DE2928504C2

DE2928504C2 - Dichtungsanordnung für Pumpenwellen u.dgl.

Info

Publication number: DE2928504C2
Application number: DE19792928504
Authority: DE
Inventors: Josef Kubicki; Jürgen 4600 Dortmund Rysi; Karl-Heinz 4620 Castrop-Rauxel Victor
Original assignee: Pacific Wietz GmbH and Co KG
Current assignee: Pacific Wietz GmbH and Co KG
Priority date: 1979-07-14
Filing date: 1979-07-14
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE2928504A1

Description

wieder abnimmt. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung in Kombination dazu so getroffen, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen in ihrer Gleitfläche (d. h. an ihrem oberen Rand) mit einem Durchmesser versehen sind, der gleich oder kleiner ist als einem Viertel der radialen Breite der Gleitflächen entspricht, und daß zumindest umfangsbereichsweise mehrere Hydrodynaraisierungsvertiefungen in radialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Zum Beispiel können die Hydrodynamisierungs-Vertiefungen in mehreren Reihen und von Reihe zu Reihe versetzt angeordnet sein. Auch können in mehreren Reihen angeordnete Hydrodynamisierungsvertiefungen gegeneinander versetzte Tiefenperiodizität aufweisen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, diese beiden Maßnahmen zu kombinieren, d. h. die Anordnung so zu treffen, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen in mehreren Reihen und von Reihe zu Reihe versetzt sowie von Reihe zu Reihe mit versetzter Tiefenperiodizität angeordnet sind. Dieser Ausführungsform der Erfindung kommt im Sinne einer Optimierung besondere Bedeutung zu. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, die Hydrodynamisierungsvertiefungen in zumindest einer sinusförmig oder zickzackförmig umlaufenden Reihe anzuordnen. Sie können aber nach einem anderen Vorschlag der Erfindung auch nach Maßgabe eines Orthogonalnetzes angeordnet sein, dessen Rastermaß etwa dem doppelten Durchmesser der Hydrodynamisierungsvertiefungen entspricht. Nach einem weiteren Vorschlag sind sie in pfeilförmigen Bereichen angeordnet, die sich von einem Rand des zugeordneten Gleitringes zur Gleitririgmitte hin und ggf. darüber hinaus nach innen erstrecken.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei gattungsgemäßen Dichtungsanordnungen eine Minimierung des reibungsbedingten Momentes möglich ist, wenn sichergestellt wird, daß das hydraulische Dichtmittel trotz fertigungsbedingter Toleranzen über den gesamten Umfang als hydrodynamisches Druckpolster mil überall gleicher Dicke und gleichsam homogenem Druck funktioniert. Dem wirken jedoch üblicherweise toleranzbedingte Störungen entgegen, die der Ausbildung einer geschlossenen Dichtmittelschicht überall gleicher Dicke entgegenwirken. Insbesondere wirkt entgegen, daß der Wellendruck im zugeordneten Lager unter Berücksichtigung des Lagerspiels eine Exzentrizität auch zwischen Gleitring und Gegenring bewirkt, was mit der Umlaufzahl periodische Störungen auslöst. Durch die bekannten Hydrodynamisierungsvertiefungen kann diesem Phänomen nicht begegnet werden, weil die bekannte Anordnung in bezug auf die Umlaufbewegung gleichsam neutral ist. Demgegenüber beeinflussen bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Hydrodynamisierungsvertiefungen wegen der beschriebenen Tiefenperiodizität die Verhältnisse auch beim Umlauf periodisch, mit dem Ergebnis, daß das Dichtmittel über den gesamten Umfang als hydrodynamisches Druckpolster überall gleicher Dicke mit gleichsam homogenem Druck funktioniert.

