DE2233381B2 - Gekühlte Gleitringdichtung - Google Patents

Description

25

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 gegenUufiges Außengewinde aufweisendes Pumpen-Bauteil einhält, wobei das eine Bauteil J5 drehfest mit dem Dichlungsgehs .se und das andere drehfest mit der Welle verbunden ist.

Bei einer solchen bekannten Gleitringdichtung (DE-AS 19 13 397) ist einer der Schraubengänge der der Umwälzung eines Kühl- oder Schmiermediums dienen- -»o den Schraubengangpumpe zur Erzielung einer drehzahiabhängigen axialen Be- oder Entlastung der Gleitfläche am axial verschiebbaren Gleitring oder einem mit diesem fest verbundenen Bauteil ausgebildet.

Diese Ausbildung der Schraubengangpumpe bewirkt, daß zwischen den gegeneinander drehenden Teilen anläßlich der Förderung des Kühl- oder Schmiermediums eine bedeutende Reaktionskraft erzeugt wird, deren Richtung mit der Drehrichtung wechselt und deren Größe eine Funktion der relativen Drehzahl zwischen den Teilen ist. Durch die Ausbildung eines der Schraubengänge der Pumpe am axial verschiebbaren Gleitring oder einem mit diesem festverbundenen Bauteil überlagert sich diese Reaktionskraft der anderweitig auf diesen Gleitring einwirkenden Anpreß- w kraft und erlaubt somit deren drehrichtungs- und/oder drehzahlabhängige Beeinflussung.

Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Gleitringdichtung, bei welcher durch die Wirkung der Schraubengangpumpe lediglich die Anpreßkraft eines ^w Gleitringes beeinflußt wird und damit indirekt auch die Kühlung der Gleitringe betroffen ist, wird bei einer weiteren bekannten Gleitringdichtung (DE-Gbm 18 56 809) der im Gehäuse drehfesl angeordnete Gegenring durch ein in einem in ihm selbst angcurdneten ringförmigen Kanal zirkulierendes Kühlmedium unmittelbar gekühlt. Durch Anordnung von Wärnielei tern in diesem Kanal, welche vom Kühlmittel beaufschlagt werden, wird eine differential Abkühlung des Gegenringes bewirkt, so daß durch entstehende unterschiedliche Wlrmeausdehnungen eine von der ebenen Parallelbegrenzung abweichende Dichtungsstirnfläche zwischen den Dichtungsringen erhalten wird.

Diese vorstehend beschriebene Ausbildung einer Gleitringdichtung erfordert jedoch den Einsatz zusätzlicher Regelgeräte, welche das Kühlmedium bzw. dessen Durchfluß durch den Ringkanal dem jeweiligen Betriebszustand der Gleichringdichtung entsprechend anpaßt

Keine der bekannten gekühlten Gleitringdichtungen ist jedoch in der Lage, die Druck- und Fördermenge des Kühlmediums unter Berücksichtigung der jeweils herrschenden Betriebsbedingungen dem jeweiligen Betriebszustand nahezu selbständig anzupassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleitringdichtung der eingangs 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 Anwendungsfall angepaßt ist

Ausgehend von einer bekannten gekühlten Gleitringdichtung der eingangs erläuterten Art löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß die beiden Pumpen-Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten wesentlich voneinander abweichen. In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist d«c Außenseite des das Innengewinde aufweisenden Pumpen-Bauteils von dem durch die Umwälzpumpe geförderten Medium bespülbar und mindestens teilweise in dem vom Fördermedium durchströmten Zirkulationspfad angeordnet

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 können 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.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre ist daher der Fachmann in die Lage versetzt, eine gewünschte Abhängigkeit zwischen dem Förderdruck und/oder dem Fördervolumen einerseits und der Temperatur des geförderten Mediums andererseits zu schaffen. Die Temperatur des geförderten Mediums hängt u. a. wesentlich von der durch die Gleitringe verursachten Reibungswärme, der von der Umwälzpumpe verursachten Verlustwärme und auch von der durch einen im Kühlkreislauf angeordneten Wärmetauscher abgeführten Wärmemenge ab. Durch Anwendung der Lehre der

Erfindung kann auf verschiedene Weise eine Annäherungen 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 dadurch erreicht werden kann, daß das das Innengewinde aufweisende Pumpen-Bauteil aus df,m Werkstoff mit dem relativ η 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, so daß sich das radiale Spiel zwischen den beiden erhöht wcdurch 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 der Temperatur des geförderten Mediums zu erreichen, wird das das Außengewinde aufweisende J5 Pumpen-Bauteil aus dem Werkstoff mit dem relativ größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten 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 Anwendungsmöglichkeit der Lehre der Erfindung ergibt sich, wenn beispielsweise eine von der Temperatur des Kühlmediums abhängige (bzw. eine von Bedingungen, die diese Temperatur beeinflussen, abhängige) Veränderung des Anpreßdruckes der Gleitringe vorgenommen werden soll. Bei einer be- oder eni'.asteten 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 Gleitriüje durch die Umwälzpumpe in Verbindung mit vorhandenen oder speziell eingebauten Drosselsfecken im Kühlkreislauf entsteht. Dieser Druck und damit der Anpreßdruck der Gleitringe kann nach der Lehre der Erfindung selbsttätig in Abhängigkeil von der Temperatur des geförderten Mediums geändert werden.

