DE3607044A1

DE3607044A1 - Gleitringabdichtung

Info

Publication number: DE3607044A1
Application number: DE19863607044
Authority: DE
Inventors: Antti-Jussi Järvenpää Heilala
Original assignee: Safematic Ltd Oy
Current assignee: John Crane Safematic Oy
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1986-03-04
Publication date: 1986-10-30
Also published as: SE8601558D0; US4688806A; FI71824B; FI71824C; SE8601558L; SE458299B; DE3607044C2; FI851482A0

Description

Gleitringabdichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitringabdichtung zum Abdichten einer Spalte zwischen einer rotierenden Achse und einer festen Wandung, um einen Raum für Druckmedium von einem auswendigen Raum zu trennen, welche Gleitringabdichtung wenigstens einen auf die feste Wandung oder die Achse gestützt montierten Dichtungsring und wenigstens einen an der Achse oder der festen Wandung befestigten Gegenring umfasst, wobei der Dichtungsring und der Gegenring mit sich achsial an einander pressenden, abdichtenden Gleitflächen versehen sind, und wobei der Dichtungsring mittels eines Balgelements auf die feste Wandung oder die Achse gestützt montiert ist.

Bei einer Gleitringabdichtung wird ein Produkt, d.h. ein Druckmedium, zwischen zwei hinsichtlich einander rotierenden, planaren Ringen so abgedichtet, dass der Druck des Produkts in der schmalen Spalte zwischen den Gleitflächen entweder auf den Atmosphärendruck oder, wenn zwei Paare Gleitringe verwendet werden, auf den Druck der Absperrflüssigkeit zwischen den Gleitringpaaren fällt.

Gleitringabdichtungen dieser Art werden in Pumpen, Refinern, Rührern, Bläsern und entsprechenden Geräten benutzt, wobei eine rotierende Achse durch eine feste Wandung läuft. Auf verschiedenen Seiten der Wandung können verschiedene Drücke und verschiedene Flüssigkeiten und Gase vorgesehen sein. Somit kann das Druckmedium eine Flüssigkeit oder ein Gas sein und der auswendige Raum ein Flüssigkeits- oder ein Gasraum unter oder ohne Druck oder die Atmosphäre sein. Wenn im Zusammenhang mit der Abdichtung eine Absperrflüssigkeit benutzt wird,so ist diese am gewöhnlichsten Wasser.

Bei zur Zeit kommerziell bekannten Lösungen geht man im allgemeinen davon aus, dass für die Abdichtung solche konstruktive Funktionsverhältnisse angeordnet

werden, dass die zwischen den Gleitflächen entstehende Friktionswärme gleich gross ist wie die Wärmemenge, die entweder mittels einer Absperrflüssigkeit oder einer Abkühlung des Produkts von der Abdichtung abgeleitet werden kann. Die z.B. während des Betriebs der Pumpe steuerbare Variable ist die Strömung oder der Druck der Absperrflüssigkeit. Ausserdem ist es auf dem Gebiet bekannt, einen gefederten Dichtungsring, dessen Federkraft durch Änderung der Steife der Federn geregelt werden kann, und eine teleskopische Funktion zu benutzen, die dadurch zustandegebracht wird, dass Medium unter Druck in einen Raum zwischen zwei Abdichtungen mit verschiedenem Durchmesser geleitet wird. Eine solche Lösung wird in der FI-Patentschrift 64 450 beschrieben. Die Steuerung des Drucks und der Strömung der Absperrflüssigkeit ist ein anwendbares Mittel, wenn es nicht schädlich ist, dass Absperrflüssigkeit in das Produkt kommt. Auf dem Gebiet der Lebensmittel, der Chemie, der Medizin und der Petrochemie und auch auf einigen anderen Industriegebieten kann es jedoch nicht zugelassen werden, dass Absperrflüssigkeit in das Produkt leckt, weshalb eine Steuerung mittels Absperrflüssigkeit bei diesen Ausführungen schwer ist. Anderseits steht Absperrflüssigkeit auch nicht immer zur Verfügung.

