DE2618682C2

DE2618682C2 - Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE2618682C2
Application number: DE2618682A
Authority: DE
Inventors: Winfred John Wittier Calif. Wiese
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: BW IP International Inc
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1976-04-28
Publication date: 1982-06-03
Also published as: CA1041133A; NL177341B; NL7604199A; NL177341C; SE423569B; SE7604838L; FR2309769B1; US3970320A; AU499742B2; JPS51127954A; DE2618682A1; FR2309769A1; GB1515595A; JPS6022227B2; AU1264376A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mi¹ den im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen

Bei der bekannten Gleitringdichtung (US-PS 30 51 498), von der die Erfindung ausgeht, ist der dem Dichtspalt abgekehrte ringförmige Hohlraum zwischen dem feststehenden Gleitring und dem Gehäuse an eine nach außen führende Leitung angeschlossen, durch die Flüssigkeit zum Kühlen oder HeLen herangeführt werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine besonders vorteilhafte Kühlmittelführung im Bereich des feststehenden Gleitrings vorzusehen.

Zur Kühlung ist es bekannt (DE-GM 71 18 511), eine Teilmenge von dem im Gehäuse befindlichen, abzudichtenden Strömungsmittel abzuzweigen und mittels an der Stirnseite des umlaufenden Gleitrings vorgesehenen Nuten vom Dichtspalt wegzupumpen. Dabei wird die abgezweigte Teilmenge durch axiale, radial außerhalb des Dichtspalts im Bereich der Nuten mündende Kühlkanäle im feststehenden Gleitring angesaugt. Der Außenumfang des feststehenden Gleitrings ist dem abzudichtenden Raum zugekehrt. Eine vollständige Umspülung des feststehenden Gleitringes tritt daher nicht auf.

Bei einer anderen bekannten Gleitringdichtung (FR-PS 10 56 419) sind die dem abzudichtenden Raum abgekehrten hinter dem Dichtspalt liegenden Hohlräu me mit öl gefüllt. Die feststehenden Gleitringe sind mit axialen, in den Bereich des Dichtspalts mündenden Kanälen versehen, durch die Öl zum Dichtspalt gelangt, das dann durch Nuten in der Gleitringfläche radial nach außen zurückgepumpt wird. Die Kühlung erfolgt nicht durch das abzudichtende Strömungsmittel.

Es ist ferner bekannt (US-PS 36 28 799), den feststehenden Gleitring in einer ringförmigen Ausnehmung des Gehäuses anzuordnen und über eine dem Dichtspalt abgekehrten Vorsprung an einem Stützring abzustützen. Dabei gelangt das abzudichtende Strömungsmittel über am Außenumfang des feststehenden Gleitrings angeordnete Längsnuten in den Hohlraum zwischen Gehäuse und feststehenden Gleitring, während der Hohlraum hinter dem Stützring über axiale und miteinander in Verbindung stehende Kanäle im feststehenden Gleitring und im Stützring mit dem Druck im Dichtspalt beaufschlagt wird. Eine Umspülung des in der ringförmigen Gehäuseausnehmung sitzenden Gleitrings ist dabei nicht möglich.

Die eingangs genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die höhere Geschwindigkeit des Strömungsmittels im Bereich des äußeren Umfangs des rotierenden Gleitrings wird das Strömungsmittel in die äußeren Nuten des Gleitrings gedrückt, durchströmt dann durch die axialen Kühlkanäle, die radial außerhalb des Dichtspalts münden. Dabei bilden sich in der Gleitringfläche des feststehenden Gleitrings im Bereich der ausmündenden axialen Kanäle durch thermische Verformung sehr seichte Taschen aus, die Strömungsmittel einfangen, das zur besseren Kühlung des Dichtspaltes dient.

Eine solche thermische Verformung im Gleitflächenbereich ist bekannt (DE-PS 12 12 800). Dabei münden jedoch die Kanäle innerhalb des Dichtspalts und erfolgt die Zuführung des Strömungsmittels über radiale Kanäle.

Erfindungsgemäß ist so eine vollständige Umspülung des feststehenden in der Ausnehmung des Gehäuses angeordneten Gleitrings ermöglicht, ohne daß der rotierende Gleitring mit Pumpenschaufeln versehen ist. Durch die verbesserte Kühlmittelführung wird eine

so bessere Kühlwirkung erzielt. Außerdem wird ein gehäuseseitiges Abheben des feststehenden Gleitrings durch einen zu hohen Druck in dem Dichtspalt abgekehrten Hohlraum vermieden.

