DE3544872C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung für das Abdichten einer gegenüber einer Wand rotierenden Achse, gemäß dem Ober­ begriff von Anspruch 1.

Solche Abdichtungen sind auf verschiedenen Gebieten der Technik bekannt. Gleitringdichtungen eignen sich besonders gut z. B. für Pumpen der Prozeßindustrie, mittels welcher Pumpenflüssig­ keiten, die Feststoffe und Verunreinigungen enthalten, gepumpt werden.

Beim Einsatz abrasiver Medien werden als Herstellungsmaterial für Gleitringdichtungen, z. B. Hartmetalle, Oxidkeramik oder Siliciumkarbide als eigentliche Gleitringe benutzt. Diese Materialien mit gutem Verschleißwiderstand werden dann benutzt, wenn die Gleitringe beim Rotieren gegeneinander sowohl einer adhäsiven als auch einer abrasiven Abnutzung ausgesetzt sind. Die Bestandteile der Abdichtungen werden normalerweise aus z. B. säurebeständigem Stahl hergestellt. Es ist klar, daß die Mate­ rialien jedoch immer nach der jeweiligen Gebrauchssituation ausgewählt werden.

Bei früher benutzten Lösungen sind die abnutzungsfesten Gleit­ ringe der Gleitringdichtung durch eine Schrumpfverbindung an ihrem Dichtungsring so befestigt, daß der Dichtungsring zuerst erwärmt wurde, wobei er sich so stark ausdehnte, daß der Gleit­ ring in eine in den Dichtungsring eingearbeitete Vertiefung paßte. Beim Abkühlen des Dichtungsrings wird der Gleitring zusammengepreßt und auf diese Weise an seinem Platz befestigt.

Der Nachteil dieser Befestigungsweise ist eine Deformation der Gleitfläche des Gleitrings, die eine Folge der in der Radial­ richtung wirkenden Preßkraft ist. Es ist klar, daß eine Defor­ mation durch eine Bearbeitung der Gleitfläche in der Herstel­ lungsphase korrigiert werden kann, in einer Gebrauchssituation aber, bei welcher die Temperatur sogar erheblich von der Tempe­ ratur bei der oben erwähnten Bearbeitung der Gleitfläche abwei­ chen kann, können erhebliche Deformationen der Gleitfläche gegen­ über der ursprünglichen, ebenen Fläche auftreten.

Es versteht sich, daß durch eine solche deformierte Fläche keine wirksame Abdichtung zustande gebracht werden kann. In der Praxis ist festgestellt worden, daß die in der oben beschriebenen Weise befestigten Gleitringe schnell abgenutzt werden, weil die während des Gebrauchs der Gleitringe einander gegenüberliegenden Gleitflächen nicht über die ganze Fläche ihrer Gleitflächen parallel sind. Vielmehr befinden sich die einen Kantenteile nahe beieinander, und die anderen Kantenteile befinden sich entspre­ chend weiter voneinander entfernt. Die Gleitflächen erstrecken sich also in einem Winkel zueinander.

Dieses Problem wird noch dadurch verstärkt, daß der Gleitring die Tendenz hat, während des Gebrauchs deformiert zu werden. Das geschieht z. B. unter der Einwirkung einer Wärmeausdehnung in solcher Weise, daß der Umfang des Gleitrings sich wegen des warmen Produkts mehr als der von der Absperrflüssigkeit oder Luft abgekühlte Innenumfang ausdehnt. Der Druck des Produkts verursacht auch eine Deformation in derselben Richtung.

Diese Nachteile sind schon seit langem bekannt, und mehrere Lösungen sind für die Eliminierung dieser Nachteile entwickelt worden. Als Beispiele für diese Lösung können die in der US-PS 42 61 581 angeführten Lösungen erwähnt werden. Gemäß dieser US-Patentschrift ist es bekannt, die radiale Preßkraft der Schrumpfverbindung auf dem Mittelpunkt der Schnittstelle des Gleitrings zu richten. Wie in der Patentschrift ebenfalls fest­ gestellt wird, ist eine solche Lösung jedoch nicht gut genug, denn axiale Formänderungen im Dichtungsring deformieren die Gleitfläche des Gleitrings weiter. Die in der US-PS 42 61 581 dargestellte Erfindung bezieht sich darauf, einen axialen Spielraum zwischen dem Gleitring und dem Dichtungsring zustande zu bringen, wobei der Gleitring ausschließlich mittels einer durch den Mittelpunkt der Schnittfläche des Gleitrings verlau­ fenden Stützkraft auf den Dichtungsring abgestützt ist. Der Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, daß der Gleitring aufgrund mangelhafter axialer Abstützung sehr steif sein muß. Weil die Stützfläche des Gleitrings klein ist, ist die Wärme­ übertragung von dem Gleitring auf den Dichtungsring bemerkens­ wert gering.

