-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung
mit Druckentlastung, welche ein verbessertes Laufverhalten, insbesondere
in Notfallsituationen, aufweist.
-
Gleitringdichtungsanordnungen
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. Aus der
DE
20 2007 016 407.6 U ist beispielsweise eine Gleitringdichtungsanordnung bekannt,
bei der ein Sperrgas durch eine Durchgangsöffnung im stationären
Gleitring zum Dichtspalt zwischen den beiden Gleitringen geführt
ist. Bei einer Erhöhung des Druckes des abdichtenden Produktes muss
entsprechend der Sperrdruck des Sperrgases erhöht werden,
was dazu führt, dass der rotierende Gleitring gegen eine
Wellenhülse gedrückt wird. Dies führt
zu starken Reibungseinflüssen und einer hohen Belastung,
so dass es zu einem Verkippen des rotierenden Gleitringes und zu
einem Anlaufen der Gleitflächen, insbesondere am inneren
Gleitflächendurchmesser kommen kann.
-
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung
bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger
Herstellbarkeit hervorragende Abdichtungseigenschaften auch bei
hohen Druckbelastungen ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen
bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Die
erfindungsgemässe Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen
des Anspruches 1 weist somit den Vorteil auf, dass auch bei hohen Sperrdrücken
eine sichere Abdichtung durch die Gleitringdichtungsanordnung gewährleistet
ist, ohne dass hierdurch Beschädigungen an der Gleitringdichtungsanordnung
auftreten. Insbesondere kann ein Anlaufen, d. h. ein Kontakt, der
Gleitflächen verhindert werden, so dass die erfindungsgemässe
Gleitringdichtungsanordnung eine hohe Sicherheit und eine hohe Lebensdauer
aufweist. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht,
dass an einer Rückseite eines ersten Gleitringes ein Druckausgleichsraum
vorgesehen ist, welcher über wenigstens eine erste Durchgangsöffnung
im ersten Gleitring mit dem Dichtspalt zwischen den Gleitflächen
der Gleitringe verbunden ist. Das Sperrgas wird durch eine zweite Durchgangsöffnung
im zweiten Gleitring zum Dichtspalt zugeführt. Hierdurch
kann das Sperrgas durch die zweite Durchgangsöffnung zum
Dichtspalt strömen und vom Dichtspalt durch die erste Durchgangsöffnung
in den Druckausgleichsraum strömen. Dadurch liegt am ersten
Gleitring an der Seite der Gleitfläche sowie der Rückseite
des ersten Gleitrings jeweils der Sperrdruck an, so dass es auch
bei sehr hohen Sperrdrücken zu keinem Verkippen der Gleitringe
kommen kann, da sich der Druck am ersten Gleitring teilweise, oder
bei fast gleich großen druckbelasteten Flächen
an Vorder- und Rückseite im Wesentlichen aufhebt. Dabei
weist die erfindungsgemässe Gleitringdichtungsanordnung
trotzdem einen sehr kompakten und einfachen Aufbau auf und kann auch
in Notfallsituationen eine ausreichende Abdichtung bereitstellen.
-
Vorzugsweise
ist wenigstens eine der ersten und zweiten Nebendichtungen zur Abdichtung
des Druckausgleichsraumes an einer Rückseite des ersten
Gleitringes angeordnet. Hierdurch wird ein einfacher und insbesondere
in radialer Richtung kompakter Aufbau erreicht. Besonders bevorzugt
sind dabei beide Nebendichtungen an der Rückseite des ersten Gleitringes
anordnet.
-
Gemäss
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens
eine der ersten und zweiten Nebendichtungen an einer radialen Innenseite
oder einer radialen Aussenseite des ersten Gleitringes angeordnet.
Hierdurch ergibt sich insbesondere in Axialrichtung ein kompakter
Aufbau.
-
Weiter
bevorzugt ist an einer Mündung der zweiten Durchgangsöffnung
zum Dichtspalt an der Gleitfläche eine umlaufende Ausnehmung
vorgesehen. Diese Ausnehmung erfüllt eine Verteilungsfunktion
des Sperrgases, so dass bei mehreren Durchgangsöffnungen
eine störungsfreie Verteilung des Sperrgases möglich
ist. Weiter bevorzugt ist auch an einer Mündung der ersten
Durchgangsöffnung zum Dichtspalt an der Gleitfläche
des ersten Gleitringes eine weitere, ringförmige Ausnehmung
vorgesehen.
