DE2945932C2 - Abdichtungseinrichtung - Google Patents
AbdichtungseinrichtungInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/08—Sealings
- F04D29/10—Shaft sealings
- F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
- F04D29/126—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
Description
a) der erste Gleitring (52) von einem Stützring (28) und der zweite Gleitring (50) von einer
Aufnahme (46) aufgenommen ist,
b) der Ausdehnungskoeffizient des Werkstoffes des ersten Gleitringes (52) größer ist als der des
Werkstoffes des Stützringes (28) '5
c) und der Ausdehnungskoeffizient des Werkstoffes des zweiten Gleitringes (50) kleiner ist als
der des Werkstoffes der Aufnahme (46).
2. Abdichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stützring (28), der zur Halterung des ersten Gleitringes (52) dient, auf der
umlaufenden Welle (20) vorgesehen ist.
3. Abdichtungseinrichtung nach Anspruch 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleitring
(52) ein Federelement (54) zugeordnet ist, welches zwischen Stützring (28) und einer Wellenhülse (30)
festgeklemmt ist.
4. Abdichtungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
an der Innenwandung (56) des kreisringförmigen Gleitringes (52) eine Ringnut (58) vorgesehen ist.
5. Abdichtungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der mit dem ersten Gleitring (52) zusammenwirkende zweite Gleitring (50) von einer Aufnahme (46)
gehalten ist, welche über einen Faltenbalg (44) mit dem Pumpendeckel (14) verbunden ist.
6. Abdichtungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Gleitring (50) aus einem druckfesten, der Schrumpfkraft der Aufnahme (46) widerstehenden
Werkstoff gefertigt ist.
7. Abdichtungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Gleitring (50) aus Oxidkeramik, Hartmetall oder gehärtetem Stahl besteht.
8. Abdichtungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Gleitring (52) aus Kunststoff, wie Polyäthylen, PTFE-Kunststoff, Kunstkohle oder
Graphit besteht.
55
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Gleitringabdichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE-AS 27 11 344 ist eine Abdichtungseinrichtung
bekannt, die für Betriebsbedingungen mit sich schockartig ändernden Temperaturen vorgesehen ist.
Abdichtungseinrichtungen, die im Zusammenhang mit kryogenen Medien zur Anwendung gelangen sollen,
erfordern im Betrieb Werkstoffe, die trotz hoher Gleitgeschwindigkeiten verschleißarm sind und keine b5
Neigung zum »Fressen« zeigen.
Bei derartigen Vorrichtungen ist die Montagegeometrie der Einzelemenete jedoch nicht identisch mit der
Geometrie im Betriebszustand.
Die Temperaturdifferenz von ca. 2200C (Bereich von
+200C bis -20O0C) bewirkt — selbst ohne Berücksichtigung
verschiedener Temperaturzeitverhalten, bedingt durch unterschiedliche Massen und Oberflächen —
Spannungen durch Formänderungen, wenn, wie im Bereich der Gleitringdichtung, unterschiedliche Werkstoffe
verwendet werden müssen.
Diese Spannungen führen dazu, daß Werkstoffe mit an sich hervorragenden Gleiteigenschaften nicht eingesetzt
werden können, da diese Werkstoffe durch die Temperaturspannungen zerstört werden.
Es wurde auch vorgeschlagen, Kreiselpumpen für die Förderung von kryogenen Medien mit Gleitringdichtungen
auszurüsten, welche durch Kleben befestigt sind. Beim Einsatz dieser Pumpen zur Förderung der
kryogenen Medien stellen jedoch diese Klebeverbindungen Schwachstellen dar, da die Klebeverbindung
durch den häufigen Temperaturwechsel (Temperaturdifferenz bis zu 2200C) ermüdet und undicht wird.
Darüber hinaus scheidet der Einsatz von Gleitwerkstoffen mit an sich vorzüglicher Eignung bei Verwendung
von Klebeverbindungen aus, da zu große Unterschiede zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der Befestigungselemente
bestehen. Dadurch besteht die Gefahr der Undichtigkeit (Bruch der Klebeverbindung, Materialermüdung
der Klebeverbindung).
