DE3441047A1

DE3441047A1 - Mechanische gleitringdichtungen

Info

Publication number: DE3441047A1
Application number: DE19843441047
Authority: DE
Inventors: Samuel Clifford Walter Chidham Chichester Wilkinson
Original assignee: Crane Packing Ltd Slough Buckinghamshire; Crane Packing Ltd
Current assignee: John Crane UK Ltd
Priority date: 1983-11-12
Filing date: 1984-11-09
Publication date: 1985-05-23
Also published as: GB8428420D0; GB2149862B; FR2554900B1; JPH0610510B2; FR2554900A1; US4573691A; JPS60125466A; GB8330256D0; CA1242470A; GB2149862A

Description

Mechanische Gleitringdichtungen

Die Erfindung bezieht sich auf mechanische Gleitringdichtungen .

Mechanische Gleitringdichtungen werden dazu benutzt, einen Dichtungsabschluß zwischen sich relativ zueinander drehenden Teilen herzustellen, beispielsweise zwischen einer Welle und einem Gehäuse. Ein Dichtungselement, der Sitz, sitzt derart auf einem der Teile, daß er bezüglich des Teils axial fixiert ist. Ein zweites Dichtungselement, das Gleitringdichtungselement, sitzt derart auf dem anderen Teil, daß es diesem gegenüber axial beweglich ist, und es wird derart gegen den Sitz gedrückt, daß die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Sitzes und des Gleitringdichtungselements in fluiddichter Weise miteinander verbunden sind.

Um dem Gleitringdichtungselement gegenüber dem mit ihm verbundenen Teil eine Axialbewegung zu erlauben, muß zwischen

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dem-Gleitringdichtungselement und dem mit ihm verbundenen Teil ein zweites Dichtungselement vorgesehen werden. Ebenso ist eine Federvorrichtung notwendig, um das Gleitringpdichtungselement mit einer Axiallast zu beaufschlagen, damit es in Abdichtkontakt mit dem Sitz gedrückt wird.

Die* Wirkung dieser Dichtungsbauart beruht auf einem sehr genau gesteuerten Gleichgewicht zwischen der auf die Ab- _ dichtflächen eingeleiteten Kraft und dem Ausmaß, in dem die Kraft durch einen Schmierfilm aus Fluid gehalten werden kann, der zwischen den Dichtungsflächen ausgebildet ist. Wenn die Kraft zu groß ist, sind Sitz und Gleitringdichtungselement schnellem Verschleiß unterworfen, und

falls sie zu klein ist, ist die Abdichtung nicht dicht. Ib

Die Sekundärabdichtung, und die axiale Lastbeaufschlagung kann durch unabhängige Elemente erreicht werden. Beispielsweise kann das Sekundärdichtungselement als elastomerer O-

. Ring oder als Teilringdichtung ausgebildet sein, die zwi-ZO

sehen dem Gleitringdichtungselement und dem mit ihm verbundenen Teil angeordnet ist und sich mit dem Gleitringdichtungselement bewegt. Alternativ kann das Sekundärdichtungselement durch eine flexible Membran oder eine flexible _O1_ Balgeinheit gebildet werden, die zwischen das Gleitringdichtungselement und dem mit ihm verbundenen Teil eingefügt ist, um so eine fluiddichte Umhüllung zu erzeugen, die zwischen den beiden Elementen eine Relativbewegung erlaubt. Die Axiallast kann durch eine oder mehrere Druck-

federn erzeugt werden. Mit diesem Aufbau ist es leicht mög-30

lieh, mit Hilfe des Federelements eine ausreichende Last auf die Dichtungsflächen zu geben.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch auf Dichtungen,