Tatsächlich sind die durch die Erfindung erzeugten hydrodynamischen Effekte, deren Tendenz dahin geht, eine geschlossene, überall gleiche Dichtmittelschicht im Dichtspalt aufzubauen oder zu stabilisieren, ausgeprägter als die der Störungen, so daß letztere sich nicht mehr auswirken. Nach einer weiteren Erkenntnis der Erfindung ist die erreichte Dichtwirkung dann am besten, wenn das reibungsbedingte Moment am kleinsten ist. Diese Zusammenhänge lassen sich im Rahmen der Erfindung durch Versuche fur jede spezielle Dichtungsanordnung und jedes vorkommende hydraulische Dichtmittel ohne Schwierigkeiten einstellen. Ist die Dichtungsanordnung insgesamt im Rahmen der herrschenden Baulehre nach Maßgabe von Umdrehungszahl, Viskosität des hydraulischen Dichtmittels, Wellendurchmessers usw. eingestellt, so sind, insbesondere bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Hydrodynamisierungsvertiefun- . Ό gen in ihrer Gleitfläche mit einem Durchmesser versehen sind, der gleich oder kleiner ist als einem Viertel der radialen Breite der Gleitflächen entspricht, auch für die angestrebte Hydrodynamisierung die angegebenen Parameter ausreichend berücksichtigt. Das gilt insbesondere dann, wenn in der beschriebenen Weise mit mehreren Reihen von Hydrodynamisierungs- ^«rtiefungen gearbeitet wird oder wenn diese in der beschriebenen Weise nach Maßgabe eines Orthogonalnetzes angeordnet sind. Die eingangs beschriebenen Störungen sind schon vermieden, wenn die Tiefenperiodizität einen Periodenwinkel von 360° aufweist, d. h. über den Umfai.g die Tiefe der Hydrodynamisierungsvertiefungen von sinem Minimalwert einmal zu einem Maximalwert und danach wieder abnehmend zum Ausgangswert verläuft. Man kann aber auch mit einem Periodenwinkel von 180° arbeiten.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der man zu einem hydrodynamischen Druckpolster mit sehr gleichmäßiger Dicke und sehr homogenem Druck -0 kommt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefenperiodizität einen Periodenwinkel von 90° aufweist.

Der Grundriß der einzelnen Hydrodynamisierungsvertiefungen ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig. So kann man mit im Grundriß quadratischen oder im Grundriß runden Hydrodynamisierungsvertiefungen arbeiten. Die Hydrodynamisierungsvertiefungen können aber auch eine in Umfangsrichtung langgestreckte Form aufweisen, sollen aber nicht zu Kanälen entarten. Die Herstellung der Hydrodynamisierungs-Vertiefungen kann mit bekannten Bearbeituiigsverfahren auf einfache Weise erfolgen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer *5 Darstellung

Fig. 1 einen Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung,

Fig. 2 die Ansicht X eines der Gleitringe aus dem Gegenstand nach Fig. 1,

F i g. 3 in gegenüber der F i g. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab einen Schnitt in Richtung des Bogens A-B durch den Gegenstand nach F i g. 2,

Fig.4 im Maßstab der Fig.3 einen Schnitt in Richtung C-D durch den Gegenstand nach Fig.2 und die

F i g. 5 bis 7 entsnrechend der F i g. 2 andere Ausführun;sformen der Anordnung von Hydrodynamisierungsvertiefungen bei einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung.

Die in den Figuren dargestellte Dichtungsanordnung ist für Pumpenwellen u. dgl. bestimmt. Zur Dichtungsanordnung gehören grundsätzlich

ein rotierender, an die Welle 1 angeschlossener Gleitring 2,
•>5 ein feststehender Gegenring 3, radiale Gleitflächen 4 der radialen Breite B zwischen Gleitring 2 und Gegenring 3 und ein axial wirkendes Federelement 5.

Fig. 5 sind demgegenüber die Hydrodynamisierungsverbreiterungen 6 in mehreren Reihen und von Reihe zu Reihe versetzt angeordnet. Dabei wurde auch die anhand der F i g. 2 schon erläuterte Tiefenperiodizität P von Reihe zu Reihe versetzt. Die Grundrisse der einzelnen Hydrodynamisierungsvertiefungen 6 können gleich oder unterschiedlich sein.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 sind die Hydrodynamisierungsvertiefungen 6 in einer sinusförmig umlaufenden Reihe angeordnet, die aber auch zickzackföi mig geführt sein könnte.

