DE2233381C3 - Gekühlte Gleitringdichtung - Google Patents

Description

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 ''ieser Bohrung mit geringem radialem Spiel drehbar angeordnetes, im Bereich des Innengewindes ein hiei zu gegenläufiges Außengewinde aufweisendes Pumpen-Bauieil entnä'-t, wobei das eine Bauteil α drehfest mit dem Dichtungsgehäuse 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 drehzahlabhängigen 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 w zwischen den Teilen ist. Durch die Ausbildung eines der Schraubengänge der Pumpe am axial verschiebbaren Gleitring oder einem mit diesem festverbundenen Bauteil überlagert sich dice Reaktionskraft der anderweitig auf diesen Gleitring einwirkenden Anpreß- " kraft und erlaubt somit deren drehrichtungs- und/oder drenzahlabhängige Beeinflussung.

Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Gleitringdichtung, bei welcher durch die Wirkung der Schraubengangpumpe lediglich die Anpreßkraft eines 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 drehfest angeordnete Cegenring durch ein in einem in ihm selbst angeordne- ⁶ⁱ ten ringförmigen Kanal zirkulierendes Kühlmedium unmittelbar gekühlt. Durch Anordnung von Wärmeleitern in diesem Kanal, welche vom KUhlmit;el beauf schlagt werden, wird eine differentiate Abkühlung des Gegenringes bewirkt, so daß durch entstehende unterschiedliche Wärmeausdehnungen eine von der ebenen Parallelbegrenzung abweichende Dichtungsstirnfläche zwischen den Dichtungsringen erhalten wird.

Diese vorstehend beschriebene Ausbildung einer Gleitringdichtung erfordert jedoch aen Einsatz zusätzlicher Regelgeräte, welche das Kühlmedium bzw. dessen Durchfluß durch den Ringkanal dem jeweiligen Betriebszustand der Gleitringdichtung 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 dadir ch, daß die beiden Pumpen- Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten wesentlich voneinander abweichen. In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist die 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 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 Nenndrenzahl 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 dem Werkstoff mit dem relativ 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, wodvrch Jer 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 tu erreichen, wird das das Außengewinde aufweisende Pumpen-Bauteil aus dem Werkstoff mit dem relativ größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten hergesnellt, $o 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 entlf steten 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 Gleitring^ durch die Umwälzpumpe in Verbindung mit vorhandenen oder speziell eingebauten Drosselstrpcken im Kühlkreislauf entsteht. Dieser Druck und damit der Anpießdruck der Gleitringe kann nach der Lehre der Erfindung selbsttätig in Abhängigkeit 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 tines im Kühlkreislauf enthaltenen Wärmetauschers geändert wird, beispielsweise, indem die dem Wärmetauscher zugeführte Kühlwassermenge verändert wird.

Darüber hinaus ist es auch vorgesehen, die beiden zusammenwirkenden Pumpen-Bauteile im Zuge des Kühikreislaufs anzuordnen, d. h. beispielsweise in Strömungsrichtung des Köhlmediums unmittelbar hinter der Dichtspaltebene, wenn durch die Wärmeentwicklung im Dichtspalt Einfluß auf den Förderdruck oder die Hördermenge der Umwälzpumpe genommen werden soll.

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

ίο Auf einer Welle 1 ist unter Zwischenschaltung einer Wellenhülse 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 Dichtungsgeh-jse 4 festen Bautet i> angeordnet ist, welches ein Innengewinde 6a aufweist, uas 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 6a bilden zusammen den aktiven Teil einer Umwälzpumpe, we'che bei umlaufender Welle ein Kühlmedium fördert Dieses tritt durch eine Einlaßboh-

Jf rung 4a des Gehäuses in dessen Innenraum ein, wird von der Umwälzpumpe über einen Ringkanai 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 Einlaßbohrung4a.

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 Rauteil 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 Polytetrafluoräthylen. 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 welchem die Einlaßbohrung 4a mündet.

Durch die Wahl des Werkstoffes und seine vork<-i gende Ausbildung nimnit das Bauteil 6 die Temperatur des umgewälzten Kuhlmediums an und folgt mit seiner Wärmeausdehnung der Temperatur dieses Kühlmediums. Mit zunehmender Temperatur erhöht sich daher der Umfang des Bauteils 6, wodurch sich der radiale Abstand zu dem das Außengewinde 2b aufweisenden

μ "Trägerring 2 vei größen. 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 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)

Patentansprüche:

1. Gekühlte Gleitringdichtung mit einer in ihrem Kühlkreislauf angeordneten Umwälzpumpe, weiche 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 (26, (ta) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten wesentlich voneinander abweichen.

2. Gekühlte Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des das Innengewinde aufweisenden Pumpen-Bauteils (Sa) von dem durch die Umwälzpumpe (26, 6a) geförderten Medium bespülbar ist und mindestens teilweise in dem vom Fördermedium durchströmten Zirkulationspfad angeordnet ist.