DE2233381A1 - Gekuehlte gleitringdichtung - Google Patents

Description

München Schumannstr.2

Akte: PGm 7175

P irma

leοdor Burgmann jr.

Asbest- und Packungswerk

819 Wolfratshausen

»Gekühlte Gleitringdichtung«

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Gleitringdichtung mit einer in ihrem Kühlkreislauf angeordneten Umwälzpumpe, welche ein in seiner zur Welle koaxialen Bohrung ein Innengewinde aufweisendes Pumpen-Bauteil und ein in dieser Bohrung' mit geringem radialem* Spiel drehbar angeordnetes, im Bereich des Innengewindes ein hierzu gegenläufiges Außengewinde aufweisendes Pumpen-Bauteil enthält, wobei das eine Bauteil drehfest mit dem Dichtungsgehäuse und das andere drehfest mit der Welle verbunden ist.

Um bei einer Gleitringdichtung zu optimalen Betriebsbedingungen zu gelangen (insbesondere keine Leckage, hohe Lebensdauer, Betriebssicherheit, geringe !Reibungsverluste und damit wenig abzuführende Yerlustwärme) bedarf es neben der Auswahl geeigneter Werkstoffe für die Gleitringe, deren entlasteten oder

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belasteten Anordnung und sonstiger konstruktiver Maßnahmen auch der Einhaltung bestimmter, von den jeweiligen Betriebsbedingungen der Dichtung abhängiger Werte für den Druck und

die !Temperatur des zu Kühlzwecken in der Dichtung umgewälzten Mediums. Diese Werte können zwar erreicht werden, und zwar insbesondere durch geeignete Dimensionierung der Umwälzpumpe zur Erzielung einer speziellen Charakteristik von Druck- und Fördermenge, sowie durch die Bemessung der Strömungswiderstände und der Wärmeabfuhr aus dem Kühlkreislauf, jedech müßte für diesen Zweck für jedes Einsatzgebiet und die hier herrschenden Betriebsbedingungen eine speziell ausgebildete Dichtung einschliesslich Zubehör verwendet werden·

Selbst bei einer speziefisch für einen bestimmten A=nwendungsfall konstruierten Dichtung lassen sich optimale Werte aber nur für einen bestimmten Betriebszustand erreichen· Der Betriebszustand einer Dichtung ist aber in der Regel Änderungen unterworfen, sei es beim Anfahrvorgang, durch wechselnde Drehzahl der abzudichtenden Welle oder durch Änderungen des Drucks und/oöer der Temperatur des abzudichtenden Mediums. Um für eine Gleitringdichtung optimale Betriebsbedingungen zu schaffen, müßte folglich von einer rationellen Serienferti-

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gung zu einer entsprechend teureren Einzelanfertigung übergegangen werden und es müßten ferner automatische Regeleinrichtungen vorgesehen werden, die eine Anpassung an die jeweilig herrschenden Betriebszustände erlauben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleitringdichtung der eingang genannten Art so auszubilden, daß ohne Einsatz komplizierter, teurer und störanfälliger Regelgeräte eine möglichst weitgehende Annäherung an optimale Betriebsbedingungen auch dann möglich ist, wenn der Betriebszustand der Gleitringdichtung einer Änderung unterworfen ist oder wenn die Dichtung oder deren Zubehör nicht exakt an einen speziellen Anwendungsfallangepaßt ist·

Ausgehend von einer bekannten gekühlten Gleitringdichtung der eingang erläuterten Art löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß die beiden. Pumpen-Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten wesentlich voneinander abweichen und daß bei vorgesehener gleichsinniger Änderung des Förderdruckes und/oder der Förderleistung der umwälzpumpe selbsttätig in Abhängigkeit von Änderungen der Temperatur des Fördermediums das das Außen-