Von besonderer Bedeutung ist aber auch die Ausführungsform nach Fig.7. Man erkennt hier, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen 6 nach Maßgabe eines Orthogonalnetzes angeordnet sind, dessen Rastermaß R etwa dem doppelten Durchmesser d bzw. dem doppelten mittleren Durchmesser (/der Hydrodynamisierungsvertiefungen 6 entspricht. Nicht gezeichnet wurde, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen 6 bei der beschriebenen grundsätzlichen Gestaltung auch in gepfeilten Bereichen der Gleitflächen 4 angeordnet sein könnten, die sich von einem Rand des Gleitringes 3 bzw. des Gegenringes 4 zum mittleren Bereich dieser Ringe 3 bzw. 4 erstrecken.

In den Figuren wurde angedeutet, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen 6 quadratischen Grundriß oder runden Grundriß aufweisen können. Sie könnten aber auch rechteckigen oder langgestreckt ovalen Grundriß aufweisen.

Im Dichtspalt S zwischen den Gleitflächen 4 ist ein hydraulisches Dichtmittel anwesend, welches unter einem radialen Druckgefälle P\IPi steht, wobei je nach den Verhältnissen P\ oder P2 größer ist. Fernerhin ist die Anordnung so getroffen, daß zumindest eine der Gleitflächen 4 napfförmige Hydrodynamisierungsvertiefungen 6 aufweist, worunter umfangsmäßig geschlossene, d. h. nicht kanalförmig zu einem Rand hin offene, Vertiefungen verstanden werden. Sie bewirken eine hydrodynamische Schmier- und Tragwirkung im Sinne der klassischen Schmiermittelreibung.

Insbesondere aus einer vergleichenden Betrachtung der F i g. 2 bis 4 entnimmt man, daß die einzelnen Hydrodynamisierungsvertiefungen 6 wechselnde Tiefe T mit einer im Ausführungsbeispiel sinusförmigen Tiefenperiodizität /'aufweisen, die längs des Umianges periodisch zu- und wieder abnimmt. Sie wurde in F i g. 3 strichpunktiert eingezeichnet. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 bis 4 hat die Tiefenperiodizität P einen Periodenwinkel von 90°. Dabei ist im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungform der Erfindung die Anordnung so getroffen, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen 6 in ihrer Grundfläche mit einem Durchmesser d bzw, bei quadratischen oder rechteckigen Grundriß, mit einem mittleren Durchmesser d versehen sind, der gleich oder kleiner ist als ein Viertel der radialen Breite öder Gleitflächen 4.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 bis 4 sind die Hydrodynamisierungsverbreiterungen 6 in einer einzigen Reihe angeordnet. Bei der Ausführungsform nach

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung für Pumpenwellen u.dgl., — mit

rotierendem, an die Welle angeschlossenen Gleitring,

feststehendem Gegenring,

radialen Gleitflächen der radialen Breite B zwischen Gleitring und Gegenring sowie

axial wirkendem Federelement,
wobei im Dichtspalt zwischen den Gleitflächen ein hydraulisches Dichtmittel anwesend ist, welches unter einem radialen Druckgefälle steht, wobei ferner zumindest eine der Gleitflächen napfartige Hydrodynamisierungsvertiefungen aufweist, d a durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Hydrodynamisierungsvertiefungen (6) wechselnde Tiefe (T) mit einer Tiefenperiodizität (P) aufweisen, die längs des Umfanges periodisch zu- und wieder abnimmt

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrodynamisieningsvertiefungen (6) in ihrer Gleitfläche (4) mit einem Durchmesser (d) versehen ist, der gleich oder kleiner ist als einem Viertel der radialen Breite (B) der Gleitflächen (4) entspricht, und daß zumindest umfangsbereichsweise in radialer Richtung mehrere Hydrodynamisierungsvertiefungen (6) hintereinander angeordnet sind.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen (6) in mehreren Reihen und von Reihe zu Reihe versetzt angeordnet sind.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen (6) von Reihe zu Reihe mit versetzter Tiefenperiodizität angeordnet sind.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen (b) in zumindest einer sinusförmig umlaufenden Reihe angeordnet sind.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrodyiiamisierungsvertiefungen (6) nach Maßgabe eines Orthogonalnetzes angeordnet sind, dessen Rastermaß (R) etwa dem doppelten Durchmesser (d) der Hydrodynamisierungsvertiefungen (6) entspricht.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen (6) in Gleitflächenbereichen angeordnet sind, die sich pfeilförmig zur Mitte der zugeordneten Gleitfläche hin erstrecken.

