DE2639586A1 - Gleitringdichtung - Google Patents

Description

Gleitringdichtung

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung zum Abdichten zwischen gegenseitig rotierenden Bauteilen, wobei ein erster Gleitring, der an einem. Bauteil befestigt ist, eine sich radial erstreckende ebene Gleitfläche aufweist, die an der ebenen Fläche eines zweiten Gleitrings angreift, der in axialer Richtung beweglich und drehfest mit dem anderen Bauteil verbunden ist, wobei der zweite Gleitring in axialer Richtung auf den anderen Gleitring zu federnd belastet ist, so daß im Ruhezustand zwischen den beiden Gleitringen keine Flüssigkeit hindurchfließen kann.

Bei einfachen Gleitringdichtungen reiben die beiden Gleitringe aneinander, so daß bei normalen Druckverhältnissen praktisch keine Leckage von Flüssigkeit zwischen ihnen auftritt. Bei hohem Druck werden die Gleitringe jedoch radial nach innen gedruckt und es ist bekannt, daß, wenn diese nach innen gerichtete Bewegung an einer Stelle der axialen Länge der Gleitringe behindert wird, sich die Gleitflächen verformen, so daß ein keilförmiger Spalt entsteht, wobei das breite Ende dieses Spalts auf der Seite des niedrigeren Druckes liegt, was

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dazu führt, daß die Berührungsfläche zwischen den Gleitringen reduziert wird, wodurch eine übermäßige Flächeneinheitsbelastung, Überhitzung und schließlich die Zerstörung der Dichtung auftritt. Der Vorschlag nach der GB-PS 965 212 beseitigt dieses Problem dadurch, daß Dichtungsglieder vorgesehen sind, die durch ein steifes Stützglied für die Gleitringe gehalten werden, wobei die Dichtungsglieder die radialen Flächen an den Enden der Hinge, die den Gleitflächen gegenüberliegen, erfassen, so daß die Einge sich zwanglos radial nach innen verformen können, und zwar entlang ihrer gesamten axialen Länge, wodurch die Gleitflächen auch bei hohem Druck parallel bleiben. Auf diese Weise bleibt die Dichtung auch bei hohem Druck dicht.

Fach einer anderen Lösung des gleichen Problems wird eine Dichtung mit begrenzter Leckage vorgesehen, bei welcher die Gleitflächen durch einen Flüssigkeitsfilm während des Umlaufens getrennt sind, wobei die sich ergebende geringe Leckage in Kauf genommen wird. Es sind zahlreiche Typen von Dichtungen mit begrenzter Leckage (controlled leakage type seal) bekannt. Aus der GB-PS 1 012 085 geht eine Dichtung hervor, bei der ein Gleitring einen Dichtungslaufring aufweist, der so ausgebildet ist, daß er sich vom anderen Gleitring von selbst abhebt, wenn die Dichtung mit Druck beaufschlagt wird. Dieses Abheben wird dadurch erreicht, daß sich radial erstreckende Bereiche an den gegenüberliegenden Seiten des Dichtungslaufrings befinden, die dem höheren Druck ausgesetzt sind, und zwar derart, daß eine resultierende Kraft auftritt, die auf den Dichtungslaufring einwirkt, so daß er von dem Läufer abhebt, und zwar in eine Gleichgewichtslage, die einen begrenzten Flüssigkeitsaustritt zwischen den Gleitringen sicherstellt. Nachteilig an dieser Dichtung ist jedoch, daß die Leckage