-
Ein
besonders einfacher und kompakter Aufbau ergibt sich, wenn eine
Mittelachse der ersten Durchgangsöffnung in Radialrichtung
auf gleicher Höhe wie eine Mittelachse der zweiten Durchgangsöffnung
liegt. Alternativ sind die Durchgangsöffnungen, ausgehend
von der Mittelachse, mit unterschiedlichen Radien angeordnet.
-
Weiter
bevorzugt ist der erste und/oder zweite Gleitring frei von Ausnehmungen
zur Aufnahme von Nebendichtungen. Dadurch können die Gleitringe
sehr einfach hergestellt werden und insbesondere minimale axiale
und radiale Abmessungen aufweisen.
-
Der
erste Gleitring ist vorzugsweise ein rotierender Gleitring, und
der zweite Gleitring ist vorzugsweise ein stationärer Gleitring.
-
Weiter
bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine mit einer
Welle verbundene Wellenhülse, an welcher der rotierende
Gleitring angeordnet ist. Die Wellenhülse weist einen in
Radialrichtung nach aussen verlaufenden Flansch auf, an dem der
rotierende Gleitring angeordnet ist. Der Druckausgleichsraum wird
somit zwischen der Rückseite des rotierenden Gleitringes
und dem Flansch der Wellenhülse bereitgestellt.
-
Gemäss
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Wellenhülse
am Flansch einen in Axialrichtung verlaufenden Endbereich auf, welcher den
rotierenden Gleitring zumindest teilweise übergreift. Hierdurch
ist eine sichere Montage des rotierenden Gleitringes an der Wellenhülse
möglich und insbesondere kann auf einfache Weise eine Nebendichtung
an einer radialen Aussenseite des rotierenden Gleitringes anordnet
werden.
-
Vorzugsweise
sind eine Vielzahl von in Umfangsrichtung gleich beabstandeten ersten
und zweiten Durchgangsöffnungen vorhanden, wobei besonders
bevorzugt die Anzahl der ersten Durchgangsöffnungen gleich
der Anzahl der zweiten Durchgangsöffnungen ist. Alternativ
ist eine unterschiedliche Anzahl von Durchgangsöffnungen
vorgesehen.
-
Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben.
In der Zeichnung ist:
-
1 eine
schematische Schnittdarstellung einer Gleitringdichtungsanordnung
gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
2 eine
schematische Schnittdarstellung einer Gleitringdichtungsanordnung
gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
3 eine
schematische Schnittdarstellung einer Gleitringdichtungsanordnung
gemäss einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
und
-
4 eine
schematische Schnittdarstellung einer Gleitringdichtungsanordnung
gemäss einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäss einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 einen
ersten, rotierenden Gleitring 2 (auch als Gegenring bezeichnet) und
einen zweiten, stationären Gleitring 3. Zwischen dem
rotierenden Gleitring 2 und dem stationären Gleitring 3 ist
in bekannter Weise ein Dichtspalt 4 ausgebildet. Der Dichtspalt 4 wird
durch Zufuhr eines Sperrmediums (Pfeil A) aufrechterhalten, welches
einen höheren Druck als einen Produktdruck aufweist. Die
Gleitringdichtungsanordnung 1 dichtet dabei eine Produktseite 5 von
einer Atmosphärenseite 6 ab.
-
Der
rotierende Gleitring 2 ist über eine Wellenhülse 7 mit
einer rotierenden Welle 8 verbunden. Die Wellenhülse 7 umfasst
dabei einen zylindrischen Teil 7a sowie einen radial nach
aussen gerichteten Flansch 7b. Der Flansch 7b ist
dabei senkrecht zu einer Mittelachse X-X der Welle 8. Der
rotierende Gleitring 2 ist dabei drehfest mit dem Flansch 7b verbunden.
-
Der
Dichtspalt 4 ist zwischen einer Gleitfläche 2a des
rotierenden Gleitringes 2 und einer Gleitfläche 3a des
stationären Gleitringes 3 ausbildet.
