DE2901742C2 - Hydrodynamische Gleitringdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Gleitringdichtung für hochtourig umlaufende Wellen der im Oberbegriff des Patentanspruchs t näher bezeichneten Gattung.

Aus der DE-PS 9 30 961 sind vei chiedene Ausführungen von hydrodynamischen Gleitringdichtungen bekannt, welche die Laufradwelle eines Ladeluftgebläses gegenüber dem ortsfesten Gehäuse abdichtet Auf der Welle ist ein als Spritzring wirksamer Ringbund befestigt, der durch seine Drehbewegung das Schmieröl aufgrund von Zentrifugalkräften nach radial außen schleudert Damit das vom Spritzring abgeschleuderte Schmieröl nicht unmittelbar gegen eine im wesentlichen quer zu diesem Spritzring liegende Fläche trifft und von dieser unkontrolliert zurückspritzt, ist im ortsfesten Gehäuse in radialer Verlängerung des Spritzringes ein Ringraum vorgesehen, welcher als olsammelrinne wirkt Die dem Spritzring unmittelbar benachbarte Wand dieses Ringraumes verläuft tangential, so daß das vom Spritzring abgeschleuderte öl unter Einwirkung seiner Auftreffenergie in stetiger Strömung von diesem wegfließt Der im wesentlichen radiale Dichtungsspalt zwischen einem ortsfesten Dichtungsträger und dem Spritzring geht an seinem radial inneren Ende in einen axial verlaufenden, zur Druckseite hin offenen Drosselspalt über. Im Dichtungsspalt selbst findet keine schleifenförmige Zirkulationsströmung statt, da er an der Stelle in die olsammelrinne einmündet, an welcher das öl von der Spritzscheibe abgeschleudert wird. Diese abströmende Ölmenge übt auf den Dichtungsspalt eine gewisse Saugwirkung aus, welche ein NachauOenfließen von Schmieröl verhindert. Bei hohen Drehzahlen der Welle und des Spritzringes besteht jedoch die Gefahr, daß der im engen Dichtungsspalt ausgebildete Schmierölfilm instabil wird und Blasen oder Hohlräume zwischen den beiden relativ zueinander drehenden Begrenzungsflächen entstehen, welche bei weiterer Drehzahlerhöhung sich zu Leckagekanälen verbinden können,

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydrodynamische Gleitringdichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, die bei konstruktiv einfachem Aufbau eine wirksame Abdichtung bei niedrigen und höchsten Drehzahlen in gleicherweise gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnfinden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Im radial verlaufenden Dichtungsspalt wird das

ίο Schmieröl durch den Reibkontakt mit einerseits der ortsfesten Gehäusefläche und andererseits der drehenden Radialfläche des Ringbundes in eine Zirkulationsströmung versetzt, wobei der an ihrem radial inneren Ende vorgesehene Ringraum als eine Art Druckspei-

IS eher für das Schmieröl wirkt Durch diese Speicherwirkung wird selbst bei hohen Drehzahlen der Welle im Bereich von mehr als 4 · 10« U/min die Zirkulierströmung in Form einer geschlossenen Schleife im Dichtungsspalt aufrechterhalten und damit der Schmier-

M ölfilm ausreichend stabilisiert Die Anordnung des engen axialen Drosselspaltes am radialen Ende des Dichtungsspaltes führt neben der auf die Spaltabmessungen zurückzuführenden Drosselwirkung zu einem gewissen Druckausgleich zwischen der Druckseite der Dichtung und dem Dichtungsspalt da an dessen radial äußerem Ende aufgrund der Zentrifugalkräfte das Schmieröl unter eineß*gewissen Überdruck steht

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2—4.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die gesamte Gleitringdichtung,

Fig.2 die Funktionsweise der Gleitringdichtung in einem vergrößerten Ausschnitt der F i g. 1,

Fig.3 Diagramme der Wirkungsgrade herkömmlicher und einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung,
Fig.4—12 weitere Ausführungen der Gleitringdich-

tungnactiFig. 1.