__ bei denen das Sekundärdichtungselement und das Federelement ob

durch ein einziges Teil gebildet werden, beispielsweise ei-

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ne elastomere Buchse oder eine elastische Balgeinheit· Bei diesem Aufbau müssen die Eigenschaften des Sekundärdichtungs-Federelements ein Kompromiß zwischen der Festigkeit sein, die erforderlich ist, um den möglicherweise durch das Element gegebenen Differentialdruck auszuhalten, und der Federrate, die notwendig ist, den notwendigen Andruck zwischen den Dichtungsflächen aufzubringen. Daraus resultierend kann bei dieser Dichtungsbauart die Axiallast auf dem -^g Gleitringdichtungselement zu groß sein, speziell unter Anlaufbedingungen, wenn der Fluiddruck noch nicht ausreicht, einen ausreichenden Schmierfilm zwischen den Dichtungsflächen aufzubauen.

■Lg Ein kurzfristiger Überlastzustand kann durch die Benutzung wenig reibbehafteter Stoffe für den Sitz und das Gleitringdichtungselement überbrückt werden. Solche Stoffe, beispielsweise Kohlenstoff, sind normalerweise jedoch verglichen mit anderem Stoffen, die für Abdichtelemente benutzt werden kön-

2Q nen, beispielsweise feuerfeste Stoffe, relativ schwach, und sie sind auch nicht für alle Anwendungsmöglichkeiten geeignet.

Die Empfindlichkeit der Dichtung gegen überlast kann auch oc durch Vergrößerung der Fläche der Dichtungsflächen erniedrigt werden. Wenn die Flächen jedoch zu groß werden, ergeben sich Schwierigkeiten mit der Überhitzung, die zu War ^- meverformung und Unterbrechung des Schmierfilms führen können. Es wurde versucht, diese Nachteile zu beseitigen, in_g0 dem das Gleitringdichtungselement teilweise weggeschnitten wurde, um den Kühlmitteldurchlauf und die Filmbildung zu verstärken. Solche Ausführungen neigen jedoch zu Ausbeulungen, Verformungen oder Abrieb, was dazu führen kann, daß die Dichtkraft auf gut geschmierte unterbrochene Abgg schnitte des Schleifringdichtungselements ausgeübt wird,

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wodurch der kontinuierliche Schmierfilm geöffnet wird und die Dichtung leckt. Bei einigen mechanischen Dichtungsformen, beispielsweise bei solchen für Wellen mit großem Durchmesser, sind die Dichtungselemente derart ausgebildet, daß sie zur Verformung in der Lage sind, wenn sie einem Druckdifferential ausgesetzt sind, um so den gewünschten Abschluß und das gewünschte Fluidfilmprofil zu gewährleisten. Um die notwendige Verformungsfähigkeit zu erreichen, muß

,Q unglücklicherweise die Größe der Dichtungsflächen begrenzt sein, woraus folgt, daß die Flächenbelastung vergleichsweise groß ist und die Dichtungsflachen daher empfindlich gegen Überlastung sind. Außerdem ist diese Dichtungsart ungeeignet für einige Fluide, und zwar für solche, die bei

.,- so hohen Flächenbelastungen nicht in der Lage sind zwischen die Dichtungsflächen einzudringen und einen Fluidfilm auszubilden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgäbe zugrunde, eine Gleit-„_n ringdichtungsvorrichtung zu schaffen, die die aufgeführten Nachteile beseitigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine mechanische Gleitringdichtung zur Erzeugung eines fluiddichten Abschlüsse ses zwischen zwei gegeneinader drehbaren Teilen gelöst, die umfaßt: ein erstes Dichtungselement, das mit einem der beiden Teile verbunden ist und axial zu diesem fixiert ist, ein zweites Dichtungselement, das mit dem anderen Teil verbunden ist und axial beweglich diesem gegenüber ist, ein Element zur Abdichtung des zweiten Dichtungselements gegen das mit ihm verbundene Bauteil und zur axialen Vorspannung des zweiten Dichtungselements in Abdichtberührung zum ersten Dichtungselement, und ein Drucklager, das parallel zum ersten und zweiten Dichtungselement angeordnet ist, um die _g5 auf die Dichtungselemente geleitete Kraft teilweise zu reduzieren.

