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Eine bekannte Montageanordnung der
gattungsgemässen
Art ist in 1 gezeigt
und wird nachfolgend näher
beschrieben. Diese Montageanordnung erfordert für die Übertragung einer Drehkraft von
einem rotierenden Anlageteil, z.B. einem Pumpenlaufrad, auf den
betreffenden Gleitring das Vorsehen von Mitnehmerelementen zwischen
den Teilen, wodurch nicht nur die Montage erschwert wird und die
Anzahl an Bauteilen erhöht
ist, sondern auch Modifikationen, z.B. Aussparungen, am Gleitring
vorgenommen werden müssen,
in die die Mitnehmerelemente eingreifen können. Aussparungen sind insbesondere
bei Gleitringen aus verschleissfesten keramischen Materialen unerwünscht, da
sie sowohl schädliche
Auswirkungen auf die Festigkeit als auch das Verformungsverhalten
der Gleitringe bei erhöhten
Temperaturen haben können.
Ausserdem bedingt die Einhaltung einer bestimmten Ausrichtung des
Gleitringes in Bezug einen damit zusammenwirkenden drehfest gehaltenen
Gegenring, dass die Anlageverhältnisse
des Gleitringes am Anlageteil präzise
definiert sein müssen,
was entsprechend fein bearbeitete und genau ausgerichtete Anlageflächen erforderlich
macht. Bei Betrieb infolge von Temperaturänderungen auftretende Formänderungen
können hierbei
leicht unerwünschte
Effekte ausüben. Schliesslich
erfordert die bekannte Anordnung das Vorsehen einer Sekundärdichtung
in Gestalt eines O-Ringes oder dgl., um den Gleitring gegenüber dem rotierenden
Bauteil, z.B. einer Wellenbuchse abzudichten. Die Sekundärdichtung
hat notwendigerweise einen einschränkenden Einfluss auf den gewünschten
Lossitz, mit dem der Gleitring auf der Wellenbuchse angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Montageanordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die
bei vereinfachtem Aufbau eine Montage einer Gleitringdichtungsanordnung
mit verringertem Aufwand ermöglicht,
wobei das Betriebsverhalten der Gleitringdichtungsanordnung wenigstens dem
aufgrund von herkömmlicher
Montage entsprechen sollte, vorzugsweise jedoch verbessert ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird auf
den Anspruch 1 verwiesen.
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Ein Merkmal der Erfindung ist, dass
der rotierende Gleitring nicht mehr in unmittelbarer Anlage mit dem
Anlageteil, z.B. dem Pumpenlaufrad einer Kreiselpumpe, steht bzw.
an diesem abgestützt
ist, so dass an die Beschaffenheit der betreffenden Anlageflächen keine
speziellen Anforderungen gestellt werden. Diese Flächen erfordern
deshalb keinerlei Oberflächenbearbeitung.
Auch spielt es keine Rolle, ob zwischen dem Anlageteil und dem Gleitring
eine bestimmte genaue Ausrichtung eingehalten ist. Denn erfindungsgemäss ist zwischen
dem Anlageteil und dem Gleitring eine Spannanordnung vorgesehen,
die einerseits den Gleitring klemmend lagefixiert und zwar so, dass
eine gewünschte
ausgerichtete Beziehung des Gleitringes zu dem stationären Gegenring eingenommen
und bei Betrieb aufrechterhalten wird, und andererseits dafür sorgt,
dass von dem Anlageteil auf den Gleitring eine Drehkraft übertragen
wird, so dass sich beide Teile gemeinsam drehen.
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Da durch die Spannanordnung der Gleitring mit
einer axialen, ausreichend hohen Spannkraft beaufschlagt ist, um
den Gleitring gegen eine Schulterfläche eines rotierenden Bauteiles,
z.B. einer Wellenbuchse, zu drücken,
kann bei der Erfindung ein gesondertes Sekundärdichtungselement, z.B. in
Gestalt eines O-Ringes, weggelassen werden, indem dessen Funktion
von den zusammenwirkenden Flächen
zwischen dem Gleitring und der Schulter übernommen wird. Dadurch wird
gleichzeitig die Lossitzeigenschaft des Gleitringes auf dem rotierenden Bauteil
bzw. der Wellenbuchse verbessert. Gleichzeitig ermöglicht dies
eine verringerte Bauhöhe
des Gleitringes, was eine geringere Masse und damit geringere auf
den Gleitring bei Betrieb einwirkende Zentrifugalkräfte zur
Folge hat.