Bei der hydrodynamischen Gleitringdichtung nach F i g. 1 ist der links von einem Wandteil 1 befindliche Bereich der Hochdruckbereich und der rechts davon befindliche Bereich der Niederdruckbereich. Der Wandteil i ist mit einer Durchgangsbohrung 3 ausgebildet, in der eine Welle 2 aufgenommen ist Ein mit der Durchgangsbohrung 3 konzentrischer Ringflansch 4 ist auf der dem Hochdruckbereich zugewandten Fläche ta des Wandteils 1 ausgebildet Dieser

so Ringflansch 4 verläuft im wesentlichen parallel zu der Achse der Welle 2 zum Hochdruckbereich hin.

Ein Wellenbund 5 ist drehfest auf der Welle 2 angeordnet, und zwar auf der dem Hochdruckbereich zugewandten Seite des Wandteils 1. Dieser Wellenbund

5 Ist durch einen Keil 6 unverdrehbar auf der Welle 2 festgelegt. Ferner ist durch eine auf der Welle 2 ausgebildete Stufe la und eine Schraube 7 sichergestellt, daß der Wellenbund 5 sich nicht längs der Welle 2 axial verschieben kann. Der Welienbund 5 hat einen

μ Vorsprung 3a, der in der Durchgangsbohrung 3 mit geringem radialem Spiel aufgenommen ist. Ein Kolbenring 8 liegt zwischen der Durchgangsbohrung 3 des Wandteils 1 und dem Vorsprung 3a des Wellenbundes 5. Er dient als Sekundärdichtungselement, das eine

Leckage der inneren Dichtflüssigkeit z. B. im Fall einer Betriebsunterbrechung der Umlaufmaschine verhindert. Der Wellenbund 3 weist eine äußere Umfangsfläche

5b auf, die der Innenfläche 4a des Ringflansches 4

zugewandt ist, wobei zwischen beiden FlSchen ein sehr enger Drosselspalt G] gebildet ist. Die niederdruckseitige Fläche 5c des Wellenbundes 5 ist der Fläche U des Wandteils 1 nut einem dazwischen befindlichen Dichtungsspalt Gj zugewandt s

Dichtflüssigkeit, z. B. Schmieröl, das anderen Bauteilen wie z, B. einem auf einer Seite des Wellenbundes 5 befindlichen Drucklager zuzuführen ist, wird durch den Drosselspalt Gi in den radialen Dichtungsspait G₂ zugeführt to

Wenn der Wellenbund 5 zusammen mit der Welle 2 umläuft, wird die Dichtflüssigkeit in dem Dichtungsspalt G₂ mit einer Fliehkraft beaufschlagt, so daß ein Flüssigkeitsfilm, der in axialer Richtung gesehen ringförmig ist, im Dichtungsspalt G₂ ausgebildet wird Der Wellenbund 5 ist an dem radial inneren Teil seiner Fläche 5c mit einem im Querschnitt rechtwinkligen Ringraum 9 ausgebildet Während des Umlaufens des Wellenbundes 5 bewirkt dieser Ringraum 9 eine kreisförmige Strömung des im Spak G₂ ausgebildeten Flüssigkeitsfilms (vgL die Pfeile A in F i g. 1\

Die vorstehend erläuterte Gleitringdichtung arbeitet wie folgt:

Wenn das lnnenfluid, z.B. das Schmieröl, in der Umlaufmaschine aus dem Hoch- in den Niederdruckbereich austritt, strömt es durch den Drosselspalt G\ zwischen der äußeren Umfangsfläche 5b des Wellenbundes 5 und der Innenfläche Aa des Ringflansches 4, in den Dichtungsspalt G₂ zwischen dem Wellenbund 5 und dem Wandteil 1 und in den Ringraum 9. Daher wird der Durchfluß der nach außen austretenden Innenflüssigkeit zuerst durch den durch den Drosselspalt gebildeten Strömungswiderstand begrenzt Dann wird das in den Dichtungsspalt G₂ eingeströmte lnnenfluid durch den Reibkontakt mit der Seitenfläche 5b des Wellenbundes 5 während der Rotation desselben in Rotation versetzt so daß die Masse der Flüssigkeit mit einer Fliehkraft beaufschlagt wird und die Flüssigkeit den ringförmigen Flüssigkeitsfilm im Dichtungsspalt G₂ zwischen der Fläche la und der Seitenfläche 5c des Wellenbundes 5 bildet Weiterhin dient der Ringraum 9 als eine Art Druckspeicher, der auf den Flüssigkeitsfilm im Dichtungsspalt G₂ eine Speicherwirkung ausübt Aufgrund dieser Speicherwirkung wird selbst während hoher Drehzahlen der Welle 2 die zirkulierende Strömung in Form einer geschlossenen Schleife itri Dichtungsspalt C?3 (vgl, Pfeile A in Fig.2) gebildet infolgedessen wird der Flüssigkeitsfilm ausreichend stabilisiert, und damit wird eine Leckage der Innenflüssigkeit nach außen wirksam verhindert