Ausgehend von den zuvor geschilderten Problemen bei der Gleitringabdichtung von Wellen im Zusammenhang
mit kryogenen Medien, wie sie z. B. bei entsprechenden Kreiselpumpen auftreten, liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abdicht-Einrichtung für umlaufende Wellen gegenüber einem Gehäuse
zu konzipieren, die trotz der enormen Temperaturunterschiede stets eine sichere Dichtung bewirkt und darüber
hinaus auch, aufgrund der geringen Verschleißeigenschaften, eine große Standzeit aufweist Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Bei der aus der US-PS 29 95 390
bekannten Befestigungsanordnung für Ringe und Scheiben mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
für Stütz- und Gleitring werden die durch unterschiedliche Temperaturdifferenzen erzeugten
Spannungen nicht kräftefrei von den Konstruktionselementen aufgenommen.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Gleitringabdichtung ist dagegen eine spannungsfreie Konstruktion
sichergestellt, bei der außerdem die im Betrieb entstehende Abkühlung die notwendigen Montagespiele,
die bei einfachster Montagemethode sinnvoll sind, nicht nur ausgleichen sondern auch eine funktionssichere
Schrumpfbefestigung (d. h. Schrumpfpassung) entstehen läßt. Wenn die Ausdehnungskoeffizienten der
Passungspartner (Gleitringe und deren Aufnahmeteile) wesentlich unterschiedlich gewählt werden, so kann
sogar in vorteilhafter Weise weiterhin auf die Einhaltung der sonst üblichen engen Fertigungstoleranzen
sowie einer anspruchsvollen Oberflächengüte verzichtet werden, da nach der ersten Abkühlung ein
Anpassungsprozeß stattgefunden hat.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand einer Kreiselpumpe zum Fördern kryogener Medien in
der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Schnittansicht einer Kreiselpumpe mit der erfindungsgemäßen Abdichtung;
Fig.2 im vergrößerten Maßstab die Anordnung der
erfindungsgemäßen Abdichtungselemente in dieser .-'reiselpumpe.
In Fig. 1 ist eine Kreiselpumpe 10 zum Fördern kryogener Medien dargestellt. Diese Kreiselpumpe
weist ein Pumpengehäuse 12 auf, das an seiner (in Fig. 1) Oberseite von einem Pumpendeckel 14 abgesperrt
ist Dieser Pumpendeckel wird unter Anordnung von Dichtringen mittels des angeschraubten Zwischenstückes
16 fest auf das Pumpengehäuse 12 gepreßt.
Das Zwischenstück 16 ist — wie ersichtlich — durch
mehrere Schraubverbindungen 18 mediumdicht mit dem Gehäuse verbunden. Der zentrisch angeordnete
Pumpendeckel 14 dient zur Aufnahme und Führung einer Antriebswelle 20, die mit dem nicht dargestellten
Antriebsmotor verbunden ist Das dem Motor abgewandte Ende der Antriebswelle 20 ragt in den
Innenraum 22 des Pumpengehäuses 12 und dient dort zur Aufnahme eines Laufrades 24. Die Befestigung des
Laufrades 24 erfolgt über eine Gewindeverbindung 26, durch die das Laufrad 24 so weit auf die Welle
aufgeschraubt wird, bis es zur Anlage an einen Stützring 28 kommt. Der Stützring 28 selbst ist an einer
Axialbewegung durch eine Wellenhülse 30 gehindert, die an einer Schulter 32 der Antriebswelle 20 anliegt.
Anstelle einer Wellenhülse 30 kann aber auch der Stützring 28 direkt an einer Schulter oder an einem
Wellenbund anliegen.
Die Verspannung des Laufrades 24 auf der Antriebswelle 20 erfolgt durch einen sogenannten Inducer 34,
der auf das untere Ende der Antriebswelle 20 fes1 aufgeschraubt ist.
Durch diese Art der Konstruktion ist eine sichere Anordnung des Laufrades 24 auf der Antriebswelle 20
gewährleistet.
Wie F i g. 1 zeigt, ist die Antriebswelle 20 bei ihrem
Durchgang durch die Wellenöffnung 36 im Pumpendekkel 14 durch zwei Dichtungen 38 abgedichtet. Diese
Dichtung 38 reicht jedoch nicht aus, um den Innenraum 22 der Kreiselpumpe 10 gegenüber der Umgebung
wirkungsvoll abzudichten, sondern wirkt als eine Art Schmutzfänger und verhindert weiterhin das Eindringen
von Feuchtigkeit.
Zur Abdichtung des Innenraumes 22 gegenüber der Umgebung ist im Bereich der Antriebswelle 20 eine
spezielle Abdichtungseinrichtung vorgesehen, die allgemein mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet ist.
Diese Abdichtungseinrichtung weist einen Drehteil 42
auf, der vom Pumpenteil 14 aufgenommen ist. Wie aus Fig. 1 zu entnehmen, ist an der Innenseite des
Drehteiles 42 und zwar in der Nähe der Schulter 32 das obere Ende eines metallenen Faltenbalges 44 befestigt.
Das untere Ende des Faltenbalges 44 wird von einer Aufnahme 46 gehalten, die axial verschiebbar vom
Drehteil 42 aufgenommen ist. Die Aufnahme 46 weist, vgl. hierzu nun F i g. 2, eine Eindrehung 48 auf, welche
zur Halterung eines Gleitringes 50 dient.