Bekanntlich ist die im Dichtspalt erzeugte Wärme-

)> menge abhängig von der Leckströmung durch den Dichtspalt. Ist die Leckströmung gering, so ist die im Dichtspalt erzeugte Wärmemenge groß, dagegen ist die Leckströmung hoch, wenn die erzeugte Wärmemenge gering ist.

w Auch die Verwerfung der Gleitringfläche im Bereich der autmündenden axialen Kanäle ist proportional der im Dichtspalt erzeugten Wärmemenge. Deshalb erhöht die Ve^rwerfung der Gleitringfläche die Leckströmung, wodurch die erzeugte Wärmemenge geringer wird. Auf diese Weise ist die Kühlung der Gleitringflächen abhängig von der im Dichtspalt erzeugten Wärmemenge.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

so Fig. 1 einen Achsenschnitt durch eine Gleitringdichtung gemäß Linie 1 -1 von F i g. 2. in Richtung der Pfeile gesehen;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 von Fi g. 1, in Richtung der Pfeile gesehen;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt durch den feststehenden Gleitring;

F i g. 4, 5 + 6 Schnitte gemäß den Linien 4-4, 5-5 bzw. 6-6 von F i g. 3, in Richtung der Pfeile gesehen.

Die dargestellte Gleitringdichtung dichtet eine Welle Π gegenüber einem Gehäuse 12 ab. Die Welle ist in Lagern (nicht gezeigt) drehbar angeordnet und verläuft durch eine Wellenöffnung 13 im Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 besitzt zwei Gehäuseteile 14, 15, welche in geeigneter Weise, z. B. mittels Bolzen (nicht gezeigt)

b5 aneinander befestigt sind. Die Gehäuseteile 14, 15 sind mittels eines O-Rings 16, welcher in einem Schlitz 17 im Gehäuseteil 14 aufgenommen ist. gegen Lecken durch die Verbindungsstelle abgedichtet.

Eine feststehende Gleitring-Baugruppe 18 ist am Gehäuseteil 15 angebracht; eine damit zusammenwirkende umlaufende Gleitring-Baugruppe 19 ist auf der Welle 11 angebracht

Wie in Fig.t gezeigt, besitzt die Welle 11 einen Wellenabschnitt 21, welcher einen etwas größeren Durchmesser besitzt, als der Wellenabschnitt 22. Die Welle besitzt eine Schulter bzw. eins Stufe 23 zwischen den erwähnten Wellenabschnitten. Auf dem größeren Wellenabschnitt 21 ist ein Federhalter 24 angebracht ;o Der Federhalter 24 besitzt die Form eines ringförmigen Teils, welches die Welle umgibt. Ein gespaltener Haltering 25 befindet sich in einer Nut 26 in der Welle 11 und in einer gegenüberliegenden Nut 27, welche im Federhalter 24 ausgebildet ist. Der Haltering 25 hält den Federhalter gegen eine Linksbewegung entlang der Welle 11 (vgl. Fig. 1) fest. Der Federhalter 24 wird durch die Welle 11 über einen Keil 28 angetrieben bzw. gedreht, welcher in eine Keilnut 29 in der Welle 11 und in einen entsprechenden Schlitz 31 im Federhalter 24 eingepaßt ist. Der Federhalter 24 ist mit längs verlaufenden Federtaschen 32 versehen, von denen nur eine in der Zeichnung dargestellt ist. Die Federtaschen 32 sind auf dem Umfang des Federhalters 24 angeordnet. Spiralfedern 33 befinden sich unter Druck in den Federtaschen 32 und liegen gegen eine U-förmige Manschette 34 an und drücken diese in der Sicht von F i g. 1 nach rechts. Die U-förmige Manschette 34 ist ein ringförmiges Teil mit einer Schürze 35, welche längs über den Außenumfang des Federhalters 24 gleitet. Ein Antriebsstift 36 verläuft radial durch den Federhalter und ragt mit seinem äußeren Ende 37 in einen Längsschlitz (38) in der U-förmigen Manschette 34. Auf diese Weise dreht sich die U-förmige Manschette 34 mit dem Federhalter 24 mit, kann dabei aber längs zum Federhalter 24 frei gleiten. Die U-förmige Manschette 34 besitzt eine ringförmige Nase 39, deren Innenumfang entlang der Welle 11 gleitet.

Auf dem Wellenabschnitt 21 ist verschiebbar ein umlaufender Glcitring 41 angeordnet. Zwischen der Nase 39 der U-förmigen Manschette und einer nach hinten zeigenden Fläche 43 des umlaufenden Gleitrings 41 ist ein Ring 42 angeordnet. Dieser verhindert, daß Strömungsmittel durch den Freiraum zwischen dem Wellenabschnitt 21 und dem umlaufenden Gleitring 41 durchleckt.