Die Vorteile der beschriebenen Gleitringdichtung sind aus F i g 3 ersichtlich, in der die Dichtwirkung der Weilendichtung im Vergleich mit der herkömmlichen Wellendichtung verdeutlicht ist Auf der Abszisse ist die Umlaufgeschwindigkeit der Welle 2 aufgetragen, und auf der Ordinate ist der Druckunterschied zwischen dem Hoch- und dem Niederdruckbereich, also die zu beiden Seiten des Wandteils 1 aufrechtzuerhaltende Druckdifferenz, aufgetragen. Die Vollinien-Kurve D zeigt die Dichtwirkung der Gleitringdichtung nach Fig. 1, und die Strichlinien-Kurve zeigt die Dichtwirkung einer herkömmlichen berührungsfreien Wellendichtung vom Schleudertyp. Die Strichpunkt-Kurve C zeigt die Dichtwirkung einer herkömmlichen Dichtung mit einem Ringflansch 4, der einen Wellenbund 5 umgibt, d. h. einer 6i der Wellendichtung nach F i g. 1 ähnlichen Wellendichtung, jedoch ohne den Rinrrium 9.

Wenn die Umlaufgeschwindigkeit auf 3 · IO⁴ oder

4 ' 10+ U/min erhöht wird, tritt bei der herkömmlichen Wellendichtung entsprechend den Kurven. 8 und C eine Verschlechterung der Dichtwirkung ein, während bei der Wellendichtung nach der Erfindung entsprechend der Kurve D selbst bei einer hohen Umlaufgeschwindigkeit von 8 · 1(H U/min keine wesentliche Verminderung der Dichtwirkung erfolgt

Die Wellendichtungen nach den F i g. 4 bzw- 5 haben unterschiedlich geformte Ringräume, die in den Wellenbünden 5 zur Bildung einer zirkulierenden Strömung des Flüssigkeitsfilms ausgebildet sind.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Nach F i g. 4 sind in dem Wellenbund 5 jeweils zwei Ringräume 10,11 mit unterschiedlichen Durchmessern und jeweils Rechtwinkelquerschnitt ausgebildet Die beiden Ringräume 10, 11 grenzen in axialer Richtung aneinander und bilden einen stufenförmigen Ringraum. Bei dieser Ausbildung kann die Gesamttiefe des stufenförmigen Ringraums größer n\r. die Tiefe des Ringraums 9 nach F i g. 1 sein, so daß filer zirkulierende Flüssigkeitsstrom verstärkt und die Stabilisierung des Flüssigkeitsfilms unterstützt wird. Infolgedessen ergibt sich eine erwünschte Dichtwirkung bis zu einer höheren Umlaufgeschwindigkeit der Welle.

Die Ausführung nach Fig.5 hat einen in dem Wellenbund ausgebildeten Ringraum 12 mit Dreieckquerschnitt welcher die Zirkulation des Flüssigkeitsfilms fördert so daß ebenfalls eine größere Dichtwirkung bis zu höheren Wellen-Umlaufgeschwindigkeiten erzielt wird.