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gewinde aufweisende Pumpen-Bauteil bzw. bei vorgesehener gegensinniger Änderung das das Innengewinde aufweisende Pumpen-Bauteil aus dem Werkstoff mit dem relativ größerem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der Förderdruck und das Fördervolumen einer Umwälzpumpe der erwähnten Bauart in starkem Maße von dem radialen Spiel abhängt das zwischen dem Außengewinde und dem Innengewinde vorhanden ist. Bei den üblicherweise verwendeten Werten für dieses Spiel ist beispielsweise ein quadratischer Einfluß des Radialspiels zum Förderdruck gegeben und zwar dergestalt, daß der Förderdruck mit vermindertem Spiel zunimmt. Die Zusammenhänge zwischen dem Förderdruck und der Fördermenge einerseits und dem radialen Spiel zwischen dem Außen und Innengewinde andererseits akönnen vom Fachmann mit wenigen gezielten Versuchen festgestellt werden. Weiterhin bedarf es nur einer relativ einfachen Berechnung, um festzustellen, welche Wärmeausdehnungskoeffizienten die beiden Pumpen-Bauteile besitzen müßen, damit sich bei einer vorgegebenen Änderung der Temperatur des geförderten Mediums eine entsprechende Änderung des . radialen Spiels zwischen den Gewinden der beiden Bauteile ergibt.

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Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre ist daher der Fachmann in die Läge versetzt, eine gewünschte Abhängigkeit zwischen dem Förderdruck und/oder dem Fördervoalumen einerseits und der Temperatur des geförderten Mediums andererseits zu sehaffen. Die Temperatur des geförderten Mediums hängt unter anderem wesentlich von der durch die GIeitringe verursachten Reibungswärme, der von der Umwälzpumpe verursachten Verlustwärme und auch von der durch einem im Kühlkreislauf angeordneten Wärmetauscher abgeführten Wärmemenge ab. Durch Anwendung der Lehre der Erfindung kann auf vereehiedene Weise eine Annäherung an optimale Betriebsbedingungen erreicht werden:

Die Umwälzpumpe verursacht einen erheblichen Anteil der im Kühlkreislauf anfallenden Verlustwärme und zwar entweder dadurch, daß die Drehzahl der Welle und damit der Förderdruck und die Fördermenge ansteigt oder weil durch Verwendung einer serienmäßigen Dichtung keine genaue Anpassung der Pumpencharakteristik an die Nenndrehzahl der Welle vorgenommen werden kann. In diesem Fall wird eine gegensinnige Änderung des Förderdrucks und/oder der Förderleistung der Umwälzpumpe bezüglich der Temperatur des geförderten Mediums angestrebt, was erfindungsgemäß erreicht werden kann, indem das das Innengewinde aufweisende Pumpen-Bauteil aus dem Werkstoff mit dem relativ

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größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt wird.

Mit zunehmender Temperatur des Fördermediums erhöhen sich auch die Temperaturen der beiden Pumpen-Bauteile, wobei sich das außenliegende, das Innengewinde tragende Pumpen-Bauteil stärker dehnt als das andere Pumpen-Bauteil, sodaß sich das radiale Spiel awischen den beiden erhöht, wodurch der Förderdruck bzw. die geförderte Menge an Medium sinkt. Es tritt daher eine selbsttätige Anpassung ein.

Für einen anderen Anwendungsfall soll beispielsweise die Temperatur der Gleitflächen möglichst konstant gehalten werden, wenn sich die Reibungsverluste an den Gleitflächen ändern. Es wird folglich eine Verstärkte Zirkulation des Kühlmediums im Kühlkreislauf bei ansteigender Temperatur angestrebt. Um eine derartige gleichsinnige Änderung der Förderleistung und hierdurch auch des Förderdruckes der Umwälzpumpe abhängig von dar Temperatur des gefördertem Meniums zu erreichen, wird das das Außengewinde aufweisende Pumpen-Bauteil aus dem Werkstoff mit dem relativ größeren Waremausdehnungskoeffizienten hergestellt, so daß sich mit zunehmender Temperatur der radiale Spalt zwischen den beiden Pumpen-Bauteilen verkleinert und damit die geförderte Menge und der Förderdruck vergrößert wird. Eine ähnliche Anwenäingsmöglichkeit der lehre der Erfindung ergibt sich, wenn beispielsweise eine von der

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Temperatur des Kühlmediums abhängige (bzw. eine von Bedingungen, die diese Temperatur beeinflussen, abhängige) Veränderung des Anpressdruckes der Glejiringe vorgenommen werden soll. Bei einer be- oder entlasteten Ausführung der Gleitringdichtung hängt dieser Anpressdruck neben der Stärke der Anpressfedern und dem Druck des abzudichtenden Mediums auch von dem Druck ab, der im Bereich der Gleitringe durch die Umwälzpumpe in Verbindung mit vorhandenen oder speziell eingebauten Drosselstrecken im Kühlkreislauf entsteht. Dieser Druck und damit der Anpressdruck der Gleitringe kann nach der Lehre der Erfindung selbsttätig in Abhängigkeit von der Temperatur des geförderten Mediums geändert werden.

