DE2225776B2

DE2225776B2 - Dichtungsanordnung für mechanische Gleitdichtungen

Info

Publication number: DE2225776B2
Application number: DE2225776A
Authority: DE
Inventors: Eugene Arlington Heights Ill. Novosad (V.St.I.)
Original assignee: Crane Packing Co., Morton Grove, Ill. (V.St.A.)
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1978-08-10
Also published as: US3782735A; DE2225776C3; GB1373145A; JPS4816273U; SE388021B; IT958087B; DE2225776A1; JPS536773Y2; FR2141149A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung für mechanische Gleitdichtungen mit einem eine zylindrische Außenfläche und eine radiale Dichtfläche aufweisenden Gleitring aus zerbrechlichem Material und mit einem auf die Außenfläche wirkenden und den Gleitring radial zusammenpressenden Metallring, welcher einen Innendurchmesser aufweist, der vor dem Aufschieben kleiner ist als der Durchmesser der Außenfläche des Gleitrings.

Eine derartige Dichtungsanordnung ist aus den GB-PS 10 88 902 und 1105 773 bekannt. Die GB-PS 10 88 902 beschreibt das Aufschrumpfen eines Metall- « ringes auf einen aus Kohle bestehenden Gleitring. Der Metallring übt auf den Kohlering eine radial nach innengerichtete Vorspannung aus, um diesem Festigkeit insbesondere bei Temperaturänderungen zu verleihen. Der Ring soll mit einer solchen Spannung aufgezogen werden, daß er sich auch bei den höchstvorkommenden Temperaturen und auch dann, wenn Unterschiede der Wärmdehnungskoeffizienten vorliegen, nicht von dem Kohlering lösen. Die GB-PS 11 05 773 beschreibt einen Gleitring aus zerbrechlichem Material, der in einen Spannring eingezogen ist. Der Spannring weist auf seiner der Gleitfläche des Gleitringes abgewandten Seite einen radial nach innen verlaufenden Flansch auf und erstreckt sich axial nur über eine von der Gleitfläche des Gleitringes abgewandte Länge des Umfanges des Gleitringes. Damit bewirkt er einen radialen Druck an der Gleitfläche abgewandten Ende des Gleitringes.

Zur Vermeidung von Brüchen eines Keramikdichtringes ist aus den US-PS 29 95 390, 29 48 555 und 22 49 930 eine Dichtungsanordnung bekannt, bei der ein Metallring auf die Außenfläche des Gleitringes aufgeschrumDft ist.

In der DE-PS 22 09 860 wurde vorgeschlagen, einen Stützring derart auf einen Gleitring anzubringen, daß er einer elastischen Auslenkung des Gleitringes unter der in Radialrichtung wirkenden Druckdifferenz einen gegenüber den übrigen Bereichen des Stützringes höheren Widerstand in dem der Gleitfläche benachbarten Bereich des Gleitringes in Radialrichtung entgegensetzt. Der Stützring ist durch Vorpressen oder Aufschrumpfen auf den Gleitring aufgebracht und weist zur EJewirkung der Druckunterschiede im Bereich der Gleitfläche eine Materialverstärkung auf.

Bei diesen bekannten Dichtungsanordnungen ergibt sich zu deren Herstellung ein umständliches und kostspieliges Aufbringen des Spannringes auf den Gleitring, da der Spannring vor dem Aufbringen erwärmt und dann aufgeschrumpft werden muß.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen bei der der Spannring unter Gewährleistung einer hohen Bruchsicherung und bei Gewährleistung einer hohen Dichtwirkung ohne Erwärmung leicht auf den Gleitring aufgezogen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Innenfläche des Metallrings konisch ausgebildet ist, wobei der kleinere Durchmesser der konischen Innenfläche, welcher kleiner als der Durchmesser der Außenfläche des Gleitrings ist, in der Nähe der radialen Dichtfläche angeordnet ist und wobei der größere Durchmesser der konischen Innenfläche größer als der Durchmesser der Außenfläche des Gleitringes ist.

Dadurch, daß die Innenfläche des Gleitrings konisch ausgebildet ist, kann dieser ohne Aufschrumpfen auf den Gleitring aufgeschoben werden, so daß im Bereich der radialen Dichtfläche ein radiales Zusammenpressen des Gleitringes erfolgt. Dadurch wird bekannterweise die Bruchsicherheit bei Temperaturschocks erhöht. Die höhere radiale Zusammenpressung des Gleitringes gerade im Dichtflächenbereich wirkt dabei der durch den Leckfluß und die Reibung entstehenden höheren Wärmedehnung des Ringes und der Gleitfläche entgegen. Das Anliegen des Spannringes gerade am der Gleitfläche zugewandten Umfangsbereich bewirkt außerdem eine gute Wärmeabfuhr aus diesem durch die Reibung stärker erwärmten Bereich.