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Bei der oben beschriebenen Anordnung reduziert das Drucklager die Flächenbeaufschlagung und damit die Empfindlichkeit der Dichtung gegen Überlast. Da die Dichtungselemente unabhängig vom Drucklager sind, kann die Dichtungsfläche zur Verformung geeignet sein und einen erwünschten Kontakt sowie ein Schmierfilmprofil herstellen, ohne daß die Nachteile der bisher benutzten Bauarten auftreten.

,Q Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1 einen Seitenschnitt einer erfindungsgemäßen mechanischen Dichtung;

Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Figur 1;

Figur 3 eine Teildarstellung einer modifizierten Ausführung des in der Dichtung aus Figur 1 benutzten Drucklagers; und

Figur 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtung.

Die in Figur 1 dargestellte Dichtung sitzt zwischen einer Welle 10 und einem Gehäuse 11, um eine fluiddichte Abdichtung dort zu schaffen, wo die Welle 10 durch die Wand des Gehäuses 11 läuft. Ein ringförmiger Sitz 12 ist mittels einer Reihe in Umfangsabstand angeordneter Bolzen 13 am Gehäuse 11 befestigt, so daß er die Welle 10 umgibt, wenn diese durch das Gehäuse 11 läuft.

Ein Gummibuchsenelement 15 sitzt auf der Welle 10 und ist qj- mittels einer Antriebsbacke 16 an diese geklemmt, wobei die

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Antriebsbacke zwei Hälften aufweist und um die Welle 10 und ein Ende der Buchse 15 mittels zweier tangentialer Bolzen zusammengeklemmt wird. Ein ringförmiges Gleitringdichtungs-

r- element 17 sitzt auf dem freien Ende der Gummibuchse 15. ο

Die Gummibuchse 15 ist an einer zum Sitz 12 in Axialabstand befindlichen Stelle an die Welle 10 geklemmt, so daß, falls die einander gegenüberliegenden Flächen des Sitzes 12 und des Gleitringdichtungselements 17 in Abdichtkontakt sind, die Gummibuchse 15 axial zusammengedrückt wird und das Gleitringdichtungselement 17 mit einer Axialkraft beaufschlagt.

Das freie Ende der Gummibuchse 15 ist ausgefräst, so daß es

einen Radialabstand gegenüber der Welle 10 aufweist. Ein 15

Tragring 18 sitzt koaxial zum Gleitringdichtungselement 17 auf dem freien Ende der Buchse 15, wobei ein Zapfenabschnitt 19 des Rings 18 in die Ausfräsung der Buchse 15 hineinreicht.

Der Ring 18 ist mit einem kronierten Endabschnitt 20 versehen, der mit dem Sitz T2 in Verbindung steht. Der Ring 18 ist derart dimensioniert, daß er sich etwas weiter von der Buchse 15 aus erstreckt als das Gleitringdichtungsele-

ment 17. Der Abschnitt der Buchse 15, der gegen den Ring 25

18 anschlägt, ist daher einem größeren Druck ausgesetzt, als der Abschnitt, der an das Gleitringdichtungselement 17 anschlägt; der Ring 18 wird dadurch relativ zum Gleitringdichtungselement 17 elastisch gegen den Sitz 12 vorgespannt.

Daher kann der Ring 18 derart ausgebildet sein, daß er einen Teil der auf die Buchse 15 gegebenen Kraft aufnimmt. Der Anteil der Last, der durch den Ring 18 aufgenommen wird, kann abhängig von dem Kompressionsgrad der Buchse 15 unterschiedlich sein.

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Der Ring 18 sitzt unter Ausbildung eines Radialabstands innerhalb des Gleitringdichtungselements 17; eine Ausnehmung 21 ist im Ring 18 vorgesehen, so daß er bei Verformung oder Torsion des Gleitringdichtungselements 17 in seiner Wirkung nicht beeinträchtigt wird. Das Gleitringdichtungselement 17 kann daher derart ausgelegt sein, daß es sich als Reaktion auf aufgegebene Druckdifferenzen verformt oder verdreht, so daß der Fluidfilm zwischen Gleitringdich-

Q tungselement 17 und Sitz 12 immer an die vorherrschenden Bedingungen angepaßt werden kann.