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Da keine Massnahmen am Gleitring
vorgesehen werden brauchen, um eine drehkraftübertragende Beziehung zwischen
dem Gleitring und dem Anlageteil zu erhalten, kann der Gleitring
eine gewünschte
einfache rechteckförmige
Querschnittskonfiguration haben. Diese ist von besonderem Vorteil
insbesondere dann, wenn der Gleitring aus hoch verschleissfesten
keramischen Materialien zu bilden ist. Gleichzeitig wird hierdurch
die Gefahr nicht vorhersehbarer, durch Querschnittsunregelmässigkeiten
hervorgerufener Verwerfungen des Gleitringes bei Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung
wesentlich herabgesetzt.
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Die genaue Ausrichtung des Gleitringes
in Bezug auf den Gegenring und die Einhaltung dieser Ausrichtung
bei Betrieb ist gewährleistet.
Dabei können
Formänderungen
am Gleitring infolge sich bei Betrieb ändernden Temperaturen zu keinen
Verwerfungen des Gleitringes führen,
da die Spannanordnung ein flexibles Nachgeben auf derartige Formänderungen
ermöglicht.
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Damit eignet sich die Erfindung insbesondere
zur Anwendung bei Gleitringdichtungsanordnungen, die für die Abdichtung
gasförmiger
Medien ausgelegt sind, wobei die Einhaltung bestimmter Konfigurationen
eines zwischen den zusammenwirkenden Gleitringen gebildeten Dichtspaltes
von besonderer Bedeutung für
eine minimale Leckage ist.
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Die Gleitringdichtungsanordnung selbst kann,
wie zuvor schon angedeutet wurde, einen vereinfachten Aufbau haben.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist daher eine in dieser Hinsicht
verbesserte Gleitringdichtungsanordnung zur Verwendung bei einer Montageanordnung
mit dem vorerwähnten
Aufbau. Die Vereinfachung äussert
sich insbesondere in der einfachen rechteckförmigen Querschnittskonfiguration
des rotierenden Gleitringes der Gleitringdichtungsanordnung, der
frei von Aussparungen oder anderen Querschnittsunregelmässigkeiten
sein kann.
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Bezüglich vorteilhafter Weiterbildungen
der Erfindung kann auf die Unteransprüche verwiesen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
einer Ausführungsform
und der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 in
geschnittener Ansicht eine herkömmliche
Montageanordnung für
eine Gleitringdichtungsanordnung herkömmlicher Bauart, dargestellt
in Verbindung mit der Abdichtung einer Pumpenlaufradwelle gegenüber einem
Gehäuse,
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2 in
einer Ansicht ähnlich 1 eine Montageanordnung
und Gleitringdichtungsanordnung gemäss der Erfindung, und
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3 in
vergrösserter
Ansicht ein Detail von 2.
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Obschon die Erfindung nachfolgend
in Verbindung mit der Abdichtung der Antriebswelle des Laufrades
einer Kreiselpumpe gegenüber
einem Pumpengehäuse
beschrieben wird, ist die Erfindung auf dieses Anwendungsgebiet
nicht beschränkt. Auch
ist die Erfindung nicht auf die nachfolgend näher in Bezug genommene Abdichtung
gasförmiger Medien
beschränkt,
sondern kann mit ähnlich
vorteilhaften Wirkungen auch für
die Abdichtung flüssiger Medien
zum Einsatz kommen.
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In 1,
die eine herkömmliche
Montageanordnung zeigt, trägt
das Pumpengehäuse
das Bezugszeichen 1. Im Gehäuse 1 ist in bekannter
Weise auf einer Antriebswelle 2 ein Pumpenlaufrad 3 montiert.