-
Wie
aus 1 ersichtlich ist, ist im stationären
Gleitring 3 eine zweite Durchgangsöffnung 9 ausbildet, über
welche das Sperrmedium zum Dichtspalt 4 geführt
wird. Ferner ist im rotierenden Gleitring 2 eine erste
Durchgangsöffnung 10 ausgebildet, welche den Dichtspalt 4 mit
einem Druckausgleichsraum 11 an einer Rückseite 2b des
rotierenden Gleitringes 2 verbindet. Zur Abdichtung des
Druckausgleichsraumes 11 ist eine erste Nebendichtung 12 und
eine zweite Nebendichtung 13 vorgesehen, welche im Flansch 7b der
Wellenhülse 7 in entsprechenden Ausnehmungen 22 und 23 angeordnet
sind. Hierdurch wird der Druckausgleichsraum 11 an der
Rückseite 2b des rotierenden Gleitringes 2 in
ringförmiger Weise definiert. Die Nebendichtungen 12, 13 sind Elastomerdichtringe.
-
Ferner
ist eine Vorspanneinrichtung 15 vorgesehen, welche in einem
stationären Bauteil 14 angeordnet ist. Die Vorspanneinrichtung 15 umfasst
ein Federelement 16, einen Kraftübertragungsring 17,
in welchem eine durchgehende Bohrung 18 vorgesehen ist,
sowie zwei Dichtungselemente 19, 20. In Umfangsrichtung
ist eine Vielzahl von Vorspannfedern angeordnet, um eine gleichmässige
Vorspannkraft auf den Kraftübertragungsring 17 auszuüben.
Dabei ist der Kraftübertragungsring 17 im stationären
Bauteil 14 axial beweglich angeordnet. Das Paar von Dichtungselementen 19, 20 dient
dabei dazu, den stationären Gleitring 3 gegenüber
dem stationären Bauteil 14 abzudichten. Dabei
sind die Dichtungselemente 19, 20 derart angeordnet,
dass sie den Kraftübertragungsring 17 in axialer
Dichtung um ein geringes Maß axial übertragen.
Die Dichtungselemente 19, 20 liegen dabei in einer
gemeinsamen Ebene senkrecht zur Mittelachse X-X.
-
Ebenso
liegen die erste und zweite Nebendichtung 12, 13 in
einer gemeinsamen Ebene E senkrecht zur Mittelachse X-X. Durch den
erfindungsgemässen Aufbau ist somit sichergestellt, dass
das Sperrmedium, vorzugsweise ein inertes Sperrgas, wie z. B. N2, mit einem leichten Überdruck über
einen an der Produktseite 5 herrschenden Druck zugeführt wird
(Pfeil A) und durch die Bohrung 18 im Kraftübertragungsring 17 und
die zweite Durchgangsöffnung 9 im stationären
Gleitring 3 zum Dichtspalt 4 zugeführt wird.
An der Mündung des Dichtspaltes 4 ist in der Gleitfläche 3a des
stationären Gleitringes 3 eine umlaufende, ringförmige
Ausnehmung 30 ausgebildet. In gleicher Weise ist in der
Mündung der zweiten Durchgangsöffnung 10 im
rotierenden Gleitring 2 eine ringförmig umlaufende
Ausnehmung 31 ausgebildet. Wie aus 1 ersichtlich
ist, sind die beiden Ausnehmungen 30, 31 mit gleicher
Breite und Tiefe gewählt, wobei auch die ersten und zweiten
Durchgangsöffnungen 9, 10 auf gleicher
radialer Höhe zur Mittelachse X-X angeordnet sind. Hierdurch
entsteht ein ringförmiger Sperrmedium-Verteilungsraum 32, welcher
die Gleitflächen 2a, 3a der Gleitringe 2, 3 in radialer
Richtung unterteilt.
-
Das
Sperrmedium kann somit ausgehend vom Sperrmedium-Verteilungsraum 32 radial
nach aussen in Richtung der Atmosphärenseite 6 strömen und
radial nach innen in Richtung der Produktseite 5 strömen.