Zur Versteifung des Gleitringes weist dieser im Bereich des größten Durchmessers der konischen Innenfläche des Metallrings eine radial nach außen sich erstreckende Versteifungsrippe auf. Da im Bereich der Versteifungsrippe der Durchmesser der Innenfläche des Metallrings größer ist als der Durchmesser der Außenfläche des Gleitrings, ist ein Ausweiten des Spannringes in diesem Bereich nicht erforderlich.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen axialen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer mechanischen Gleitdichtungsanordnung mit einem Gleitring und einem diesen umgebenden Spannring,

F i g. 2 eine stark vergrößerte Schnittansicht durch den in F i g. 1 dargestellten Gleitring und den Spannring vor Anordnung auf einer Welle, wobei der Schnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 4 verläuft;

F i g. 3 einen der in F i g. 2 gezeigten Schnittansicht ähnlichen Schnitt durch den Spannring vor dessen Anordnung auf einem Gleitring, und

Fig.4 eine Stirnansicht des Gleitringes und des Spannringes aus Fig. 1, entlang der Schnittlinie 4-4 in

Bei dem zur näheren Erläuterung der Erfindung gewählten Ausführungsbeispiel ist der Spannring ein endloser Gleitring 10 mit radial rechteckigem Querschnitt, welcher eine flache und glatte, radial i.ngeordnete Dichtfläche 11 aufweist, gegen welche eine ähnlich flache und glatte, radial angeordnete Dichtfläche 12 eines Dichtringes 13 anliegt, der in einer gepreßten Aufnahmehülse 14 axial, jedoch nicht drehbeweglich angeordnet ist, wobei die Aufnahmehülse in eine Bohrung 15 eines Gehäuses 16 einer Pumpe oder dgl. eingepreßt ist. Gegen den Dichtring 13 einerseits und gegen die Aufnahmehülse 14 andererseits drückt eine Feder 18 eine biegsame und federnde Manschette 17, wodurch zwischen dem Dichtring 13 und der Aufnahmehülse 14 eine Flüssigkeitsdichtung bewirkt wird. Die Aufnahmehülse 14 wird ihrerseits gegen das Gehäuse 16 durch die vorgenannte Schrumpfsitzpassung abgedichtet

Der Metallring 10 ist bezüglich der Welle 19 der Pumpe durch einen Ring 20 aus elastischem Material, der mit einem Flansch versehen ist, abgedichtet. Der Ring 20 ist zwischen dem Gleitring 10 und der Welle 19 mit einer Festsitz- oder Schrumpfsitzpassung angeordnet Der Flansch 21 auf dem Ring 20 dichtet den Gleitring 10 bezüglich der Nabe eines Pumpenrades 22 ab, wobei beim Einbau des Ringes 20 auf der Welle 19 ein anfänglich axialer Druck darauf ausgeübt wird, während durch die Feder 18 auf den Gleitring 10 durch den Dichtring 13 und die Manschette 17 ein fortlaufender axialer Druck ausgeübt wird.

Es wird angenommen, daß die vom Pumpenrad 22 geförderte Flüssigkeit beispielsweise Wasser ist, und daß außerdem dieses Wasser zur Kühlung einer Brennkraftmascine für ein Kraftfahrzeug verwendet wird. Somit kann das Wasser plötzlichen Temperaturänderungen unterworfen sein, z. B. beim Warmlaufen nach einem Start bei kühlem Wetter, wodurch andererseits die Dichtung mit aem Gleitring 10 einem Temperaturschock unterworfen wird. Um eine lange Lebensdauer der Dichtung zu erzielen, sollte der Gleitring 10, wie sich zeigte, aus einem harten Keramikmaterial hergestellt werden. Jedoch ist solch ein Material nicht geeignet, raschen Temperaturänderungen ohne Brüche zu widerstehen, und ohne sich unter den darauf einwirkenden Zentrifugalkräfte aufgrund der Drehbewegung 10 aufzulösen, wobei die Drehung eine Umlaufgeschwindigkeit von 3.000 UpM oder mehr erreichen kann.

Zum Schutz des keramischen Gleitrings 10 wird ein aus einem Band hergestellter Metering 23 verwendet. In Fi g. 3 ist der Metallring 10 vor dem Anbringen auf den Keramikgleitring 10 dargestellt. Der Metallring 10 ist ein Metallstanzstück, dessen Ausdehnungskoeffizient im wesentlichen gleich dem des Gleitrings 10 ist. Der Metallring ist derart konisch geformt, daß er am Ende 24 der Innenfläche des Metallringes 23 mit Festsitz angebracht ist, und daß er am anderen Ende 25, welches beim Zusammenbau des Ringes mit dem Dichtring das Anfangsende bildet, um ca. 0,0254 mm gegenüber der Außenfläche des Gleitringes 10 überdimensioniert ist. Das Anfangsende 25 ist außerdem so nach außen erweitert, daß ein kurzer, radial angeordneter Flansch 26 und ein Verbindungsbereich 27 gebildet werden.