In erfindungsgemäßer Weiterbildung kann auch eine Beeinflussung des Förderdruckes und/oder der Fördermenge der Umwälzpumpe und damit auch eine Beeinflussung der von diesen Größen abhängigen anderen Werte dadurch erfolgen, daß die Kühlwirkung eines im Kühlkreislauf enthaltenen Wärmetauschers geändert wird, beispielsweise indem die dem Wärmetauscher zugeführte Kühlwassermenge verändert wird.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, die beiden zusammenwirkenden Pumpen-Bauteile im Zuge des

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Kühlkreislaufes anzuordnen, d. h. beispielsweise in Strömungsrichtung des Kühlmediums unmittelbar hinter der Dichtspaltebene, wenn durch die Wärmeentwicklung im Dichtspalt Einfluß auf den Förderdruck oder die Fördermenge der Umwälzpumpe genommen werden solle

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, welche einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete gekühlte Gleitringdichtung zeigt»

Auf einer "Welle 1 ist unter Zwischenschaltung einer Wellenhülse 1 a ein Trägeiriag 2 befestigt, der seinerseits den umlaufenden Gleitring 2 a hält, letzterer läuft an einem stationären Gleitring 3 a an, der in einem Trägerring 3 sitzt, welcher in einem in seiner Gesamtheit mit 4 bezeichneten Dichtungsgehäuse drehfest aber in axialer Richtung verschieblich gelagert ist und von federn 5 in Sichtung auf den umlaufenden Gleitring vorgespannt wird*

Der Trägerring 2 weist an seinem Umfang auf einem Teil seiner axialen Länge ein Fördergewinde 2 b auf, das mit geringem Spiel in der Bohrung eines am Dichtungsgehäuse 4 festen Bau-

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teil 6 angeordnet ist, welches ein Innengewinde 6 a aufweist, das gegenläufig zum Außengewinde 2 b ausgebildet ist. Beide G-ewinde sind mit einem geringen radialen Spiel von "beispielsweise 0, 5mm voneinander angeordnet.Die Gewinde 2 t und 6 a bilden zusammen den aktiven Teil einer TJmwäzpumpe, welche bei umlaufender Welle ein Kühlmedium fördert. Dieses tritt durch eine Einlaßbohrung 4 a des Gehäuses in dessen Innenraum ein, wird von der Umwälzpumpe über einen Ringkanal 7 gezielt in den Bereich des Dichtspaltes gebracht und gelangt dann über eine Auslaßbohrung 4 b über einen in seiner Gesamtheit mit 8 bezeichneten äußeren Kühlkreislauf, der Magnetfilter 8 a und einen Wärmetauscher 8 b enthält, zurück zur Einlaßbohrung 4 a.

Der Trägerring 2 besteht aus einem Werkstoff mit minimalen Wärmeausdehnungskoeffizienten, beispielsweise einer Stahllegierung mit 36 $> Nickelgehalt (INVAR). Dieser Trägerring erleidet daher bei Temperaturänderungen praktisch keinerlei Formänderung. Das Bauteil^ 6 ist aus einem Werkstoff mit relativ großem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt. Dieses Bauteil 6 kann oeispielsweise aus austenitischen Stahl (18 fo Ohrom, 8 %> Nickel) bestehen, oder wenn noch größere Wärmedehnung gewünscht ist aus Hartgummi mit Graphitfüllung oder

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aus Polytetrafluoräthylen. Das Bauteil 6 weist ferner die Form einer von ihrer Beiestigungsstelle am Diclitungsgehäuse in axialer Richtung vorkragenden Hülse auf, welche einen ringförmigen Zwischenraum zum Dichtungsgehäuse freiläßt, in welchem die Einlaßbohrung 4 a mündet.