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nicht im ausreichenden Maße steuerbar ist. Aus der G-B-PS 1 193 604- geht eine Dichtung hervor, bei der einer der beiden Gleitringe eine geformte Fläche aufweist, die einen keilförmigen Spalt ergibt, wobei das breitere Ende des Spalts auf der Seite mit dem hohen Druck liegt. Im Ruhezustand ist bei dieser Dichtung das schmale Ende des Spalts geschlossen und die Dichtung dicht. Im arbeitenden Zustand dringt jedoch Flüssigkeit in den Spalt, und zwar bei Druckerhöhung mit zunehmenden Ausmaß, wodurch Flüssigkeit zwischen den Gleitringen durchlaufen kann, so daß die Dichtung mit steuerbarer Leckage arbeitet. Der größte Nachteil dieser Dichtung besteht jedoch darin, daß sie vor ihrem Einsatz einem Druck ausgesetzt werden muß, damit die geformte Fläche vor einer Abnützung bei niedrigem oder fehlendem Druck geschützt ist, und zwar während der gesamten Lebensdauer dieser Dichtung. Εε gibt jedoch Fälle, bei denen dies nicht durchführbar ist, zumindest ist sie unpraktisch und häufig nicht verwendbar. Auch werden durch das Erfordernis, eine vorgeformte Fläche vorzusehen, die Herstellungskosten für diesen Gleitring erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleitringdichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die im Anfahrzustand und unter Einwirkung geringer Drucke dicht ist und bei Beaufschlagung mit hohen Drucken als Dichtung mit steuerbarer Leckage wirkt, wobei die Leckage zum Flüssigkeitsdruck proportional ist, ohne daß besondere vorgeformte Gleitflächen erforderlich sind.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens einer der Gleitringe derart geformt und/oder befestigt ist, daß die ebene Gleitfläche dieses Gleitrings proportional zum Druck der Flüssigkeit unter Ausbildung eines keilförmigen Spalts zwischen den Gleitflächen verformt wird, wobei das breite Ende des Spalts auf der Seite

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des hohen Drucks liegt, um einen Durchtritt der Flüssigkeit zwischen den Gleitflächen zu erreichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtung besteht darin, daß sie im Anfahrzustand und unter Einwirkung geringer Drucke dicht ist, also als nicht leckende Dichtung wirkt, und bei Beaufschlagung mit hohen Drucken als Dichtung mit beeinflußbarer Leckage wirkt. Die Leckage ist dabei zum Flüssigkeitsdruck proportional. Auch sind bei der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung keine vorgeformten Gleitflächen erforderlich. Demgemäß ist die schwierige Präzisionsarbeit, die erforderlich ist, um ein besonderes Profil herzustellen, durch einfaches Oberflächenpolieren ersetzt.

Nachstehend ist die Erfindung han Hand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil eines Schnitts durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung, wobei die Gleitringe keinem Druck ausgesetzt sind;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Fig. 1, wobei die Gleitringe durch hohe Druckbeaufschlagung verformt sind;

Fig. 3 einen Teil eines Schnitts durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung, wobei die Gleitringe keinem Druck ausgesetzt sind;

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Fig. 4 einen Schnitt gemäß Fig. 3, wobei die Gleitringe durch hohe Druckbeaufschlagung verformt sindj

Hg. 5 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gleitringj und

Hg. 6 eine Darstellung einer, gegenüber der in Hg. 3 gezeigten, anderen Art der Anbringung einer der Gleitringe.

Die Ausführungsformen der in Hg. 1 bis 4 gezeigten Dichtung weisen eine steuerbare Leckage auf, das heißt sie sind geeignet, den Durchfluß von Flüssigkeit zwischen einer Welle 1, die in einem Gehäuse 2 umläuft, in Grenzen zu halten. Sie weisen zwei gegeneinander verdrehbare Gleitringe 3 j 4 mit flacher, polierter Gleitfläche 5 bzw. 6 auf. Der Gleitring 3 ist nicht drehbar und gegenüber dem Gehäuse 2, beispielsweise durch einen O-Eing 7j abgedichtet. Der Gleitring 4 ist mit bekannten Mitteln befestigt, um mit der Welle 1 umlaufen zu können und ist gegenüber der Welle 1, beispielsweise durch einen O-Eing 8, abgedichtet. Einer der Gleitringe 3» 4 ist in axialer Sichtung gegenüber dem anderen federnd belastet, beispielsweise durch eine nicht gezeigte Feder, so daß die Gleitflächen 5? 6 aneinanderliegen. Dies ist bekannt und braucht nicht weiter beschrieben zu werden.

Die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dichtung, die in Fig. 1 bis 4 gezeigt sind, eignen sich für eine Verwendung unter gleichmäßigem hohem Druck im Bereich A.

Wenn ein gleichmäßiger hoher Druck im Bereich A 709810/0905

entlang der gesamten Länge der Dichtungen einwirkt, verformen sich, beide Hinge f, 4, wie dargestellt, -um einen keilförmigen Spalt 9 zwischen den Gleitflächen 5, 6 zu bilden, dessen breiteres Ende auf der Seite des hohen Drucks liegt, so daß Flüssigkeit zwischen den beiden Eingen 3? 4 austreten kann. Gleichzeitig wird ein dickerer Flüssigkeitsfilm zwischen den Gleitflächen 5, 6 gebildet, wobei die Ringe 3, 4 sich, voneinander entfernen, wodurch, die beiden Flächen 5, 6 sehr hohen Drucken ohne Schaden widerstehen können. Das Ausmaß der Verformung, und damit das Ausmaß der Leckage, ist vom Druck abhängig und nimmt mit zunehmendem Druck zu. Die Dichtung paßt sich damit an den herrschenden Druck an, um die Leckage zu steuern.