Dieser obere (zweite) Gleitring 50 wirkt mit einem unteren (ersten) Gleitring 52 zusammen, der seinerseits
vom Stützring 28 aufgenommen ist. Zwischen der Wellenhülse 30 und dem Stützring 28 ist ein
Federelement 54 so angeordnet, daß dadurch der Gleitring 52 stets in seiner zentrischen Einbaulage
gehalten ist.
Durch die axiale Verschiebbarkeit der Aufnahme 46, hervorgerufen durch den unter Vorspannung stehenden
Faltenbalg 44, ist eine stets sichere gasdichte Anlage des oberen Gleitringes 52 an dem unteren Gleitring 50
gewährleistet.
Wie ersichtlich, ist an der Innenwandung 56 des
kreisringförmigen Gleitringes 52 eine sogenannte Ringnut 58 vorgesehen, durch welche die Anlagefläche
des Gleitringes auf dem entsprechenden — in F i g. 2 — vertikalen Abschnitt des Stützringes 28, reduziert wird.
Wie eingangs erwähnt, dient die vorstehend in ihrem
Aufbau beschriebene Kreiselpumpe zum Fördern kryogener Medien, so daß die Pumpe einem Tempera-
to turbereich von ca. 220° (von +20° bis -20O0C)
während ihres Betriebes ausgesetzt ist. Daraus resultiert eine Veränderung der Abmessungen. Die Abdichtungseinrichtung 40 gewährleistet über den gesamten
Temperaturbereich hinweg eine sichere Abdichtung des Innenraumes 22 der Kreiselpumpe 10. Bei der Montage
der Kreiselpumpe, hier insbesondere bei der Auswahl der Werkstoffe für die Abdichtungseinrichtung 40, wird
in erfindungsgemäßer Weise darauf geachtet, daß die miteinander zusammenwirkenden Einzelelemente dieser
Einrichtung 40 solche Ausdehnungskoeffizienten besitzen, die eine im Betrieb sichere Abdichtung der
Kreiselpumpe gewährleisten. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß für den ersten Gleitring 52 ein
Werkstoff gewählt, der einen größeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist, als der Werkstoff des .Stützringes
28 und/oder der Antriebswelle 20. Für den Gleitring 52 finden Werkstoffe, wie z. B. Polyäthylen, PTFE-Kunststoff,
Kunstkohle oder Graphit Verwendung. Diese Werkstoffe haben hervorragende Gleiteigenschaften
jo unter gleichzeitigem hohen Widerstand gegenüber
einer Abnutzung (hohe Standzeit), bei entsprechender Wahl des kontaktierenden Verschleißpartner.
Bei der dargestellten Ausführungsform werden also Werkstoffe mit größeren Ausdehnungskoeffizienten für
J5 den Gleitring 52 verwendet, im Gegensatz zum
Stützring 28, so daß bei der Inbetriebnahme der Kreiselpumpe und der dadurch bedingten großen
Abkühlung auf ca. — 2000C der Gleitring 52 sich wesentlich stärker zusammenzieht, als der ihn aufneh-
■") mende Stützring 28 und dadurch eine feste und
gasdichte Schrumpfpassung entsteht. Um zu verhindern, daß die abkühlungsbedingten sehr großen Schrumpfkräfte
des Gleitringes 52 seine Zerstörung zur Folge haben, ist, wie aus F i g. 2 ersichtlich, die Anlagefläche
■>ϊ (Innenwandung 56) durch die Ringnut 58 unterteilt.
Dadurch ergibt sich eine kleinere Abstützfläche des Gleitringes 52 auf seinem Stützring 28, so daß dadurch
bei eventuell zu großen Schrumpfkräften, diese Abstützung »Spannungskräfte verzehrend« sich flie-
i» Bend verformen kann. Dadurch ist sichergestellt, daß
auch bei einer eventuell zu großen Schrumpfspannung keine Zerstörung des Gleitringes 52 eintreten kann. Da
der Gleitring 52 nicht nur radial schrumpft sondern auch ein axiales Schrumpfen erfolgt, ist hierfür das Federelement
54 vorgesehen, durch welches das axiale Schrumpfen des Gleitringes 52 unter Dichtwirkung
ausgeglichen und gleichzeitig auch die radiale Einbaulage des Gleitringes 52 beibehalten wird. Durch die
eingeleiteten Federkräfte des Federelementes 54 wird dabei der Gleilring 52 in seiner zentrischen Einbaulage
festgehalten.