Ferner ist aus der DE-OS 22 46 536 eine Dichtvorrichtung bekannt, bei welcher die radiale Preßkraft der Schrumpfverbin­ dung ebenfalls im wesentlichen auf die Mittelebene der Quer­ schnittsfläche des Gleitrings ausgerichtet werden soll. Bei einer derartigen Lösung können jedoch axiale Formänderungen im Dichtungsring nicht kompensiert werden, sondern verformen die Gleitfläche des Gleitrings weiter, so daß die Abdichtung schlechter wird. Um Formänderungen des Gleitrings zu verhindern, könnte dieser sehr steif ausgebildet werden. Dies ist jedoch aus verschiedenen Gründen nachteilig.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Gleitringdich­ tung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die hin­ sichtlich von Formänderungen im Dichtungsring unempfindlicher ist, wobei dennoch die Ausbildung eines sehr steifen Gleitrings verhinderbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Gleitring sowohl radial als auch koaxial so gut abgestützt wird, daß die Gleitfläche nicht deformiert wird. Die erfindungsgemäße Konstruktion ist außerdem sehr einfach möglich, wobei die Her­ stellungskosten vorteilhafterweise gering sind. Auch die Gebrauchskosten sind aufgrund der günstigen Abstützung des Gleitrings vorteilhaft. Dies unter anderem deshalb, weil die einander gegenüberstehenden Gleitflächen in der Gebrauchs­ situation sich genau parallel zueinander erstrecken, wobei die Abdichtung gut ist und keine ungleichmäßige Abnutzung auftritt.

Bei den zuvor bekannten Lösungen gemäß dem eingangs erwähnten Stand der Technik wird die Gleitfläche des Gleitrings deformiert. Die nach der Abkühlung im Gleitring ent­ standene Konizität kann dadurch eliminiert werden, daß die Gleitfläche eben nachgeschliffen wird. Das Problem wird jedoch durch dieses Schleifen nicht beseitigt, denn in der Praxis wird die Gleitfläche des Gleitrings konkav schalenförmig deformiert, wenn er bei höheren Temperaturen als bei der Temperatur benutzt wird, bei welcher er geschliffen wurde. Der Dichtungsring dehnt sich nämlich dann stärker aus, und die auf den Gleitring gerichtete Preßkraft wird vermindert.

In dem deformierten Zustand steht der Innenumfang der Gleit­ fläche gegenüber dem Außenumfang vor.

Die zuvor erwähnten Nachteile lassen sich mit der dargestellten Erfindung ausschalten. Die dargestellte Erfindung beruht darauf, daß möglichst alle auf den Gleitring wirkenden Kräfte auf den Massenmittelpunkt des rechteckförmi­ gen Querschnitts des Gleitrings gerichtet werden. Auf Grund dieser Anordnung kommen keine nachteiligen Deformatio­ nen der Gleitfläche des Gleitrings vor.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Gleitrings in eingebautem Zustand; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1, jedoch in vergrößerter Darstellung.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist eine Gleit­ ringdichtung in eingebautem Zustand ersichtlich. Es ist ein Rahmenteil 1 der Abdichtungskonstruktion, eine rotierende Achse 2, beispielsweise die Achse einer Pumpe, das zu pumpende Produkt 3, die Dichtungsringe 4 der Gleitringdichtung, sowie die an den Dichtungsringen befestigten Gleitringe 5 dargestellt. Ferner bildet eine Absperrflüssigkeit 6 einen Schmierfilm zwischen den Gleitflächen der Gleitringe 5. Die Absperrflüssigkeit weist bei M und N Eingangs- bzw. Ausgangspunkte auf, wie es an sich bekannt ist.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist im Bereich der Gleitringe ein Kreis angedeutet, der in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf die in Fig. 1 dargestellte Pumpe beschränkt ist. Die in Fig. 2 verwendeten Bezugszeichen entsprechen den in Fig. 1 verwendeten. In an sich bekannter Weise wird der Gleitring 5 durch eine radial wirkende Schrumpfverbindung an dem Dichtungs­ ring 4 befestigt. Hierzu wird der Dichtungsring 4 erhitzt, wobei er sich ausdehnt. Der Gleitring 5 wird an dem ausgedehnten Dich­ tungsring angebracht, welcher Dichtungsring bei der Abkühlung schrumpft, wobei der Gleitring 5 an dem Dichtungsring befestigt wird.

Die radiale Stützkraft F _K der Schrumpfverbindung ist dabei in einer an sich bekannten Weise so ausgerichtet, daß sie auf die Ringfläche des Gleitrings mittels einer Rippe 8 einwirkt, die an die axiale, ringförmige Fläche 7 des Dichtungsrings 4 angeformt ist. Diese Rippe 8 ist so ausgeformt, daß ihre Kante 9, die von der Gleitfläche gesehen weiter entfernt ist, sich auf der radialen Ebene des Gleitrings befindet, welche Ebene durch den Massenmittelpunkt K verläuft.

Aufgrund dieser Anordnung läuft die radiale Stützkraft durch den Massenmittelpunkt K, weil nach der Abkühlung des Dichtungsrings 4 in Kontakt zwischen dem Dichtungsring 4 und dem Gleitring ausdrücklich mittels der oben erwähnten Kante 9 erfolgt.