8. Dichtungsanordung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefenperiodizität (P) einen Periodenwinkel von 90° aufweist.

9. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen (6) in ihrer Gleitfläche (4) einen quadratischen Grundriß aufweisen.

10. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen (6) in ihrer Gleitfläche (4) einen kreisförmigen Grundriß aufweisen.

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Dichtungsanordnung für Pumpenwellen u. dgl., — mit
rotierendem, an die Welle angeschlossenen Gleitring,

feststehendem Gegenring,

radialen Gleitflächen der radialen Breite B an Gleitring und Gegenring sowie
axial wirkendem Federelement,
wobei im Dichtspalt zwischen den Gleitflächen ein

ίο hydraulisches Dichtmittel anwesend ist, weiches unter einem radialen Druckgefälle steht, wooei ferner zumindest eine der Gleitflächen napfartige Hydrodynamisierungsvertiefungen aufweist — Napfförmig bedeutet, daß die Hydrodynamisierungsvertiefungen als

umfangsmäßig geschlossene Vertiefungen, nicht aber als randoffene Kanäle ausgeführt sind. Das hydraulische Dichtmittel ist dabei, zumindest wenn es sich um Dichtungsanordnungen bei Pumpen wellen handelt, die zu fördernde Flüssigkeit selbst. Es kann sich aber auch um ein insoweit fremdes hydraulisches Dichtmittel handeln. Hydrodynamisierung meint die Einstellung einer hydrodynamischen Schmier- und Tragwirkung im Sinne der klassischen Theorie der Schmiermittelreibung. Die Hydrodynamisierung hängt nach der herr-

sehenden Baulehre von der Viskosität des hydraulischen Dichtmittels ab und entsprechend sind auch die radiale Breite B der Dichtflächen sowie die axial wirkende Federkraft eingestellt, wobei Umdrehungszahl und Durchmesser selbstverständlich als weitere Parameter zu berücksichtigen sind. Das Federelement kann z. B. als Schraubenfeder oder als Federbalg ausgeführt sein. Gleitring und Gegenring sind im allgemeinen aus harten metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Hartmetall, aufgebaut.

is Bei der bekannten gattungsgemäßen Dichtungsanordnung (DE-AS 14 75 621) sind die Hydrodynamisierungsvertiefungen Sackbohrungen gleicher Tiefe und gleichen Durchmessers, die längs eines Kreises äquidistant angeordnet sind und mit randoffenen Nuten

zusammenwirken. Die erreichte Hydrodynamisierung ist nicht befriedigend.

Das reibungsbedingte Momen·, anders ausgedrückt die Reibungszahl der Dichtungsanordnung, liegt störend hoch, woraus zunächst eine unerwünschte Erwärmung

⁴^ resultiert. Darüber hinaus und in der Folge davon ist auch die Dichtwirkung der Kritik offen.

Das gilt grundsätzlich auch für andere Ausführungsformen, bei denen mehrere Vertiefungen gleichen Durchmessers in mehreren Umfangsreihen angeordnet sind (FR-PS 15 97 609), — und selbst dann, wenn die Vertiefungen abgeschrägte Grundflächen aufweisen sollten (ASLE Education Course. Fluid Film, Sealing, May 1972, Houston Topic IX, H. K. Müller, Face Seals: Hydrostatic and Hydrodynamic).

Im übrigen ist es bei gattungsfremden Dichtungsanordnungen bekannt, eine Gleitfläche mit als Schmiermittelreserve dienenden porenartigen Vertiefungen zu versehen, wobei diese Poren chemisch erzeugt sind und deswegen unregelmäßig angeordnet und ausgebildet

bo sind (FR-PS 20 90 823, DE-OS 14 50 034).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Dichtungsanordnung das reibungsbedingte Moment zu reduzieren und damit die Dichtwirkung zu verbessern

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die einzelnen Hydrodynamisierungsvertiefungen wechselnde Tiefe mit einer Tiefenperiodizität aufweisen, die längs des Umfanges der Gleitflächen periodisch zu- und