An der Rückseite und einstückig mit dem umlaufenden Gleitring 41 befindet sich ein Mitnehmer 44, welcher in e'en Längsschlitz 38 in der U-förmigen Manschette 34 hineinragt. Auf diese Weise wird der umlaufende Gleitring 41 von der U-förmigen Manschette 34 angetrieben; der umlaufende Gleitring 41 kann jedoch, innerhalb von Grenzen, in Längsrichtung auf der Welle Il gleiten.

Der umlaufende Gleitring 41 besitzt eine radial verlaufende ringförmige Fläche 45, welche dichtend an einer entsprechenden Fläche 46 am umlaufenden Gleitring 47 angeordnet ist.

Die Gleitringe 41 und 47 sind mittels einer geeigneten Zahl von über den LImfang verteilten Keilen 48 verbunden. Diese werden von einem äußeren Band 49 an ihrem Ort gehalten und berühren die Keilnuten 51,52 im Außenumfang der Gleitringe 41 bzw. 47. Der Gleitring 47 besitzt eine radial verlaufende Dichtfläche 53, welche dichtend zur entsprechenden Gleitfläche 54 an dem feststehenden Gleitring 58 angeordnet ist. Die Gleitflachen 53 und 54 sind auf optische Ebenheit über ihre ganzen Dichtflächen hinweg geläppt.

Die feststehende Gleitring-Baugruppe 18 ist in einem Tragflansch 55 angeordnet und wird von diesem getragen. Der Tragflansch 55 ist mit dem Gehäuseteil 15 einstückig und ragt im wesentlichen radial nach innen auf den Wellenabschnitt 22 zu. Der Tragflansch 55 ist ringförmig; sein Innenumfang 56 besitzt einen geringen Abstand vom Wellenabschnitt 22.

Die feststehende Gleitring-Baugruppe 18 weist einen Stützring 57 und einen feststehenden Gleitring 58 mit der zuvor erwähnten Gleitfläche 54 auf. Der Stützring

57 ist in einer Ausnehmung 59 im Tragflansch 55 angeordnet Diese Ausnehmung 59 ist außerdem so ausgedehnt, daß sie mit dem Stützring 57 einen ringförmigen Hohlraum 62 bilden. Ein O-Ring 63 innerhalb des Hohlraums 62 dichtet gegen ein Lecken von Strömungsmittel aus dem Hohlraum 62 radial nach Janen durch die Verbindung zwischen dem Stützring 57 und dem Tragflansch 55 ab.

Der feststehende Gleitring 58 ist zwischen dem Stützring 57 und ';m umlaufenden Gleitring 47 angeordnet. Er stützt sich über einen ringförmigen Vorsprung 64, an dem Stützring 57 ab. Zwischen diesen besteht eine geläppte flüssigkeitsdichte Verbindung, welche durch eine Dichtfläche 65 am Vorsprung 64 und eine komplementäre Dichtfläche 66 am Stützring 57 gebildet wird.

Am Gehäuseteil 15 ist eine Keilnut 67 vorgesehen, welche zmiti Außenumfang des feststehenden Gleitrings zeigt. Ein Keil 68 ist in der Keilnut 67, z. B. durch Schweißen, befestigt. Der Keil 68 greift in eine von mehreren Nuten 69 im Außenumfang des feststehenden Gleitrings 58. Auf diese Weise wird die Drehung des Gleitrings 58 im Gehäuseteil 15 verhindert. Wie aus der Zeichnung zu ersehen, befindet sich hinter dem feststehenden Gleitring 58 ein Hohlraum 70, der zum Teil vom Gehäuseteil 15 gebildet wird. Der Hohlraum 70 befindet sich in Strömungsmittelverbindung mit dem Hohlraum 62.

Ein spiralförmiger Sprengring 71 ist in einer Nut 72 im Gehäuseteil 15 aufgenommen. Der radiale innere Teil des Sprengrings 71 hält den feststehenden Gleitring

58 im Gehäuseteil 15 fest, wenn die Gleitringdichtung auseinandergenommen wird. Wenn der Sprengring 71 aus seiner Nut 72 entfernt wird, kann auch der feststehende Gleitring 58 aus dem Gehäuseteil 15 entfernt werden.

Außer den Nuten 69, von denen einer den Keil 68 aufnimmt, besitzt der feststehende Gleitring 58 eine Vielzahl radial in Abstand zueinander befindlicher, axialer Kühlkanäle 73, die sich in radialem Abstand von den Dichtflächen 54 und 65 des feststehenden Gleitrings 58 öffnen. Wegen lokaler Verwerfungen der Gleitfläche 54 treten benachbart und radial innerhalb der Kühlkanäle 73 in der Gleitfläche 54 Vertiefungen auf. Diese Vertiefungen sind winzig und betragen zwischen einem Bruchteil eines Millionstel Zoll und ungefähr einem Millionstel Zoll. Die Zeichnung ist zu Illustrationszwecken stark übertrieben, was diese Vertiefungen angeht.