Bei der Ausführung nach Fig.6 weist der Wellenbund 5 eine äußere Umfangsfläche mit größerer axialer Länge auf. Auch der Flansch 4 hat eine größere axiale Länge. Bei diesem Aufbau ist der durch den engen Drosselspalt G\ erzeugte Strömungswiderstand größer, wodurch eine Leckage von Flüssigkeit durch den Drosselspalt G\ weiter vermindert wird Bei der Ausführung nach F i g. 7 verlaufen die den Dichtungsspalt G₂ bildenden Flächen, d. h. die Seitenfläche 5c des Welhnbunds 5 und die Fläche la des Wandteils 1, unter einem kleinen Winkel konisch in bezug auf eine zur Wellenebene senkrechte Ebene. Die schwach konischen Flächen bewirken, daß die Flüssigkeit zum Hochdruckbereich zurückgedrückt wird, so daß eine erhöhte Dichtwirkung erzielt wird. Bei dieser Ausführung hat der im Wellenbund 5 ausgebildete Ringraum 13 rechtwinkligen Querschnitt.

Bei der Ausführung nach F i g. 8 ist der Ringraum 14 in der dem Hochdruckbereich zugewandten Fläche des Wandteils 1 an einem radial inneren Teil des Wandteils ausgebildet, wodurch im wesentlichen die gleiche Dichtwirkung wie bei der Ausführung nach F i g. 1 erzielbar ist. Dabei wird in dem Dichtungsspalt Gi ein zirkulierender Flüssigkeitsstrom (vgl. Pfeile F) gebildet Die verschiedenen Bestandteile wie der Ringraum 14, der Ringflansch 4 und der Wellenbund 5 der Ausführung nach Fig.8 können im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei den Ausführungen nach den Fig.4—7 abgewandelt werden. Solche abgewandelten Ausführungen sind in den F i g. 9— i 2 angegeben.

Die Ausführung nach Fig.9 umfaßt einen stufenförmigen Ringraum mit zwei Abschnitten 13 und 16 mit unterschiedlichen Durchmessern. Diese Abschnitte 13 und 16 haben rechtwinkliger. Querschnitt und grenzen in axialer Richtung aneinander, so daß sie einen stufenförmigen Ringraum bilden.

Die Ausführung nach Fig. 10 weist einen Ringraum

17 mit Dreiecksquerschnitt auf, die in der dem Hochdruckbereich zugewandten Fläche des Wandteils 1 ausgebildet ist.

Die Ausführung nach Fig. 11 umfaßt einen Wellenbund mit einer äußeren Umfangsfläche von größerer axialer Länge, und auch der Ringflansch 4 hat eine größere axiale Länge.

Bei der Ausführung nach Fig. 12 sind die den Dichtungsspalt Ci bildenden Flächen Ie und 5c unter einem geringen Winkel konisch in bezug auf eine zu der Ebene der Welle 2 senkrechte Ebene.

Bei den Ausführungen nach den Fig.9-12 sind im wesentlichen die gleichen Dichtwirkungen wie bei denjenigen nach den Fig.4—7 erzielbar. Die Dichtwirkung kann weiter erhöht werden, wenn an der äußeren Umfangsfläche Sa des Wellenbunds eine Dichtungsschraube vorgesehen ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche;

   29 Ol 742

   U Hydrodynamische Gleitringdichtung for boohtourig umlaufende Wellen, bestehend aus einem auf der Welle befestigten Wellenbund, der in einer Gehäuseausnehmung unter Ausbildung eines mit Schmier- und Dichtflüssigkeit unter Druck beaufschlagten axialen Drosselspaltes, eines radialen Dichtungsspaltes sowie eines Ringraumes aufgenommen ist, in denen die Schmier- und Dichtflüssigkeit zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (9—17) am radial inneren Ende des Dichtungsspaltes (Gj) und der axiale Drosselspalt (Gi) am radial äußeren Ende des Dichtungsspaltes (Cr₂) angeordnet sind.
2. 2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (12; 17) Dreieckquerschnitt hat (F i g. 5,10).
3. 3. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichr.st, daß der Ringraum (9, 14) einen rechtwinklige» Querschnitt hat (F i g. 1,8).
4. 4. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum aus zwei Ringnutabschnitten (10,11; 15,16) mit unterschiedlichen Durchmessern und rechtwinkligem Querschnitt besteht, weiche axial aneinandergrenzen.