Zur Abdichtung der Antriebswelle 2 gegenüber dem
Gehäuse 1 ist
eine Gleitringdichtungsanordnung vorgesehen, die das allgemeine
Bezugszeichen 4 trägt
und einen ersten oder rotierenden Gleitring 5 und einen
zweiten oder drehfest gehaltenen Gleitring 6 umfasst. Die
Gleitringe 5, 6 haben in bekannter Weise, nicht
näher bezeichnete,
gegenüberliegende
zusammenwirkende Dichtflächen,
zwischen denen bei Betrieb ein Dichtspalt gebildet wird, um einen
Bereich aussenumfänglich
gegenüber
einem Bereich innenumfänglich
der Gleitringe 5, 6 abzudichten. Der zweite Gleitring 6 ist
axial beweglich an einer am Gehäuse 1 montierten
Montagebrille 7 gehalten. Er ist ausserdem mit der Vorspannkraft
einer Vorspanneinrichtung 8 beaufschlagt, um den zweiten Gleitring 6 mit
einer geeigneten Vorspannkraft gegen den ersten Gleitring 5 zu
drücken,
so dass die Dichtflächen
der Gleitringe 5, 6 in dichtender Anlage miteinander
gehalten sind, wenn sich die Antriebswelle 2 nicht oder
nur mit unzureichender Drehgeschwindigkeit dreht. Bei der Vorspanneinrichtung 8 kann
es sich um zwei oder mehrere umfänglich
verteilt angeordnete Vorspannfedern handeln, die sich mit einem Ende
an der Montagebrille 7 und mit dem anderen Ende am Gleitring 6 abstützen. Eine
Sekundärdichtung 9 in
Gestalt eines O-Ringes ist in einer Aussparung des zweiten Gleitringes 6 angeordnet
und steht in abdichtender Beziehung mit der Umfangsfläche eines
rohrförmigen
Ansatzes 10 der Montagebrille 7, um den Gleitring 6 gegenüber der
Montagebrille 7 abzudichten.
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Der erste Gleitring 5 ist
zur gemeinsamen Drehung mit dem Pumpenlaufrad 3 bzw. der
Antriebswelle 2 vorgesehen und hat gegenüberliegende Stirnseiten 11, 12,
von denen die eine 11 dem Pumpenlaufrad 3 zugewandt
ist und in Anlage mit einer fein bearbeiteten Stirnfläche 13 des
Pumpenlaufrades 3 steht. An der gegenüberliegenden Stirnseite 12 ist
die Dichtfläche
des Gleitringes 5 ausgebildet. Zur Übertragung einer Drehkraft
auf den Gleitring 5 sind vom Pumpenlaufrad 3 axial
abstehende Mitnehmerstifte 15 vorgesehen (nur einer ist
gezeigt), die in dazu ausgerichtete Aussparungen im Gleitring 5 eingreifen,
die seitens dessen einer Stirnseite 11 eingebracht sind.
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Zur Abdichtung des Gleitringes 5 gegenüber der
Antriebswelle 2 ist ferner ein Sekundärdichtungselement 16 vorgesehen,
das in Gestalt eines O-Ringes ausgebildet sein kann. Das Sekundärdichtungselement 16 ist
in einer Nut in einer auf der Welle 2 aufgesetzten Buchse 17 angeordnet
und steht in dichtender Beziehung mit einer gegenüberliegenden inneren
Umfangsfläche
des Gleitringes 5. Das Pumpenlaufrad 3 ist vermittels
der Buchse 17 an einer Schulter 18 der Welle 2 abgestützt.
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In einer der zusammenwirkenden Dichtflächen der
Gleitringe 5, 6, vorzugsweise in der Dichtfläche des
rotierenden Gleitringes 5, können förderwirksame Strukturen eingebracht
sein, die bewirken, dass das abzudichtende Medium bei Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung 4 ein
Mediumpolster zwischen den Dichtflächen schafft, so dass ein berührungsloser
Lauf der Gleitringdichtungsanordnung erhalten wird. Derartige förderwirksame
Strukturen und deren Wirkungen sind dem Fachmann bekannt, so dass
sich eine nähere
Erläuterung
erübrigt.
Bezüglich
Details kann z.B. auf BURGMANN, Gas Seals, Selbstverlag 1997, S.
16 mit Beispielen für
geeignete Ausgestaltungen der förderwirksamen
Strukturen verwiesen werden.
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Im Folgenden wird die in 2 gezeigte Ausführungsform
einer Montageanordnung nach der Erfindung erläutert.
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Gleiche oder ähnliche Teile, wie bei der
herkömmlichen
Montageanordnung nach 1 tragen die
gleichen Bezugszeichen und brauchen nicht erneut beschrieben zu
werden. Darauf hinzuweisen ist jedoch, dass der erste oder rotierende
Gleitring 5 erfindungsgemäss ohne Aussparungen für Mitnehmerstifte
oder dgl. ausgebildet ist und vorzugsweise eine einfache rechteckige
Querschnittskonfiguration hat. Der Gleitring 5 kann daher
problemlos aus hoch verschleissfesten Materialien, wie Sinterkeramik
auf Basis von SiC oder Al2O3,
bereitgestellt werden.
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Die Drehkraftübertragung vom Pumpenlaufrad 3 auf
den Gleitring 5 erfolgt erfindungsgemäss nicht mittels Mitnehmerstiften
oder dgl., sondern durch eine zwischen dem Gleitring 5 und
dem Pumpenlaufrad 3 angeordnete elastische Spannanordnung 20,
die vorzugsweise in Gestalt einer Tellerfeder ausgebildet ist. Anstelle
davon könnte
auch ein elastisches Druckkissen oder eine einfache hydrauliche
Anordnung vorgesehen sein.