Ferner kann das Sperrmedium auch durch die erste Durchgangsöffnung 10 in
den Druckausgleichsraum 11 an der Rückseite des
rotierenden Gleitringes 2 strömen. Hierdurch liegt,
abhängig von der Größe der mit Sperrmediendruck
beaufschlagten Fläche an der Rückseite 2b,
nur noch eine geringe, auf den rotierenden Gleitring 2 wirkende
Axialkraft an, welche durch den auf die Gleitflächenseite
wirkenden Sperrmediendruck aufgebracht wird, da die mit Sperrmedium
beaufschlagte Fläche an der Seite der Gleitfläche 2a größer
ist als an der Seite der Rückseite 2b. Somit sorgt
die im rotierenden Gleitring 2 vorgesehene erste Durchgangsöffnung 10 für
eine Druckentlastung an dem rotierenden Gleitring 2. Die durch
den Sperrmediendruck auf den rotierenden Gleitring 2 wirkende
Axialkraft ergibt sich somit nur noch aus der Flächendifferenz
zwischen der Gleitfläche 2a des rotierenden Gleitringes 2 und
der Kreisringfläche zwischen der ersten, inneren Nebendichtung 12 und
der zweiten, äusseren Nebendichtung 13.
-
Somit
kann, bei einer plötzlichen Druckerhöhung des
Sperrmediumsdruckes, insbesondere ein Verkippen des rotierenden
Gleitringes 2, aufgrund der auf den rotierenden Gleitring 2 an
der Gleitfläche 2a wirkenden Druckkraft erfolgreich
verhindert werden. Eine derartige Druckerhöhung des Sperrmediums
ist beispielsweise möglich, wenn sich eine Druckerhöhung
an der Produktseite 5 ergibt und entsprechend ein Druck
des Sperrmediums nachgeregelt werden muss, welcher immer etwas über
dem Druck an der Produktseite 5 sein muss.
-
Eine
Anwendung der erfindungsgemässen Gleitringdichtungsanordnung
ist beispielsweise bei gasförmigen Medien in Zusammenhang
mit einer weiteren Gleitringdichtung, die als Hauptdichtung (nicht
gezeigt) der Gleitringdichtung 1 vorgeschaltet ist. Die
erfindungsgemässe Gleitringdichtung 1 übernimmt
dabei z. B. eine Lagerabdichtung, wobei an der Produktseite 5 ein
Gas mit 0,15 MPa bis 0,2 MPa zur Entsorgung einer Fackel einer Raffinerie
zugeführt wird, und am Lager Atmosphärendruck herrscht.
Ein Druck des Sperrgases liegt dabei üblicherweise 0,15
MPa über dem abzudichtenden Druck (also bei ca. 0,3 bis
0,35 MPa). Sollte ein Störfall auftreten und die vorgeschaltete
Hauptdichtung, welche z. B. einen Druck von 1 bis 1,2 MPa abzudichten
hat, ausfällt, steht dieser Druck innen an der erfindungsgemässen
Gleitringdichtungsanordnung 1 an und der Sperrdruck muss
auf ca. 1,15 MPa bis 1,35 MPa nachgeregelt werden. Hierdurch kann
die Gleitringdichtungsanordnung sehr hoch belastet werden, wobei
insbesondere der rotierende Gleitring 2 verkippen kann
und es zu einem Anlaufen der Gleitflächen 2a, 3a am
inneren Gleitflächendurchmesser kommen kann. Da jedoch
erfindungsgemäss der Druckausgleichsraum 11 hinter
dem rotierenden Gleitring 2 angeordnet ist, kann die auf
den rotierenden Gleitring 2 wirkende axiale Kraft reduziert
werden, so dass einem derartigen Verkippen entgegengewirkt werden
kann.
-
Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ergibt
sich dadurch, dass am rotierenden Gleitring 2 nun zwei
Nebendichtungen 12, 13 vorgesehen sind, welche
die Produktseite 5 von der Atmosphärenseite 6 an
der Rückseite des rotierenden Gleitrings 2 trennen,
so dass ein redundantes zweites Dichtelement, nämlich die
zweite Nebendichtung 13, hinzugefügt werden kann.
Trotzdem ist ein Aufbau der erfindungsgemässen Gleitringdichtung
relativ einfach gehalten und sehr kompakt. Zwar sind die erste und
zweite Nebendichtung 12, 13 an der axialen Seite
(Rückseite) des rotierenden Gleitringes 2 angeordnet.