Analoge Verhältnisse finden sich erfindungsgemäß bei der Anordnung des zweiten Gleitringes 50 in
Verbindung mit seiner Aufnahme 46. Als Werkstoff für die Aufnahme 46 findet Metall Verwendung, dessen
Ausdehnungskoeffizient nunmehr jedoch größer ist als der des Werkstoffes, aus dem der zweite Gleitring 50
gefertigt ist. Der zweite Gleilring 50 besteht aus einem
druckfesten Werkstoff, wie z. B. Oxidkeramik oder Hartmetall, mit kleinerem Ausdehnungskoeffizienten im
Vergleich zur Aufnahme 46. Bei dieser Anordnung schrumpft nun die den größeren Ausdehnungskoeffizienten
aufweisende Aufnahme 46 stärker als der zweite Gleitring 50, so daß dieser in Form einer festen
gasdichten Schrumpfpassung von der Aufnahme 46 gehalten ist. Es ist selbstverständlich, daß der ausgewählte
Werkstoff für den zweiten Gleitring eine solche Festigkeit aufweist, daß die von der Aufnahme 46
eingeleiteten Schrumpfkräfte aufgenommen werden und dadurch keine Zerstörung des Gleitringes erfolgt.
Wenn z. B. für den zweiten Gleitring 50 als Werkstoff Oxidkeramik und für üic Aufnahme 46 ein unier
Belastung fließender Werkstoff, wie z.B. Edelstahl 1.4541, verwendet wird, so entsteht nach der Abkühlung
wegen der sehr großen Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten dieser beiden Werkstoffe das für
den Betriebszustand notwendige Preßpassungsverhältnis von selbst. Dabei wird die Aufnahme 46 entsprechend
verfonnL Dieser Umstand bewirkt, daß bei der
Erstellung der Paßmaße ein geringerer fertigungstechnischer Aufwand geleistet werden muß, da sich ja die
Passungsverhältnisse bei der erstmaligen Inbetriebnahme der Kreiselpumpe von selbst einstellen.
Durch die erfindungsgemäße Abdichtungseinrichtung, insbesondere im Hinblick auf die vorteilhafte
Auswahl der Werkstoffe in Verbindung mit den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten ergeben
sich aufgrund des Zusammenwirkens der einzelnen Werkstoffe bei der erstmaligen Inbetriebnahme der
Pumpe sehr gute, durch das Abkühlen bewirkte Schrumpfpassungen zwischen dem ersten Gleitring 52
und dem ihm zugeordneten Stützring 28 einerseits und dem zweiten Gleitring 50 und der Aufnahme 46
andererseits. Durch diese Schrumpfpassungen ist gewährleistet, daß stets eine sichere Abdichtung des
Innenraumes 22 der Kreiselpumpe 10 gegenüber der Umgebung gewährleistet ist Darüber hinaus sind bei
der Fertigung der Pumpenteiie keine so große Anforderungen an die Passungsqualitäten dieser Teile
zu stellen, da sich ja das jeweilige Passungsverhältnis (Schrumpfpassung) — wie bereits erwähnt — von selbst
einstellt
Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Abdichtungseinrichtung wurde anhand einer Kreiselpumpe
erörtert. Es ist selbstverständlich und liegt im Rahmen der Erfindung, ein solches Abdichtungssystem
auch überall dort einzusetzen, wo Dichtigkeitsprobleme in Verbindung mit tiefkalten Medien auftreten, so z. B.
an der Welle eines Rührwerkes in einem Cryostaten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Einrichtung zur Gleitringabdichtung einer umlaufenden Welle gegenüber einem Gehäuse zur
Verwendung im Zusammenhang mit kryogenen Medien, mit zwei in Wirkverbindung miteinander
stehenden Gleitringen, dadurch gekennzeichnet, daß
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DE19792945932 DE2945932C2 (de) | 1979-11-14 | 1979-11-14 | Abdichtungseinrichtung |
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CH837580A CH651118A5 (en) | 1979-11-14 | 1980-11-11 | Sliding-ring seal |
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---|---|---|---|
DE19792945932 DE2945932C2 (de) | 1979-11-14 | 1979-11-14 | Abdichtungseinrichtung |
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DE2945932A1 DE2945932A1 (de) | 1981-05-21 |
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Family
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19792945932 Expired DE2945932C2 (de) | 1979-11-14 | 1979-11-14 | Abdichtungseinrichtung |
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1979
- 1979-11-14 DE DE19792945932 patent/DE2945932C2/de not_active Expired
-
1980
- 1980-10-21 FR FR8022492A patent/FR2469582A1/fr active Granted
- 1980-11-11 CH CH837580A patent/CH651118A5/de not_active IP Right Cessation
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2945932A1 (de) | 1981-05-21 |
FR2469582B3 (de) | 1983-08-12 |
FR2469582A1 (fr) | 1981-05-22 |
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