Die Kronierung in der Stirnfläche 20 des Rings 18, die mit dem Sitz 12 in Verbindung steht, erlaubt einen Fluidumlauf um g das Gleitringdichtungselement 17, so daß ein Fluidfilm zwischen den Dichtungsflächen des Gleitringdichtungselements 17 und des Sitzes 12 ausgebildet werden kann und diese Flächen gekühlt werden können. Die Kronierung verstärkt außerdem die Schmierung der Fläche 20 des Rings 18, an der er mit dem Sitz 12 in Verbindung steht.

Die Ausbildung der Kronierung auf der Fläche 20 kann durch Krümmung der tragenden Oberflächen derart modifiziert werden, daß die Schmierung dieser Flächen weiter verbessert ist, wie in Figur 3 dargestellt. Alternativ können andere Elemente, beispielsweise Nuten, in der Fläche 20 vorgesehen sein, um die Bildung eines Fluidschmierfilms zwischen der Fläche 20 und dem Sitz 12 zu verstärken.

Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sitzt das Gleitringdichtungselement 17 auf einem Tragring 25. Der Tragring 25 ist beispielsweise mittels einer flexiblen, elastischen Metallbalgeinheit 26 an die Welle TO gebaut, wobei diese Balgeinheit eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Tragring 25 und der Welle 10 herstellt und das Gleitring-

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dichtungselement 17 axial in Abdichtungsverbindung mit dem Sitz 12 drückt. Eine Druckkugel- oder Rollenlageranordnung 27 sitzt elastisch zwischen dem Sitz 12 und dem Tragring p- 25, und zwar auf einer Vielzahl in ümfangsabstand stehender Druckfedern 28, die in Ausnehmungen 29 des Tragrings 25 sitzen. Diese Druckkugel- oder Rollenlageranordnung 27 arbeitet in ähnlicher Weise wie der Trägring 18 beim oben in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Beispiel, um die . _n Flächenbeaufschlagung der Kontaktflächen zwischen Gleitringdichtungselement 17 und Sitz 12 zu reduzieren. Alternativ zu den Druckfedern 28 beim in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein Druckgummieinsatz zwischen dem Tragring 25 und der Lageranordnung 27 vorgesehen sein.

Verschiedene Abänderungen sind möglich, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise ist bei den obigen Ausführungsbeispielen das Drucklager innerhalb des Gleitringdichtungselements angeordnet, so daß das abzudichtende Fluid dazu benutzt werden kann, die Dichtungsflächen und das Drucklager zu schmieren und zu kühlen. Das Drucklager kann aber auch außerhalb des Gleitringdichtungselements angeordnet werden, beispielsweise, wenn sich das abzudichtende Fluid auch außerhalb des Gleitringdichtungselements befindet, oder für die Schmierung und Kühlung des Drucklagers eine getrennte Fluidquelle vorgesehen ist.

In einer mechanischen Gleitringdichtung zur Erzeugung eines fluiddichten Abschlusses zwischen zwei gegeneinander dreh-

baren Teilen ist ein erstes Dichtungselement mit einem der 3U

beiden Teile verbunden und axial zu diesem fixiert; ein zweites Dichtungselement ist mit dem anderen Teil verbunden und axial beweglich zu diesem angeordnet; es ist ein Element vorgesehen, das dazu dient, das zweite Dichtungselement gegen das mit ihm verbundene Bauteil abzudichten und

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es axial in Abdichtungskontakt mit dem ersten Dichtungselement zu drücken; ein Drucklager ist zwischen den Dichtungselementen vorgesehen, um die auf sie gegebene Belastung teil-

r- weise zu reduzieren.