Es kann aber auch eine Beeinflussung des Förderdrukkes 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. t>5

Darüber hinaus ist es auch vorgesehen, die beiden zusammenwirkenden Pumpen-Bauteile im Zuge des Kühlkreislaufs 'in^uur-lnen, d. h. beispielsweise in

40

45

50 Strömungsrichtung des Kühlmediums unmittelbar hinter der Dichtspaltebene, wenn durch die Wärmeentwicklung im Dichtspalt Einfluß auf den ^Pörderdruek oder die Fördermenge der Umwälzpumpe genommen werden soll.

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 Weilenhülse la ein Trägerring 2 befestigt, der seinerseits den umlaufenden Gleitring la hält Letzterer läuft an einem stationären Gleitring 3a 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 Richtung auf den umlaufenden Gleitring vorgespannt wird.

Der Trägerring 2 weist an seinem Umfang auf einem Teil seiner axialen Länge ein Fördergewinde 2b auf, das mit geringem Spiel in der Bohrung eines am Dichtungsgehäuse 4 festen Bauteil 6 angeordnet ist welches ein Innengewinde 6a aufweist, das gegenläufig zum Außengewinde 2b ausgebildet ist Beide Gewinde sind mit einem geringen radialen Spiel von beispielsweise 0,5 mm voneinander angeordnet. Die Gewinde 2b und öa bilden zusammen den aktiven Teil einer Umwälzpumpe, welche bei umlaufender Welle ein Kühlmedium fördert. Dieses tritt durch eine Einlaßboh· rung 4a 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 4b über einen in seiner Gesamtheit mit 8 bezeichneten äußeren Kühlkreislauf, der Magnetfilter 8a und einen Wärmetauscher 8b enthält, zurück zur Einlaßbohrung 4a.

Der Trägerring 2 besteht aus einem Werkstoff mit minimalen Wärmeausdehnungskoeffizienten, beispielsweise einer Stahllegierung mit 36% Nickelgehalt. Dieser Trägerring 2 erleidet daher bei Temperaturänderungen praktisch keinerlei Formänderung. Das Bauteil 6 ist aus einem Werkstoff mit relativ großem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt. Dieses Bauteil 6 kann beispielsweise aus austenitischem Stahl (18% Chrom. 8% Nickel) bestehen oder, wenn noch größere Wärmeausdehnung gewünscht ist, aus Hartgummi mit Graphitfüllung oder aus Polytetrafluorethylen. Das Bauteil 6 weist ferner die Form einer von ihrer Befestigungsstelle am Dichtungsgehäuse in axialer Richtung vorkragenden Hülse auf, welche einen ringförmigen Zwischenraum zum Dichtungsgehäuse freiläßt, in weichen die Einlaßbohrung 4a mündet

Durch die Wahl des Werkstoffes und seine vorkragende Ausbildung nimmt das Bauteil 6 die Temperatur des umgewälzten Kühlmediums an und folgt mit serner Wärmeausdehnung der Temperatur dieres Kühlmediums. Mit zunehmender Temperatur e^rhöht sich daher der Umfang des Bauteils 6, wodurch sich der radiale Abstand zu dem das Außengewinde 2b aufweisenden :Trägerring2 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 stsigt aufgrund der Pumpenverluste und der Strömungsverluste im Kühlkreislauf die Temperatur des Kühlmediums an. was zu einer

Vergrößerung des radialen Spiels zwischen dem Innen- und Außengewinde der Pumpe führt, wodurch wiederum der Förderdruck und die Förderleistung absinkt. Es tritt daher eine selbsttätige Anpassung der Umwälzpumpe ein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   1, 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 ι ο Bauteil drehfest mit dem Dichtungsgehäuse und das andere drehfest mit der Welle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pumpen-Bauteile (2b, 6a) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten wesentlich voneinander abweichen.
2. 2. Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des das Innengewinde aufweisenden Pumpen-Bauteils (6a) von dem durch die Umwälzpumpe (2h, 6a) geförderten Medium bespülbar ist und mindestens teilweise in dem vom Fördermedium durchströmten Zirkulationspfad angeordnet ist