Der Flansch 26 gibt dem Metallring 23 die nötige Festigkeit, so daß dieser beim Aufbringen auf den keramischen Gleitring 10 seine runde Form beibehält und verbessert die Wärmeabfuhr des Gleitringes. Der Bereich 27 vereinfacht das Zentrieren beim Einführen des Gleitringes 10 in den Metallring 20. Da der Flansch 26 in radialer Richtung steif ist, widersteht er einer Ausdehnung, weshalb der Spielraum vor; mindestens 0,0254 mm zwischen dem Metallring 23 und dem Gleitring 10 an diesem Ende ein Ausweiten dieses Endes überflüssig macht. Die konische Form stellt sicher, daß ein ausreichender Abschnitt des Metallringes 23 über dem Gleitring 10 aufgeweitet werden muß, um damit den erforderlichen radial nach innen wirkenden Druck zu schaffen, der notwendig ist, um ein Zerspringen des keramischen Gleitringes 10 aufgrund von Temperaturänderungen zu verhindern, wobei keine engen Toleranzen erforderlich sind. Der Flansch 26 trägt dazu bei, die Wärme vom Gleitring 10 in die durch die Pumpe geförderte Flüssigkeit abzuleiten, die bei einer Brennkraftmaschine fortlaufend durch ein Gebläse und den Kühler gekühlt wird.

Wird der Metallring 23 auf dem Gleitring 10 in der in Fig.2 dargestellten Art und Weise angeordnet, wird der Gleitring 10 über den elastischen Ring 20 gestreift, worauf die gesamte Anordnung vom rechten Ende (vgl. F i g. 1) vor dem Pumpenrad 27 auf die Welle 19 gepreßt wird. Im Ring 20 kann eine Innenrippe 29 ausgebildet sein, wodurch unangemessen enge Toleranzen zwischen dem Keramikgleitring 10, dem Rimg 20 und der Welle 19 nicht mehr erforderlich sind.

Ist nun der Metallring 23 auf dem Keramikgleitring 10 angeordnet, so wird ein Festsitz geschaffen, welcher bewirkt, daß der keramische Gleitring 10 sich in einem Druckzustand befindet. Wird die Temperatur des Gleitringes 10 verändert, dehnt sich der Gleitring 10 bei ansteigender Temperatur aus und zieht sich bei abnehmender Temperatur zusammen. Ein rascher Temperaturwechsel stellt einen Temperaturschock dar, welcher bei keramischen Materialien normalerweise zu einem Bruch des Materials führen würde. Die Verwendung des Metallrings 23 um den Gleitring 10, um somit den Gleitring 10 unter einem konstanten Druck zu halten, erhöht die Widerstandsfähigkeit des Gleitrings 10 gegenüber Temperaturschocks, so daß keine Bruchbildung auftritt.

Bei einer hier beschriebenen Anwendung der Dichtung sollte die linke Kante des Metallrings 23 (vgl. Fig. 2) so dicht wie möglich an die Dichtfläche 11 angeordnet sein, da dieser Teil des Gleitringes 10 wegen der Reibung mit der Fläche 12 des Ringes 13 und der durchgepumpten Flüssigkeit am stärksten Tsmperaturänderungen ausgesetzt ist.

Auch wenn die Erfindung bei einem Anwendungsbeispiel beschrieben wurde, bei welchem Dichtringe mit kreisförmigem Querschnitt verwendet werden, so liegt es auf der Hand, daß sie auch mit gleicher Wirksamkeit auf Dichtringe mit mehreckigem Querschnitt, beispielsweise sechs- oder achteckigem Querschnitt usw., angewendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung für mechanische Gleitdichtungen mit einem eine zylindrische Außenfläche und eine radiale Dichtfläche aufweisenden Gleitring aus zerbrechlichem Material und mit einem auf die Außenfläche wirkenden und den Gleitring radial zusammenpressenden Metallring, welcher einen Innendurchmesser aufweist, der vor dem Aufschieben kleiner ist als der Durchmesser der Außenfläche des Gleitringes, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Metallringes (23) konisch ausgebildet ist, wobei der kleinere Durchmesser (24) der konischen Innenfläche, welcher kleiner als der '5 Durchmesser der Außenfläche des Gleitringes (10) ist, in der Nähe der radialen Dichtfläche (11) angeordnet ist und wobei der größere Durchmesser der konischen Innenfläche größer als der Durchmesser der Außenfläche des Gleitringes (10) ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des größten Durchmessers der konischen Innenfläche des Metallringes (23) eine radial nach außen gerichtete Versteifungsrippe angeordnet ist.

3. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (23) im wesentlichen denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie der Gleitring (10).