Als ein zweites Beispiel für auf dem Gebiet bekannte Lösungen kann die in der US-Patentschrift 4 261 581 beschriebene Abdichtungskonstruktion erwähnt werden, wobei die Federkraft des Dichtungsrings durch ein Balgelement geschaffen ist.

Der Gebrauch einer zylindrischen Konstruktion gemäss FI-Schrift 64 450 ist mit jedem beliebigen Medium, sogar mit Druckluft, möglich. Elastische Hilfsabdichtungen sind jedoch problematisch sowohl unter ätzenden Umständen als auf bei hohen Temperaturen. Eine absolute Dichte kann bei Elastomeren auch nicht zustandegebracht werden, wobei die Aufrechterhaltung des Drucks auch eine

kleine Strömung voraussetzt.

Eine Konstruktion nach US-Patentschrift 4 261 581 kann auch mit jedem beliebigen Medium verwendet werden. Ein Problem ist jedoch die schwache Beständigkeit des Balgelements mit gewissen Medien. Das obenerwähnte Problem kommt daraus, dass das Balgelement in Verbindung mit dem Produkt steht und das Material, woraus das Balgelement hergestellt ist, sehr dünn ist, die Dicke kann beispielsweise 0,2-0,3 mm sein. Unter diesen Umständen zerstören die von einigen Produkten veranlasste Korrosion und eine mechanische Abnutzung das Balgelement sehr schnell. Bei dieser Konstruktion kann jedoch die Federkraft oder der Oberflächendruck der Gleitflächen während des Betriebs in keiner Weise kontrolliert oder gesteuert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringabdichtung zu schaffen, die die Nachteile der vorbekannten Lösungen nicht aufweist, und die zum Bewirken verschiedener Funktionen dient, wie einer Federkraft, einer Momentverschiebung, einer Sekundärdichtung und einer Teleskopbewegung.

Das ist mittels einer erfindungsgemässen Gleitringabdichtung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Balgelement mittels eines geschlossenen Raumes von dem Druckmediumraum dicht getrennt ist und dass der dicht geschlossene Raum über einen Kanal mit einer Druckquelle verbunden ist.

Ein Vorteil der erfindungsgemässen Gleitringabdichtung im Vergleich zu den bekannten Abdichtungen ist beispielsweise die Tatsache, dass eine Abnutzung oder ein Ätzen des Balgelements keine Probleme veranlasst, weil das Balgelement von dem Produkt getrennt ist. Somit wird der von Ätzproblemen verursachte Gebrauch von teuren Spezialmaterialien ganz eliminiert, und aus dünnen Materialien hergestellte Balgelemente können auch im Zusammen-

hang mit abnutzenden Produkten, wie Aufschlämmungen und Massen, verwendet werden. Mittels der erfindungsgemässen Konstruktion ist es dazu möglich, bedeutend höhere Gebrauchsdrücke zu erreichen als bei bekannten Lösungen. Als Beispiel für typische maximale Gebrauchsdrücke kann für diese Erfindung ein Wert von 5 0 bar und für die vorbekannte Technik ein Wert von 10-20 bar erwähnt werden. Ein Vorteil der Erfindung ist auch, dass der Pressdruck zwischen den Gleitflächen z.B. während des Betriebs der Pumpe in einer sehr einfachen Weise wie erwünscht gesteuert werden kann. Bei den bekannten Lösungen ist eine solche Funktion nicht möglich.

Die Erfindung wird im folgenden mittels der bevorzugten Ausführungsbeispiele der beigefügten Zeichnung genauer erläutert, wobei

Figur 1 einen Achsialschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Gleitringabdichtung an ihrem Platz montiert zeigt, und

Figur 2 einen Achsialschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Gleitringabdichtung an ihrem Platz montiert zeigt.

