DE2849256A1 - Gleitringdichtung - Google Patents

Description

Gleitringdichtung

Bei bekannten Hochdruck-, Hochtemperatur-Systemen , bei denen eine Pumpe mit einem Strömungsmittel arbeitet, das schädliche Eigenschaften insbesondere hinsichtlich Motoren besitzt, werden Gleitringdichtungen dazu benutzt, zwei Strömungsmittelbereiche voneinander zu trennen. Ein Sperrmedium, im allgemeinen das gleiche Medium wie das in der Motorumgebung verwendete, dessen Druck größer als der des Produktes und dessen Temperatur kleiner als die des Produktes ist, wird von einer Quelle konstanten Durchsatzes dem Außendurchmesser der Dichtung zugeführt. Da die Zufuhr des Sperrmediums im wesentlichen konstant ist, ist im allgemeinen ein Bypass zur Dichtung prallel geschaltet. Eine Quelle konstanten Durchsatzes wird deshalb verwendet, weil bei einem P"oduktdruck in der Größenordnung von 210 kp/cm (3000 p.s.i.) eine Druckregelung schwierig, teuer und eine Quelle von Betriebsstörungen ist.

Bei Ausfall der Sperrmedium-Quelle wird die Dichtung am Innendurchmesser mit Druck, nach Möglichkeit mit dem vollen Produktdruck, beaufschlagt, so daß die aneinander anliegenden Dichtflächen der Dichtung Zugspannungen ausgesetzt sind, die zu einem Bruch der Gleitringe führen können. Dies hat ein Versagen der Dichtung zur Folge, so daß das Produkt mit seinen schädlichen Eigenschaften zum Motor strömt.

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Die Erfindung, durch die diese Schwierigkeiten vermieden werden sollen, ist in Anspruch 1 näher gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unternasprüchen angegeben·

Dia erfindungsgemäß ausgebildete Gleitringdichtung ist insbesondere bei einer Welle verwendbar, die eine Produktpumpe und ihren Antriebsmotor verbindet, wobei zwei Bereiche mit unterschiedlichen Strömungsmedien voneinander getrennt werden sollen· Motoren, die zum Antrieb dieser Pumpen verwendet werden, sind in ein Strömungsmedium wie beispielsweise ein Öl eingetaucht, das umgepumpt werden kann, um den Motor auf einer im wesentlichen gleichmäßigen Temperatur, im allgemeinen unter der des Produktes, zu halten. Das Produkt kann ätzend oder abreibend sein, eine bestimmte Fettigkeit oder andere unerwünschte Eigenschaften haben, die die Betriebsweise ernsthaft beeinträchtigen und den Motor sogar zerstören könnten, falls es zum Motor gelangt.

Die erfindungsgemäße Gleitringdichtung besitzt die üblichen aneinanderanliegenden Dichtflächen; der Druckausgleich der Dichtung (ein Flächenverhältnis} ist jedoch in einer radial nach außen zeigenden Richtung, d.h.vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser, grundsätzlich anders und niedriger als in der umgekehrten Richtung, d.h. vom Außendurchmesser zum Innendurchmesser. Ein Sperrmedium - im allgemeinen das gleiche Strömungsmedium wie das Motorströmungsmittel - wird einem

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Bereich angrenzend am Innendurchmesser der Dichtung mit konstantem Durchsatz, z.B. in der Größenordnung von 1 gpm oder weniger und bei einer Temperatur, die kleiner als die des Produktes ist, zugeführt oder eingespritzt. Der Zuführdruck ist kein geregelter Druck; er ist die Summe des Kesseldrucks plus der an der Dichtung anliegenden Druckdifferenz. Diese Druckdifferenz wird durch Konstruktionsmerkmale der Dichtung wie z.B. den Dichtungs-Druckausgleich, die Formgebung zur Steuerung der Druckablenkung, die Federbelastung, verwendete Materialien sowie andere Merkmale bestimmt. Ein Teil des Sperrmediums strömt über die Dichtflächen vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser und zur Produktpumpe; der Rest strömt in das System zurück. Bei Ausfall der Sperrmediumzufuhr ist die Wahrscheinlichkeit einer Konzentration des Produktmediums am Außendruchmesser der Dichtung gering, und zwar wegen der vorher erfolgenden konstanten Zufuhr von Sperrmedium. Die Dichtung arbeitet dann als normale Dichtung, bei der etwas Medium über die Dichtflächen vom Außendurchmesser zum Innendurchmesser strömt. Der Druckausgleich in dieser Richtung ist jedoch verschieden von dem in der entgegengesetzten Richtung, d.h. in der Richtung vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser, derart, daß die Durchsatzmenge wesentlich kleiner als in der entgegengesetzten Richtung ist. Ausdiesen Gründen kann das Produktmedium nicht zum Motor strömen, so daß genügend Zeit vorhanden ist, um den Motor ohne Schaden wieder in Stand setzen zu können. Dies wird ebenfalls dadurch gesteuert, daß der Dichtungsausgleich vom Außendurchmesser zum Innen-

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durchmesser einen unterschiedlichen Wert als in der entgegengesetzten Richtung erhält.