Da diese jedoch in den Ausnehmungen 22, 23 im
Flansch 7b der Wellenhülse 7 angeordnet sind,
ergibt sich hierdurch keine übermäßige
Vergrösserung einer axialen Baulänge der Gleitringdichtungsanordnung 1.
-
In
den 2 bis 4 sind weitere Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Detail dargestellt, wobei gleiche bzw. funktional
gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel
bezeichnet sind.
-
Das
in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel
entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Nebendichtungen 12, 13 als PTFE-Manschettenringe
vorgesehen sind.
-
In 3 ist
die erste Nebendichtung 12 als Elastomerdichtring ausgebildet
und an einer Innenseite 2c des rotierenden Gleitringes 2 angeordnet. Die
zweite Nebendichtung 13 ist wiederum als PTFE-Manschettenring
ausgebildet und dichtet an der Rückseite 2b des
rotierenden Gleitringes 2 ab. Durch die Anordnung der ersten
Nebendichtung 12 an der radialen Innenseite des rotierenden
Gleitringes 2 kann die Druckausgleichsfläche an
der Rückseite des rotierenden Gleitringes 2 vergrössert
werden und somit die auf den rotierenden Gleitring 2 wirkende
axiale Kraft reduziert werden.
-
4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl die erste Nebendichtung 12 als
auch die zweite Nebendichtung 13 an radialen Seiten des
rotierenden Gleitringes 2 abdichten. Die erste Nebendichtung 12 dichtet
an einer radialen Innenseite 2c des rotierenden Gleitringes 2 ab
und die zweite Nebendichtung 13 dichtet an einer radialen
Aussenseite 2d ab. Hierzu ist am Flansch 7b der
Wellenhülse 7 ein in Axialrichtung verlaufender
Endbereich 7c vorgesehen. Der Endbereich 7c übergreift
zumindest teilweise den rotierenden Gleitring 2. Weiter
weist der rotierende Gleitring 2 an seiner radialen Aussenseite eine
Stufe auf. Ferner sind am Flansch 7b an der zum rotierenden
Gleitring 2 gerichteten Seite zwei, mehrfach durchbrochene
Stege 70, 71 zur Abstützung des rotierenden
Gleitringes 2 vorgesehen. Ferner dienen die durchbrochenen
Stege 70, 71 dazu, dass der Druckausgleichsraum 11 an
der Rückseite 2b des rotierenden Gleitringes 2 aufrechterhalten wird.
Durch die Anordnung der beiden Nebendichtungen 12, 13 an
der radialen Innenseite bzw. der radialen Aussenseite des rotierenden
Gleitringes 2 wird eine besonders grosse Druckausgleichsfläche
an der Rückseite des rotierenden Gleitringes 2 erreicht. Hierdurch
können sehr kleine axiale Kräfte, welche auf den
rotierenden Gleitring 2 wirken, erreicht werden.
-
- 1
- Gleitringdichtungsanordnung
- 2
- rotierender
Gleitring
- 2a
- Gleitfläche
- 2b
- Rückseite
- 2c
- innere
Radialseite
- 2d
- äussere
Radialseite
- 3
- stationärer
Gleitring
- 3a
- Gleitfläche
- 4
- Dichtspalt
- 5
- Produktseite
- 6
- Atmosphärenseite
- 7
- Wellenhüse
- 7a
- zylindrischer
Teil
- 7b
- Flansch
- 7c
- axialer
Endbereich
- 8
- Welle
- 9
- zweite
Durchgangsöffnung
- 10
- erste
Durchgangsöffnung
- 11
- Druckausgleichsraum
- 12
- erste
Nebendichtung
- 13
- zweite
Nebendichtung
- 14
- stationäres
Bauteil
- 15
- Vorspanneinrichtung
- 16
- Federelement
- 17
- Kraftübertragungsring
- 18
- Bohrung
- 19,
20
- Dichtungselemente
- 22,
23
- Ausnehmung
im Flansch
- 30,
31
- umlaufende
Ausnehmung
- 32
- Sperrmedium-Verteilungsraum
- 70,
71
- durchbrochener
Steg
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 202007016407
U [0002]