In der Ausführungsform der Figur 1 ist eine rotierende Achse, beispielsweise die Achse einer Flüssigkeitspumpe, mit der Referenz 1 und eine feste Wandung, beispielsweise der Rahmen der Pumpe, mit der Referenz 2 bezeichnet. Innerhalb des Rahmens, d*.h. an der linken Kante der Figur 1, ist ein Druckraum 3 für Druckflüssigkeit vorgesehen und ausserhalb des Rahmens ist die Atmosphäre 4.

Eine Gleitringabdichtung umfasst einen auf die feste Wandung 2 gestützt befestigten, festen Dichtungsring 5 und einen an der Achse 1 fest befestigten, rotierenden Gegenring 6. Der Dichtungsring 5 und der Gegenring 6 sind mit sich an einander pressenden, abdichtenden Gleitflächen versehen. Der Dichtungsring 6 ist mittels eines Balgelements 7 flexibel auf die feste Wandung gestützt,

wobei das eine Ende des Balgelements an dem Dichtungsring 6 und das andere Ende an dem Rahmen der Pumpe befestigt ist. Das Balgelement 6 ist durch Schweissen aus Metallmaterial hergestellt. Die Befestigung des Balgelements am Rahmen kann in mehreren verschiedenen Weisen erfolgen, im Beispiel der Figur ist das auf der Rahmenseite gelegene Ende des Balgelements an einem Befestigungsring 8 befestigt, der seinerseits am Rahmen befestigt ist.

Gemäss der Erfindung ist das Balgelement 7 mittels eines dicht geschlossenen Raums 9 von dem Druckmediumraum 4 getrennt, wobei das Druckmedium mit dem Balgelement 7 nicht in Berührung kommen kann, um ihm eventuell zu schaden. Ausserdem ist der dicht geschlossene Raum 9 mittels eines Kanals 10 mit einer steuerbaren Druckmediumquelle 11 verbunden. Der Druck des dicht geschlossenen Raums 9 kann mittels der Druckmediumquelle 11 gesteuert werden, wobei bei Erhöhung des Druckes im Raum 9 das Balgelement 7 die Tendenz hat, ausgefaltet zu werden, was einen Anstieg des Pressdrucks zwischen den Gleitflächen zur Folge hat. Wenn der Druck im Raum 9 vermindert wird, so folgt daraus, dass das Balgelement sich zusammenzieht, wobei der Pressdruck zwischen den Gleitflächen vermindert wird.

Die erfindungsgemässe Lösung kann in mehreren verschiedenen Weisen verwirklicht werden. Im Fall der Figur 1 ist die Konstruktion wie folgt. Der Dichtungsring 5 ist mittels des Balgelements 7, des Befestigungsrings 8 und eines Befestigungsflansches 12 an dem Pumpenrahmen befestigt. Der dicht geschlossene Raum 9 ist dabei mittels an den beiden Seiten des Balgelements 7 angeordneten Dichtungen 13,14 zwischen dem Befestigungsflansch 12 und der Dichtungsringanordnung 5,7,9 ausgeformt. Der Kanal 10 ist dabei mit einer als steuerbare Druckquelle 11 fungierenden, mit einer regulierbaren Kolbenvorrichtung 15,16 versehenen Kammer 17 verbunden. Die Kolbenvorrichtung wird dabei aus einem Kolbenteil 15 und einer damit verbundenen Stell-

schraube 16 ausgeformt. Mit der Referenz 18 ist in Figur 1 noch ein Schnarchloch der Kammer 17 bezeichnet, welches Loch auch als Zuführungsloch eines auswendigen Mediums verwendet werden kann, wenn der Kolbenteil 15 beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch bewegt werden soll. Ein wesentlicher Faktor in der Ausführungsform der Figur 1 ist noch, dass die mit der regulierbaren Kolbenvorrichtung 15,16 versehene Kammer 17 an dem Befestigungsflansch 12 angebracht ist.