Der Kern der Erfindung ist in der Form und/oder der Befestigung der Gleitringe zu sehen, die es ihnen ermöglichen, sich in der oben angegebenen Weise zu verformen.

Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung wird die Verformung durch eine besondere Befestigung des Rings 3 und eine besondere Form des Rings 4 erreicht. Der Ring 4 ist an seinem hinteren Ende gelagert und weist, wie im Querschnitt gezeigt, drei aufeinanderfolgende Abschnitte 4a, 4b, 4c verschiedener Abmessungen auf. Der mittlere Abschnitt 4 b ist von gleichmäßiger Stärke, während die Endabschnitte 4a, 4c einen Bereich mit erhöhter Stärke gegenüber dem mittleren Abschnitt 4b aufweisen. Der Ring 3 ist mit seinem hinteren Ende am Gehäuse 2 gelagert. Das Gehäuse 2 ist derart ausgebildet, daß es lediglich am innen liegenden !Teil der hinteren Ringfläche des Rings 3 angreift. Damit wird, wenn ein gleichmäßiger hoher Druck im Bereich A entlang der gesamten Länge der Dichtung zur Anwendung kommt, der mitt-

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lere Abschnitt 4b, wegen seiner verminderten Dicke, in einem größeren Ausmaß radial nach innen gedruckt als die Endabschnitte 4a, 4c, die stellenweise durch die Bereiche erhöhter Dicke versteift sind, was dazu führt, daß der Hing 4 sich eher wie in JETig. 2 gezeigt verformt als in umgekehrter Richtung, was ohne Unterstützung des vorderen Endes des Rings 4 zu erwarten ist. Gleichzeitig übt der Druck der !Flüssigkeit zwischen den Ringen 3₅ 4- eine axiale Kraft auf den Ring 3 in Richtung des Gehäuses 2 aus. Diese axiale Kraft läßt eine Gegenkraft am Gehäuse 2 entstehen. Wie bereits erwähnt, greift das Gehäuse 2 nur am inneren Teil der hinteren Ringfläche des Rings 3 an, so daß Gegenkraft konzentriert nahe der inneren Kante dieser hinteren Fläche einwirkt. Da das Druckzentrum zwischen den Ringen 3, 4 radial außerhalb der Gegenkraft des Gehäuses 2 liegt, wird der Ring 3 verformt, wie gezeigt.

Bei der in S¹Ig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung wird die Verformung durch eine besondere Befestigung der Ringe 3 und 4 hervorgerufen. Wie dargestellt, ist der Ring 4 von" bekannter Form und an seinem hinteren Ende 12 gelagert, jedoch ist erfindungsgemäß zusätzlich die innere Fläche 13 bei 14 auf einem an der Welle 1 angeformten Ring 15 gelagert, und zwar in einem geringeren Abstand zur Gleitfläche 6 als zum hinteren Ende 12. Damit wird, wenn der gleichmäßig hohe Druck in dem Bereich A herrscht, derjenige Teil des Rings 4 zwischen der Stelle 14 und dem hinteren Ende 12 in einem größeren Ausmaß radial nach, innen gedrückt als das vordere Ende des Rings 4, der örtlich durch den Ring 15 bei 14 abgestützt ist, was dazu führt, daß der Ring 4 gemäß Fig. 4 verformt wird. Durch entsprechende Gestaltung des Rings 15 kann bewerkstellig werden, daß die Auflagestelle sich axial verschiebt, wenn der Ring 4 seine Form ändert, um dabei jede

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gewünschte Beziehung zwischen dem Druck und der Verformung des Kings 4 zu erreichen. Der Ring 3 ist am Gehäuse 2 in ähnlicher Weise angebracht, wie derjenige, der im Zusammenhang mit der in Hg. 1 und 2 gezeigten Dichtung beschrieben ist, und verformt sich entsprechend.

In den in Pig. 1 bis 4· gezeigten Ausführungsbeispielen verformen sich beide Ringe 3, 4. Es ist jedoch auch möglich, Vorkehrungen zu treffen, daß nur ein Ring verformt wird, während der andere Ring seine flache Gleitfläche beibehält.