— Leerseite -

Claims

Tedtke-Bohung:-;Kj^6-Gb;üpe;. SSSStSSi iß,

r\ f± - ßt- -^: "·-* ^; Dipl.-Ing. H. Tiedtke M

ΓΈΙΧΜΑΝΝ - VaRAMS - OTRUIF Dipl.-Chem. G. Bühling

Dipl.-Ing. R. Kinne

Ί. L L 1 Π L 7 Dipl.-Ing. R Grupe

ο η η IUH/ Dipl.-Ing. B. Pellmann

Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 202402 8000 München 2

Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: O 89-537377 cable: Germaniapatent Müncher

9. November 1984

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case PP1493CRA

P atentansprüche

1. Mechanische Gleitringdichtung zur Erzeugung eines fluiddichten Abschlusses zwischen zwei gegeneinander drehbaren Teilen, dadurch■gekennzeichnet, daß ein erstes Dichtungselement (12) mit einem der beiden Teile (11) verbunden und axial bezüglich dieses Teils (11) fixiert ist, ein zweites Dichtungselement (17) mit dem anderen Teil (10) verbunden und axial bezüglich des Teils (10) beweglich ist, ein Element (15; 26) vorgesehen ist, das dazu dient, das zweite Dichtungselement (17) bezüglich des mit ihm verbundenen Teils (10) abzudichten und es axial in Abschlußverbindung mit dem ersten Dichtungselement (12) vorzuspannen, und ein Drucklager (18; 27) derart parallel zum ersten und zweiten Dichtungselement (12, 17) angeordnet j st, daß es die auf die Dichtungselemente (12_f 17) aufgegebene Vorspannung teilweise reduziert.

2. Mechanische Gleitringdä chtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Abdichtung des zweiten Dichtungselements (17) bezüglich des mit ihm verbundenen

fMiinrhpn. KIu h/0 43

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Teils (10) und zur Axialvorspannung des zweiten Dichtungselements (17) in Abdichtkontakt mit dem ersten Dichtungselement (12) eine elastomere Buchseneinheit (15) ist.

3. Mechanische Gleitringdichtung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß das Drucklager als Ring (18) ausgebildet ist, der koaxial zum zweiten Dichtungselement (17) in dem Ende der Buchseneinheit (15) sitzt, wobei der Ring (18) jQ in Radialabstand zum zweiten Dichtungselement (17) steht jedoch axial mit der Dichtungsfläche des ersten Dichtungselements (12) fluchtet.

4. Mechanische Gleitringdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (20) des Rings (18), die der Dichtungsfläche des ersten Dichtungselements (12) gegenüber liegt, mit Elementen versehen ist, die die Bildung eines Schmierfilms verstärken.

_nr. 5. Mechanische Gleitringdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (18) kroniert ist.

6. Mechanische Gleitringdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der Kronierung, die mit dem ersten Dichtungselement (12) in Kontakt stehen, abgerundet sind.

7. Mechanische Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Abdichtung des zweiten

_on Dichtungselements (17) bezüglich des mit ihm verbundenen Teils (10) und zur Axialvorspannung des zweiten Dichtungselements (17) in Abschlußberührung mit dem ersten Dichtungselement (12) als elastische Balgeinheit (26) ausgebildet ist, wobei die Balgeinheit (26) zwischen dem Teil (10) und einem Tragring (25) sitzt, auf dem das zweite Dichtungselement (17) sitzt, wobei ein Drucklager (27) auf dem Tragring

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(25) koaxial zum zweiten Dichtungselement (17) sitzt, und wobei Federelernente (28) zwischen dem Drucklager (27) und dem Tragring (25) angeordnet sind.

8. Mechanische Gleitringdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine oder mehrere Druckfedern (28) aufweist.

Q 9. Mechanische Gleitringdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement einen elastomeren Einsatz aufweist-

10. Mechanische Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucklager als Kugel- oder Walzenlager (27) ausgebildet ist.