In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Gleitringabdichtung gezeigt. In Figur 2 wird die rotierende Achse mit der Referenz 101 und die feste Wandung, beispielsweise der Pumpenrahmen, mit der Referenz 102 bezeichnet. Innerhalb des Rahmens, d.h. an der linken Kante der Figur 2, ist ein Druckraum 103 für Druckmedium vorgesehen und ausserhalb des Rahmens ist die Atmosphäre 104.

Die Gleitringabdichtung umfasst einen festen Dichtungsring 105, der mittels eines Balgelements 107 und eines Befestigungsflansches 112 auf die feste Wandung 102 gestützt befestigt ist. An der Achse 101 ist nach der Lösung der Figur 1 ein mit der Achse rotierender Gegenring 106 entsprechend fest befestigt. Der Dichtungsring 105 und der Gegenring 106 sind nach der Figur 1 an ihrem Platz so befestigt, dass die Gleitflächen der obenerwähnten Ringe sich dicht an einander pressen. Auch in dieser Ausführungsform wird die Flexibilität des Dichtungsrings 105 mittels des Balgelements 107 zustandegebracht. Ein dicht geschlossener Raum 109 zum Trennen des Balgelements von dem Druckraum 103 ist doch in dieser Ausführungsform mittels eines zweiten Balgelements 113 ausgeformt, das zwischen dem Befestigungsflansch 112 und dem Dichtungsring 105 angebracht ist. Bei Bedarf kann dieses zweite Balgelement 113, das in Berührung mit dem Druckmedium steht, stärker als das Balgelement 107 hergestellt werden,

wobei keine von dem Ätzen oder der Abnutzung veranlassten Probleme sich ergeben. Das zweite Balgelement kann zum Beispiel aus Gummimaterial hergestellt werden. Der geschlossene Raum 109 ist im Beispiel der Figur 2 über einen Kanal 110 mit einer steuerbaren Druckquelle 111 verbunden. Die steuerbare Druckguelle kann beispielsweise eine mit einer regulierbaren Kolbenvorrichtung 116 versehene Kammer 117 sein. Auch diese Kolbenvorrichtung kann jedoch auch in einer anderen Weise, z.B. hydraulisch oder pneumatisch, gesteuert werden, wie im Beispiel der Figur 1. Auch in dieser Ausführungsform ist die steuerbare Druckquelle 111 an dem Befestigungsflansch 112 angebracht. Das Medium in der Kammer 117 kann entweder ein gasförmiges oder flüssiges Medium oder beides sein. Im Beispiel der Figur 2 sind die obenerwähnten Medien mit der Referenz 115 bezeichnet.

Die Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2 fungieren im Prinzip in derselben Weise. Der Pressdruck zwischen den Gleitflächen der Dichtungs- und Gegenringe kann dadurch gesteuert werden, dass der im Raum 9 oder 109 herrschende Druck mittels der Druckquelle 11 oder gesteuert wird. Dabei steigert eine Erhöhung des Druckes im Raum 9 oder 109 den Pressdruck zwischen den Gleitflächen, weil das Balgelement 7 oder 107 sich dabei erweitern will. Bei Verminderung des Druckes im Raum 9 oder 109 vermindert sich der Pressdruck, wie schon oben festgestellt wurde.

Die obenerwähnten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise beabsichtigt, die Erfindung zu beschränken, sondern die Erfindung kann im Rahmen der Patentansprüche in vielen verschiedenen Weisen variiert werden. Somit brauchen die verschiedenen Teile gar nicht genau so sein, wie in den Figuren gezeigt, sondern auch andersartige Teile können benutzt werden. Die Konstruktion kann auch umgekehrt verwirklicht werden, v/obei der Dichtungsring an