Durch die Wahl des Werkstoffes und seine vorkragende Ausbildung nimmt das Bauteil 6 die .!Temperatur des umgewälzten Kühlmediums an und rolgt mit seiner Wärmeausdehriung der Temperatur dieses Kühimediums. Mit zunehmender Temperatur erliöht sich daher der umfang des Bauteils 6, wodurch sich der radiale Abstand zu dem das Außengewinde 2 b aufweisenden Trägerring 2 vergrößert» Hierdurch wiederum tritt eine Reduzierung der Fördermenge und des förderdruckes der Umwälzpumpe ein«,

Ist der Förderdruck und die fördermenge der Umwälzpumpe zu groß, beispielsweise bei hoher Wellendrehzahl oder bei ungenauer Dimensionierung dieser Förderpumpe, so steigt aufgrund der Pumpenverluste und der Strömungsverluste im Kühlkreislauf die Temperatur des Kühlmediums an, was z.U. einer Yergröperung des radialen Spiels zwischen dem Innen- und Außengewinde der Pumpe führt, wodurch wiederum der Förderdruck und die lörderleitsung absinkt« Es tritt daher eine selbsttätige Anpassung der Umwälzpumpe ein.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   M.)]Gekühlte Gleitringdichtung mit einer in ihrem Kühlkreislauf angeordneten Umwälzpumpe, welche ein in seiner zur Welle koaxialen Bohrung ein Innengewinde aufweisendes Pumpen-Bauteil und ein in dieser Bohrung mit geringem radialen Spiel drehbar angeordnetes, im Bereich des Innengewindes ein hierzu gegenläufiges Außengewinde aufweisendes Pumpen-Bauteil enthält, wobei das eine Bauteil drehfest mit dem Dichtungsgehäuse und das andere· drehfest mit der Welle verbunden ist,

   dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pumpen-Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten wesent lich voneinander abweiehen und daß bei vorgesehener gleichsinniger Änderung des Förderdruckes und/oder der Förderleistung der Umwälzpumpe selbsttätig in Abhängigkeit von Änderungen der Temperatur des Fördermediums das das Außengewinde aufweisende Pumpen-Bauteil, bzw. bei vorgesehener gegensinni ger Änderung, das das Innengewinde aufweisende Pumpen-Bautteil aus dem Werkstoff mit dem relativ größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht.

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2. 2.) Gekühlte gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Pumpen-Bauteile aus einem metallischen Werkstoff mit minimalem Wärmeausdehnungskoeffizienten , a. B. einer Stahllegierung mit 36 i* Uickelanteil '(IHVAE) besteht,
3. 3.) Gekühlte Gleitringdichtung nach A nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Pumpen-Bauteile aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht·

   4·) Gekühlte Gleitrindichtung nach Anspruch 1 oder 3» d a durch gekennzeichnet, daß das eine, den relativ größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisende Pumpen-Bauteil aus einem Kunststoff, z. B. Polytetrafluoräthylen (TBS¹LOI) oder mit Graphit gefülltem Hartgummi besteht.

   5.) Gekühlte Gleitringdichtung aach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß mindestens das aus dem Werkstoff mit dem raltiv größerem Wäremausdehnungskoeffizienten bestehende Pumpen-Bauteil mit seinem das Gewinde aufweisenden Bereich in radialer Sichtung anbehindert dehnbar angeordnet ist»

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   6·) Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
   das aus dem Werkstoff mit dem relativ größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehende Pumpen-Bauteil auf seiner von dem Innengewinde abgekehrten Außenseite bzw. auf seiner von dem A ußengewinde abgekehrten Innenseite eine Umfangsflache aufweist, welche von dem durch die Umwälzpumpe geförderten Medium bespülbar ist·

   7.) Gekühlte Gleitringdichtung nach A nspruch 6, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die vom Fördermedium
   bespülbare Umfangsflache des Pumpen-Bauteils mindestens
   teilweise in dem vom Fördermedium durchströmten Zirkulationspfad angeordnet ist·

   8.) Gekühlte Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß bezogen auf die Strömungsrichtung des Fördermediums die
   beiden Pumpen-Bauteile hinter der Dichtspaltebene und vor einem in dem Kreislauf des Mediums .eingeschalteten Wärmetauseher angeordnet sind·

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   9·) Gekühlte Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 -7? dadurch gekennzeichnet, daß bezagen auf die Ströiaungsrichtung des Mediums die beiden Pumpen-Bauteile vor der Dichtspaltebene und hinter * einem in den Kreislauf des Mediums eingeschalteten Wärmetauscher angeordnet sincU

   ο.)Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch S oder 9» dadurch gekenn seiehnetj. daß der Wärmetauscher bezüglich seiner Sühlwirkung auf das im Kreislauf geführte Medium änderbar ist_e

   11.) Gekühlte Gleitringdichtung nacii Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet,, daß die dem Wärmetauscher zugeführte Kühlwassermeng© zur Änderung τοη dessen Kühlwirkung einstellbar ist_c

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