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Die Spannordnung 20 stützt sich
mit einem Ende an der Stirnfläche 13 des
Pumpenlaufrades 3 ab, die anders als bei der bekannten
Montageanordnung keiner Oberflächenbearbeitung
bedarf. Am anderen Ende ist die Spannanordnung 20 am Gleitring 5 abgestützt, und
zwar an einem bei 21 angedeuteten begrenzten Anlagebereich,
der nahe dem inneren Umfang oder der Bohrung 23 des Gleitringes 5 vorgesehen
ist.
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Eine Distanzhülse oder ein Distanzring 19 kann
zwischen dem Pumpenlaufrad 3 und dem zugewandten Ende der
an der Schulter 18 der Antriebswelle 2 abgestützten Buchse 17 angeordnet
sein. Auf dem Distanzring 19 ist der Gleitring 5 aufgesetzt.
Der Distanzring 19 definiert einerseits einen geeigneten axialen
Abstand, der zwischen der Buchse 17 und dem Pumpenlaufrad 3 eingehalten
werden soll, und übt
andererseits eine zentrierende Wirkung auf den Gleitring 5 aus.
Der Distanzring 19 hat eine geringere radiale Abmessung
als die der Buchse 17, so dass zwischen der Buchse 17 und
dem Distanzring 19 eine Schulter 22 definiert
ist, an der der Gleitring 5 mit einem schmalen Bereich
seiner Stirnseite 12 axial abgestützt ist. Da die axiale Abmessung
des Gleitringes 5 kleiner als die Länge des Distanzringes 19 ist, legt
dieser bei der gezeigten Ausführungsform
der Erfindung gleichzeitig das Mass fest, bis zu dem die Spannanordnung 20 beim
Einbau der Gleitringdichtungsanordnung 4 gespannt wird.
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Der Gleitring 5 ist zwischen
der Spannanordnung 20 und der Schulter 22 durch
die von der Spannanordnung 20 ausgeübte Klemmkraft lagefixierend eingeklemmt.
Die Klemmkraft der Spannanordnung 20 ist so gewählt, dass
gleichzeitig mit der klemmenden Fixierung eine schlupffreie Übertragung
einer Drehkraft vom Pumpenlaufrad 3 über die Spannanordnung 20 auf
den Gleitring 5 erfolgen kann.
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Der Anlagebereich 21 der
Spannanordnung 20 am Gleitring 5 ist auf einen
radialen Abschnitt an dessen Stirnseite 11 begrenzt, der
auf ein kleineres oder gleiches radiales Abstandsmass von der Bohrung 23 begrenzt
ist als die radialen äusseren
und inneren Begrenzungen der Schulter 22. Dies gewährleistet,
dass die von der Spannanordnung 20 auf den Gleitring 5 ausgeübte Spannkraft
kein Kippmoment auf den in Lossitz auf dem Distanzring 19 angeordneten
Gleitring 5 ausübt,
so dass die Verspannung keine Auswirkungen auf eine bestimmte Ausrichtung des
Gleitringes 5 in Bezug auf den drehfesten Gleitring 6 hat
und sich bei Betrieb ein Dichtspalt zwischen den Dichtflächen der
Gleitringe 5, 6 bilden kann und aufrechterhalten
wird, der eine gewünschte leckageminimierende
Konfiguration hat, vgl. BURGMANN, Gas Seals, a.a.O., Seite 18.
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Die Anlageflächen zwischen dem Gleitring 5 und
der Buchse 17 am Anlagebereich 22 können eine
Oberflächenbeschaffenheit,
z.B. durch Schleifen oder Läppen,
aufweisen, dass dazwischen eine abdichtende Beziehung unter den
herrschenden Spannkräften
der Spannanordnung 20 erhalten wird. Hierdurch kann sich
das zusätzliche
Vorsehen eines Sekundärdichtungselementes
wie bei der herkömmlichen
Montageanordnung erübrigen.
Wenn erwünscht,
kann jedoch auch eine Abdichtung mittels eines Sekundärdichtungselementes ähnlich der
bekannten Montageanordnung vorgesehen sein. Es versteht sich ferner,
dass anstelle einer getrennten Ausbildung der Buchse 17 und
des Distanzringes 19 auch eine einteilige Konfiguration
vorgesehen werden kann.