Anhand der einzigen Figur, die einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Gleitringdichtung zeigt, wird ein AusführungsbBispiel der Erfindung näher erläutert.

Die in der Figur dargestellte Gleitringdichtung 10 ist einer Welle 12 und einem Gehäuse 14 zugeordnet. Die Welle 10 besteht aus zwei Teilen 16, 18, die durch eine wellenförmige Kupplung miteinander verbunden sind. Der Teil 16 ist mit einer getrie-

Produktpumpe
benen / PP verbunden. Der Teil 1B ist mit einem Motor M verbunden. Das Gehäuse 14 kann aus mehreren Teilen bestehen, wie beispielsweise dem Gehäuseteil 22, das von einem Mantel 24 umgeben ist.

Die Gleitringdichtung 10 besteht aus einem umlaufenden wellenseitigen Dichtungsteil 26 in einer Kammer 28 des Gehäuses 22 und einem stationären gehäuseseitigen Dichtungsteil 30. Der umlaufende Dichtungsteil 26 besteht aus einem ungefähr zylindrischen Dichtring 32, der mit Abstand zum Wellenteil 16 angeordnet ist und eine Dichtfläche 34 aufweist; der Gleitring 32 ist mit einem sich in Rückwartsrichtung erstreckenden zylindrischen Abschnitt 36 versehen, der einen zylindrischen Abschnitt 38 eines Federhalters 40 von im wesentlichen zylindrischer Form umgibt; der Federhalter 40 ist mittels einer Schraube 42 an der Welle 16 befestigt. Die Schraube 42

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weist einen zentralen Vorsprung 44 auf, der von einer entsprechend geformten Öffnung 46 in der Welle 16 aufgenommen

d
wird. Eine zylinrische Hülse 4Θ umgibt den Federhalter 40, in dem mit gleichen Abständen Federtaschen 50 gebildet sind. Jede der Federtaschen nimmt eine Schraubenfeder 52 auf, die den Gleitring 32 nach rechts (in der Zeichnung) elastisch vorspannt. Der Gleitring 32 ist mit einer axial verlaufenden Nut 54 versehen, die einen mit der Hülse 48 verbundenen Mitnehmerzapfen 56 aufnimmt. Die Hülse 48 ist mittels eines Mitnehmers wie dem oberen Ende der Schraube 42 mit dem Federhalter 40 verbunden. Diese Konstruktion sorgt für eine Drehsicherung des Gleitrings 32 relativ zum Federhalter 40. O-Ringdichtungen 58 und 60 in Nuten 62, 64 des Federhalters 40 bzw. des Gleitrings 32 dichten den Federhalter 40 bezüglich der Welle 16 und den Gleitring 32 bezüglich des zylindrischen Abschnitts 36 des Federhalters 40.

Der gehauseseitige Dichtungsteil 30 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Gleitring 66, der am Innendurchmesser so ausgebildet ist, daß er einen zylindrischen Kanal mit dem Wellenteil 16 bildet. D^r Gleitring 66 weist eine Dichtfläche 70 auf, die an der Dichtfläche 34 des Gleitrings anliegt. Der Gleitring 66 ist mit dem Gehäuse 22 über einen im wesentlichen zylindrischen, mit dem Gehäuse 22 verschraubten Flansch 72 und über einen mit dem Dichtflansch 72 verschraubten Ring 74 verbunden. Eine O-Ringdichtung 78, die zwischen einem Flansch 78 des Dichtflansches 72 und einer ringförmigen Aus-

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nehmung 80 des Gleitrings 66 angeordnet ist, bildet eine Abdichtung gegen einen Strömungsmitteldurchtritt entlang des äußeren Umfangs des Gleitrings 66.

Der Mantel 24 ist mit mindestens einem Einlaßkanal 82 versehen, der mit einer Quelle eines Sperrmediums wie beispielsweise einem im Motor angeordneten Pumpring verbunden· ist. Eine positive Verdrängerpumpe P versorgt den Motor mit Druck. Ein Einwegventil 84 ist zwischen der Pumpe P und dem Motor M angeordnet, um ein Rückströmen des Strömungsmittels zur Pumpe P zu verhindern. Das Gehäuse 22 ist mit einer Ringnut 86 versehen, die mit dem Einlaßkanal 82 in Verbindung steht, und das Gehäuse 22 weist einen oder mehrere axiale Verbindungskanäle 88 auf, die ihrerseits mit koaxialen Kanälen 90 im Dichtflansch 72 in Verbindung stehen. Die Quelle des Sperrmediums liefert einen konstanten Strom bei einem Druck, der größer ist als der auf der linken Seite der Dichtung, d.h. des Produktes, das von der Produktpumpe PP gefördert wird.