Die aus den Formänderungen des Dich­ tungsrings 4 entstehende, axiale Kraft F _L ist so ausgerichtet, daß sie auf den Massenmittelpunkt K des Querschnitts des Gleitrings 5 einwirkt. Dies wird in der Praxis so verwirklicht, daß diese axiale Stützkraft F, auf den Gleitring 5 mittels einer Rippe 11 gelenkt ist, die an die radiale Fläche 10 des Dichtungsrings 4 angeformt ist.

Die Rippe 11 ist dabei so angeordnet, daß ihre radial äußere Kante 12 sich an der axialen Fläche befindet, die über den Massenmittelpunkt K läuft. Mittels dieser Anordnung wird es erreicht, daß die axiale Stützkraft F _L durch den Massenmittel­ punkt K verläuft, weil ein Kontakt zwischen dem Dichtungsring 4 und dem Gleitring 5 nach der Abkühlung mittels der Kante 12 der Rippe 11 erfolgt.

So ist es möglich, den Gleitring 5 so auf seinem Platz abzustüt­ zen, daß im wesentlichen keine Deformierung der Gleitfläche entsteht. Außerdem ist der Gleitring sowohl in der Axial-, als auch in der Radialrichtung sehr gut abgestützt, so daß keine besonders steifen Gleitringe nötig sind.

Zur Sicherung der Wärmeübertragung von dem Gleitring 5 auf den Dichtungsring ist es außerdem vorteilhaft, daß die Größe der Fläche der sich auf die Ringfläche des Gleitrings des Dichtungs­ rings 4 stützenden Rippe 8 im wesentlichen die Hälfte bis ein Viertel der Ringfläche des Gleitrings beträgt. Entsprechend beträgt die Größe der Fläche der sich auf die Stirnfläche des Gleitrings des Dichtungsrings 4 stützenden Rippe im wesentlichen die Hälfte bis ein Viertel der Stirnfläche des Gleitrings. Mit­ tels dieser Anordnung wird eine ausreichende Wärmeübertragungs­ fläche zwischen dem Gleitring 5 und dem Dichtungsring 4 sicher­ gestellt.

Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel ist in keiner Weise beschränkend zu verstehen. Vielmehr ist es ohne weiteres möglich, beispielsweise in den sich zwischen den Rippen 8 und 11 bildenden geschlossenen Raum jedes beliebige geeignete, ela­ stisch bleibende Dichtungs- oder Klebemittel einzubringen, wenn es für notwendig erachtet wird.

Ferner versteht es sich, daß die einzelnen Teile nicht in der dargestellten Weise gestaltet sein müssen. Bei Bedarf kann in den geschlossenen Raum zwischen der Rippe 8 und der Rippe 11 ein Abkühlungskanal oder mehrere Abkühlungskanäle geleitet werden.

Claims (5)

1. Gleitringdichtung für das Abdichten einer gegenüber einer Wand rotierenden Achse, welche Dichtung mit Gleitringen ver­ sehene Dichtungsringe aufweist, die zueinander so angeordnet sind, daß die abdichtenden Gleitflächen der Gleitringe aneinander anliegen und relativ zueinander rotieren, wobei jeder Gleitring durch eine Schrumpfverbindung an seinem Dichtungsring so befe­ stigt ist, daß die radiale Preßkraft der Schrumpfverbindung so ausgerichtet ist, daß sie auf den Massenmittelpunkt des Quer­ schnitts des Gleitrings einwirkt, dadurch gekennzeich­ net, daß eine in axialer Richtung wirkende Stützkante (12) vorgesehen ist, so daß eine axiale Stützkraft im wesentlichen auf den Massenmittelpunkt (K) des Querschnitts des Gleitrings (5) einwirkt.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufende Preßkraft (F _K ) der Schrumpfverbindung auf die Ringfläche des Gleitrings (5) mittels einer Rippe (8) ausgerichtet ist, die an eine axiale, ringförmige Fläche (7) des Dichtungsrings angeformt ist, und daß die aus den Formänderungen des Dichtungsrings (4) entstehende axiale Kraft (F _L ) mittels einer Rippe (11) auf den Gleitring (5) aufgebracht ist, welche an eine radial verlaufende Fläche (10) des Dichtungsrings angeformt ist.

3. Gleitringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der sich auf die Umfangsfläche des Gleitrings (5) des Dichtungsrings (4) abstützenden Fläche im wesentlichen die Hälfte bis ein Viertel der Umfangsfläche des Gleitrings (5) beträgt und daß die Größe der sich auf die Stirnfläche des Gleitrings (5) des Dichtungsrings (4) abstützenden Fläche die Hälfte bis ein Viertel von der Stirnfläche des Gleitrings (5) beträgt.

4. Gleitringdichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung zwischen der Rippe (8), die die radiale Preßkraft (F _K ) überträgt, und der Rippe (11), die die axiale Kraft (F _L ) überträgt, elastisches Klebe- und/oder Dichtungsmittel aufweist.

5. Gleitringdichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung zwischen den Rippen (8) für die radiale Preßkraft (F _K ) und (11) für die axiale Kraft (F _L ) mindestens einen Abkühlungskanal, insbesondere mehrere Abküh­ lungskanäle, aufweist.