der Achse und der Gegenring am Rahmen befestigt wird. Das über den Kanal 10,110 in den Raum 9,109 zuzuführende Medium ist nicht beschränkt, weshalb es nach Bedürfnis Gas oder Flüssigkeit sein kann. Die in den Beispielen der Figuren benutzte, manuale Steuerung der Druckquelle 11,111 ist nicht die einzige Möglichkeit, denn die Steuerung kann auch automatisiert werden. Dabei können die Bewegungen des Kolbens respektive eines anderen regulierbaren Mittels zum Beispiel durch einen Temperatur- oder Schwingungsimpuls gesteuert werden. Als Beispiele für andere regulierbare Mittel können dabei verschiedene Steuermotoren, Ventile usw. erwähnt werden. Die Drucksteuerung des geschlossenen Raums 9,109 kann auch auf der Basis einer Wärmeausdehnung oder der Formänderungen von z.B. bi-Metallstücken verwirklicht werden. Die Folge aus den obenbeschriebenen Steuerungen ist, dass die Gleitringabdichtung automatisch auf Änderungen der Funktionsverhältnisse reagiert, wobei besonders gute Ergebnisse in der Funktion erreicht werden. Die steuerbare Druckquelle kann natürlich auch zum Beispiel direkt am Rahmen, und nicht am Befestigungsflansch, angebracht werden, wenn ein solches Arrangement notwendig gefunden wird.

Claims

Patentanwälte Oy Safematic Ltd

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Dr. B. REITZNER ; ;-__;_ . ; ; SF-4Ö-i»"S-l Muurame / Finnland

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Tel. 226207/22(5209 ·.- , _qfl

4. März ^^Ο

Patentansprüche

1. Gleitringabdichtung zum Abdichten einer Spalte zwischen einer rotierenden Achse (1,101) und einer festen Wandung (2,102), um einen Raum (3,103) für Druckmedium von einem auswendigen Raum (4,104) zu trennen, welche Gleitringabdichtung wenigstens einen auf die feste Wandung oder die Achse gestützt montierten Dichtungsring (5,105) und wenigstens einen an der Achse oder der festen Wandung befestigten Gegenring (6,106) umfasst, wobei der Dichtungsring und der Gegenring mit sich achsial an einander pressenden, abdichtenden Gleitflächen versehen sind, und wobei der Dichtungsring (5,105) mittels eines Balgelements (7,107) auf die feste Wandung oder die Achse gestützt montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Balgelement (7,107) mittels eines geschlossenen Raumes (9,109) von dem Druckmediumraum (3,103) dicht getrennt ist und dass der dicht geschlossene Raum (9,109) über einen Kanal (10,110) mit einer Druckquelle (11,111) verbunden ist. ^

2. Gleitringabdichtung nach Patentanspruch 1, wobei der Dichtungsring. (5) auf einen an der festen Wandung

(2) montierten Befestigungsflansch (12) gestützt angeordnet ist,, dadurch gekennzeichnet, dass der dicht geschlossene Raum (9) mittels an den beiden Seiten des Balgelements (7) angebrachten Abdichtungen (13,14) zwischen dem Befestigungsflansch (12) und der Dichtungsringanordnung (5,7,9) ausgeformt ist, und dass der Kanal (10) mit einer Kammer (17) verbunden ist, die mit einer regulierbaren Vorrichtung (15,16) versehen ist.

3. Gleitringabdichtung nach Patentanspruch 1, wobei der Dichtungsring (105) auf einen an der festen Wandung (102) montierten Befestigungsflansch (112) gestützt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dicht geschlossene Raum (109) mittels

eines zwischen dem Befestigungsflansch (112) und dem Dichtungsring (105) angebrachten zweiten Balgelements (113) ausgeformt ist und dass der Kanal (110) mit einer Kammer (117) verbunden ist, die mit einer regulierbaren Vorrichtung (116) versehen ist.

4. Gleitringabdichtung nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer regulierbaren Vorrichtung (15,16,116) versehene Kammer (17,117) an dem Befestigungsflansch (12, 112) angebracht ist.