Die Nuten 69 und die K: i ikaniiIe 73 bilden eine Strömungsmittelverbindung zwischen der öffnung 13 im Gehäuseteil 14 und den Hohlräumen 70 und 62 im Gehäuseteil 15.

Die Ringe 41, 47, 58, 57 können aus herkömmlichem Material sein; z. B. sind die umlaufenden Gleitringe 41, 47 und der Stülzring 57 aus Edelstahl, der feststehende Gleitring aus Kohlenstoff oder der umlaufende GI ^: ring 47 aus Stellit oder aus einer anderen

Legierung.

Die Arbeitsweise der Gleitringdichtung wird wie folgt erläutert. Eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, befindet sich in dem Gehäuseteil 14 und ebenso in den Hohlräumen 70 und 62 des Gehäuseteiles 15. Wenn sich die Welle 11 dreht, dreht sich die umlaufende Gleitring-Baugruppe 19 relativ zum feststehenden Gleitring 58. Weil die Geschwindigkeitsspitze des Strömungsmittels am Umfang der Gleitringe größer ist, stellt sich eine Strömung durch die Nuten 69 in die Hohlräume 70,62 hinter dem feststehenden Gleitring 58 und von dort durch die Kühlkanäle 73, wo geringere Geschwindigkeitsspitzen sind, auf den umlaufenden Gleitring 47 zu ein. Etwas Strömungsmittel wird über die Vertiefungen 74 in der Gleitfläche 54 auf die Gleitflächen 53 und 54 hingelenkt. Eine kleine Menge Strömungsmittel strömt durch den Dichtspalt 53 und 54 und von dort entlang der Welle 11 in den echten Hohlraum. Eine solche Leckage ist normal und erwünscht, da sie den Dichtspalt 53, 54 schmiert und kühlt. Der Großteil der Kühlung des Dichtspalts 53, 54 beruht jedoch auf der Strömung des Strömungsmittels durch die Kühlkanäle 73. Für zusätzliche Kühlung sorgt Strömungsmittel, welches in die Vertiefungen 74, die beim Auftreten von Verwerfungen in der Dichtfläche 54 ausgebildet sind, fließt.

Die Strömung durch die Kühlkanäle 73 kühlt die unmittelbare Umgebung in deren Nähe. Da die Kühlkanäle 73 der Gleitfläche 54 benachbart sind, bewirkt der Kühleffekt eine Verwerfung der Gleitfläche 54 in der Umgebung der Kühlkanäle 73. Diese Verwerfung äußert sich in der Bildung der Vertiefungen

ίο 74, welche die Kühlung in der unmittelbaren Umgebung des benachbarten Dichtspalts 53, 54 verstärken. Da die Kühlkanäle 73 dem Dichtspalt 53,54 benachbart sind, ist die Verwerfung der Gleitfläche 54 proportional zu der Wärmemenge, welche an dem Dichtspalt 53,54 erzeugt wird. Wenn die Leckrate gering ist. ist die Wärmemenge, welche an den Flächen erzeugt wird, groß. Wenn die Leckrate groß ist, ist die erzeugte Wärmemenge gering. Auf diese Weise erhöht die Verwerfung der Dichtfläche die Leckrate durch die Dichtung, wodurch die Wärmemenge, welche an den Dichtflächen erzeugt wird, verringert wird. Dies führt im Ergebnis zu einer selbstkompensierenden Dichtungsanordnung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Gleitringdichtung, bei der der mit der abzudichtenden Welle umlaufende Gleitring durch Federn gegen den im Gehäuse feststehenden Gleitring angedrückt wird, und bei der der feststehende Gleitring mit axialen Kühlkanälen versehen ist, die radial außerhalb des Dichtspaltes der Gleitringe münden und durch die Strömungsmittel von einem dem Dichtspalt abgekehrten Hohlraum zwischen Gehäuse und dem in einer ringförmigen Ausnehmung des ■ Gehäuses eingesetzten feststehenden Gleitring in den Bereich des Dichtspalts geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des feststehenden, sich über einen Vorsprung (64) gehäuseseitig abstützenden Gleitringes (58) mehrere Nuten (69) vorgesehen sind, durch die eine Teilmenge des im Gehäuse befindlichen Strömungsmittels in den dem Dichtspalt (53, 54) abgekehrten Hohlraum (70) und in die Kühlkanäle (73) gepumpt wird.