Ein Sperrmedium, bei konstantem Durchsatz (z.B. in der Größenordnung von 1 gpm oder weniger) und bei einer Temperatur, die kleiner ist als an der Produktpumpe PP, wird durch die positive Verdrängerpumpe P von einer Quelle durch das Einwegventil 84 in den Motor eingeführt, und der Pumpring fördert das Sperrmedium in den Einlaßkanal 82. Das Sperrmedium strömt in die Ringnut 86 und durch die Verbindungskanale 88, 90 in eine Ringkammer 92· Ein Teil des Sperrmediums strömt zum

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Innendurchmesser der Dichtflächen 34, 70. Wegen des Druckausgleichs, der Federkraft und anderen Auslegungsmerkmalen wird ein Gegendruck erzeugt, und ein Teil des Sperrmediums strömt über die Dichtflächen zu der Praduktpumpe PP, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Das über die Dichtflächen strömende Sperrmedium kühlt, schmiert und schont die Dichtflächen mit einem Minimum an Sperrmedium, und insbesondere wird dadurch verhindert, daß Produktmedium von der Produktpumpe PP zum Motor M strömt, wodurch der Motor geschont wird. Außerdem wird von dem Sperrmedium in der Nut 86 eine Kühlwirkung auf die Dichtung ausgeübt. Überscössiges Sperrmedium strömt durch einen Kanal 94 in der Welle 18 zurück zum Pumpring, um erneut umgepumpt zu werden.

Im Fall einer Drcukumkehr, d.h. wenn der Druck des Mediums in der Produktpumpe PP oberhalb dem des Sperrmediums liegt (wegen Betriebsschwieirgkeiten der Pumpe P oder eines Mangels an Sperrmedium), wird die Dichtung in herkömmlicher Weise, d.h. vom Außendurchmesser her, mit Druck versorgt. Ein Rückströmen des Sperrmediums zur Pumpe P wird normalerweise durch das Ventil 84 verhindert.

In der Zeichnung ist die Dichtfläche mit S, ein Durchmesser des umlaufenden Gleitrings mit BD (auch bekannt als Ausgleichsdurchmesser) und die gegenüberliegenden Druckseiten der Dichtung mit A und B bezeichnet. Ein großer Prozentsatz der Dichtfläche S

Ausgleichsdurchmessers liegt radial außerhalb des / BD₁ und der Rest

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. Λ0-

liegt radial innerhalb von BD. Wenn daher der erste Prozentsatz 75 % beträgt, so beträgt das Dichtungsausgleichsverhältnis in einer radial nach innen zeigenden Richtung bei B 75 °/a, während das Dichtungsausgleichsverhältnis in einer radial nach außen zeigenden Richtung bei A 25 % beträgt. Ein Strömen des Sperrmediums radial nach außen von A nach B tritt somit ohne Schwierigkeiten ein; bei einem Ausfall des Sperrmediums erfolgt jedoch ein Strömen des Pumpmediums nicht ohne weiteres{ d.h., es wird im wesentlichen unterbunden.

Die Zufuhr des Sperrmediums wird in die Zufuhr des Motormediums integriert, und ein Wärmetauscher E ist, wie dargestellt, in das System eingebaut. Der Wärmetauscher E dient nicht nur dazu, dem Sperrmedium, das den Motor berührt hat, Wärme zu entziehen, sondern auch zur "Konditionierung" des dem Innendurchmesser der Dichtung zuströmenden Mediums.

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Claims (6)

Borg-Warner Corporation 2ÜQ South Michigan Avenue Chicago, Illinois 6D6Q4 USA M-4783 10. November 1978 Patentansprüche

1./'Druckausgeglichene Gleitringdichtung zum Trennen verschiedener Medien zwischen einem ersten und einem zweiten Bereich, mit zwei Gleitringen, die aneinanderliegende Dichtflächen aufweisen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (P, 82, 88, 90, 68) zum Einführen eines Sperrmediums mit im wesentlichen konstantem Durchsatz zu einer Stelle (68) radial innerhalb der Dichtflächen (34, 70) in einem der besagten Bereiche, wobei das Sperrmedium radial nach außen über die Dichtflächen in den anderen Bereich strömt, um die aneinanderanliegenden Dichtflächen zu kühlen und zu schmieren und um einen Strom des Mediums von dem zweiten Bereich zum ersten Bereich praktisch zu verhindern.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung so ausgebildet und angeordnet ist, daß der Dichtungsausgleich in einer Strömungsrichtung verschieden ist von dem Dichtungsausgleich in der Richtung entgegengesetzt zu dieser Strömungsrichtung·

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3. Gleitringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung so ausgebildet und angeordnet ist, daß der Dichtungsausgleich in einer Strömungsrichtung radial nach außen kleiner ist als in einer Strömungsrichtung radial nach innen.

4. Gleitringdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung so ausgebildet und angeordnet ist, daß bei Ausfall der Zufuhr des Sperrmediums eine Strömung in einer Richtung radial nach innen innerhalb der Dichtflächen im wesentlichen verhindert wird.

5. Verfahren zum Kühlen und Schmieren der Dichtflächen zweier Gleitringe, die einen ersten und zweiten Bereich voneinander trennen, in denen verschiedene Strömungsmedien vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrmedium mit im wesentlichen konstanter Durchsatzgeschwindigkeit an einer Stelle radial innerhalb der Dichtflächen in einen der Bereicheeingeführt wird, so daß es über die Dichtflächen in den anderen Bereich strömt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrmedium das gleiche ist wie das Medium in dem besagten einen Bereich.

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