Auch kann die Formänderung in der gewünschten Richtung mit gleichem Erfolg erhalten werden, wenn die Beaufschlagung mit hohem Druck außen, wie in ELg. 1 bis 4 gezeigt, oder innen erfolgt.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch einen Gleitring 4¹ gezeigt, der anstelle des in Fig. 1 gezeigten Gleitrings 4 verwendet werden kann. Der Gleitring 4¹ weist fünf Abschnitte 4'a bis e mit unterschiedlicher Biegefestigkeit auf, die fest miteinander verbunden sind. Bei Beaufschlagung der gesamten Länge der Dichtung mit einem gleichmäßigen, hohen Druck verformen sich die einzelnen Abschnitte in unterschiedlichem Ausmaß, wodurch die erforderliche Verformung der Gleitfläache 6¹ erhalten wird. Die Werkstoffe können entsprechend ausgewählt und in den entsprechenden Abschnitten eingesetzt werden, um die gewünschte Beziehung zwischen Druck und Verformung unter den gegebenen Umständen zu erhalten. Demgemäß kann jede beliebige Anzahl von Abschnitten miteinander verbunden werden.

Fig. 6 zeigt eine andere Art der Anbringung des Rings 4 als diejenige, die in Fig. 3 dargestellt ist; der Ring 4 ist auf einer Büchse 16 befestigt, die mit der Welle

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1 umlauft. Das hintere Ende 12 des Rings 4- ist auf der Büchse 16 gelagert. Die Büchse 16 weist eine ringförmige Erhöhung 17 auf, auf der die Innenfläche 13 des Rings bei 14- gelagert ist, und zwar in einem geringeren Abstand zur Gleitfläche 6 als zum hinteren Ende 12. Die Verformung des Rings 4- bei Druckbeaufschlagung erfolgt in ähnlicher Weise wie diejenige, die für den Ring 4 beschrieben ist, der in l"ig. 3 dargestellt ist.

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Claims (6)

1. An sprudle

   ■Ο Gleitringdichtung zum Abdichten zwischen gegenseitig rotierenden Bauteilen, wobei ein erster Gleitring, der an einem der Bauteile befestigt ist, eine sich radial erstreckende, ebene Gleitfläche aufweist, die an der ebenen Fläche eines zweiten Gleitrings angreift, der in axialer !Richtung beweglich und drehfest mit dem anderen Bauteil verbunden ist, wobei der zweite Gleitring in axialer Eichtung auf den anderen Gleitring zu federnd belastet ist, so daß im Ruhezustand zwischen den beiden Gleitringen keine Flüssigkeit hindurchfließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Gleitringe (3_? 4) derart geformt und/oder befestigt ist, daß die ebene Gleitfläche (5₅ 6) dieses Gleitrings (3, 4) proportional zum Druck der Flüssigkeit unter Ausbildung eines keilförmigen Spalts (9) zwischen den Gleitflächen (55 6) verformt wird, wobei das breite Ende des Spalts (9) auf der Seite des hohen Drucks (A) liegt, um einen Durchtritt der Flüssigkeit zwischen den Gleitflächen (5, 6) zu erreichen.
2. 2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten Gleitring (4) drei aufeinanderfolgende Abschnitte (4a, 4b, 4c) unterschiedlicher Abmessung vorgesehen sind, wobei der mittlere Abschnitt (4b) gegenüber wenigstens einem Teil jedes Endabschnitts (4a, 4c) eine geringere Stärke aufweist.
3. 3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Bauteil eine Welle (1) aufweist, auf der ein Sing (15) vorgesehen ist, auf dem der

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   zweite Gleitring (4) an einer Stelle (14) zwischen den beiden Enden des Gleitrings (4) gelagert ist.
4. 4. Dichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß das andere Bauteil eine Welle (1) aufweist und der zweite Gleitring (4) zum Umlaufen mit der Welle (1) mittels einer Büchse (16) an seinem hinteren Ende (12) abgestützt und an einer Stelle (14) zwischen seinen Enden gelagert ist.
5. 5. Dichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gleitring (4¹) Abschnitte (4*a bis e) mit unterschiedlicher Biegefestigkeit aufweist.
6. 6. Dichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Bauteil ein Gehäuse (2) aufweist, welches an dem ersten Gleitring (3) angreift, um eine Angriffssteile für die Gegenkraft zu
   bilden, die gegenüber dem Druckzentrum zwischen den
   ebenen Flächen (5, 6) radial innen liegt.

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