DE3607044C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung zum Abdichten eines Spalts zwischen einer rotierenden Achse und einer festen Wandung, um einen Raum für Druckmedium von einem Außenraum zu trennen, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei einer bekannten Gleitringdichtung wird ein Druckmedium von zwei relativ zueinander rotierenden, ebenen Ringen dadurch abgedichtet, daß der Druck des Druckmediums in dem schmalen Spalt zwischen den Gleitflächen entweder auf den Atmosphärendruck oder, wenn zwei Paar Gleitringe verwendet werden, auf den Druck einer Absperrflüssigkeit zwischen den Gleitringpaaren fällt.

Gleitringdichtungen dieser Art werden in Pumpen, Zerfaserungs­ maschinen, Rührern, Kompressoren und entsprechenden Geräten benutzt, wobei eine rotierende Achse durch eine feste Wandung läuft. Auf beiden Seiten der Wandung können unterschiedliche Drücke sowie unterschiedliche Flüssigkeiten und Gase vorgesehen sein. Somit kann das Druckmedium eine Flüssigkeit oder ein Gas sein und der Außenraum ein mit einer Flüssigkeit oder einem Gas gefüllter Raum unter Druck oder drucklos oder die Atmosphäre sein. Wenn im Zusammenhang mit der Abdichtung eine Absperr­ flüssigkeit benutzt wird, so ist diese am häufigsten Wasser.

Bei zur Zeit bekannten Lösungen geht man im allge­ meinen davon aus, daß für die Abdichtung solche konstruktiven Funktionsverhältnisse vorgesehen werden, daß die zwischen den Gleitflächen entstehende Friktionswärme gleich groß ist wie die Wärmemenge, die entweder mittels einer Absperrflüssigkeit oder einer Abkühlung des Druckmediums von der Abdichtung abgeführt werden kann. Die z. B. während des Betriebs der Pumpe steuerbare Variable ist die Strömung oder der Druck der Absperrflüssigkeit.

Außerdem ist es der Anmelderin bekannt, einen gefederten Dichtungsring, dessen Federkraft durch Änderung der Steifigkeit der Federn geregelt werden kann, und eine Ein- und Ausfahrts­ 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-PS 64 450 beschrieben. Die Steuerung des Drucks und der Strömung der Absperrflüssigkeit ist dann ein anwendbares Mittel, wenn es unschädlich 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 gelangt, weshalb eine Steuerung mittels Absperrflüssigkeit bei diesen Ausführungen nicht durchführbar ist. Andererseits steht Absperrflüssigkeit auch nicht immer zur Verfügung.

Der Gebrauch einer Konstruktion gemäß FI-PS 64 450 ist mit jedem beliebigen Medium, sogar mit Druckluft, möglich. Elastische Hilfsdichtungen sind jedoch problematisch sowohl bei Einsatz ätzender Medien als auch bei hohen Temperaturen. Bei der Verwendung dünner Elastomere und insbesondere bei hohen Drücken kann aufgrund der Diffusion durch die Elastomere eine absolute Dichtigkeit nicht erzielt werden. Zudem wird zur Aufrechterhaltung des Drucks auch eine kleine Strömung vorausgesetzt.

Als ein zweites Beispiel für auf dem Gebiet bekannte Lösungen kann die in der US-PS 42 61 581 beschriebene Abdichtungskon­ struktion erwähnt werden, bei der die Federkraft des Dichtungs­ rings durch ein Balgelement geschaffen ist.

Die Konstruktion nach US-PS 42 61 581 kann auch mit jedem beliebigen Medium verwendet werden. Ein Problem ist jedoch die schwache Beständigkeit des Balgelements gegenüber gewissen Medien. Dieses Problem verschärft sich, wenn das Balgele­ ment in Verbindung mit dem Medium steht und das Material, aus dem das Balgelement hergestellt ist, sehr dünn ist. Selbst bei Verwendung rostfreien Stahls zerstören die von einigen Produkten bewirkten chemischen Reak­ tionen und mechanische Abnutzung aufgrund der schleifenden Wirkung von Aufschlämmungen das Balgelement sehr schnell. Zudem kann bei dieser Konstruktion die Federkraft oder der Oberflächendruck der Gleitflächen während des Betriebs in keiner Weise kontrolliert oder gesteuert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringdichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die bei preis­ günstigem Aufbau auch bei hohen Drücken und bei Produkten wie Auf­ schlämmungen dichtet und diese nicht verunreinigt.

Die Aufgabe wird mittels einer erfindungsgemäßen Gleitring­ dichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung im Vergleich zu den bekannten und Abdichtungen ist die Tatsache, daß eine Abnutzung oder ein Verätzen des Balgelements nicht auftritt, weil das Balgelement von dem Produkt getrennt ist. Somit wird die von Ätzproblemen verursachte Not­ wendigkeit der Verwendung teurer Spezialmaterialien ganz überflüssig, und aus dünnen Materialien hergestellte Balgelemente können auch im Zusammenhang mit abnutzenden Produkten, wie Aufschlämmungen und andere 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 50 bar und für den der Anmelderin bekannten Stand der Technik ein Wert von 10-20 bar genannt werden. Ein besonderer 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.

Die Erfindung wird im folgenden mittels der bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiele anhand der Zeichnung genauer erläu­ tert, wobei

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Ausführungsform der montierten Gleitringdichtung; und

Fig. 2 einen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform der montierten Gleitringdichtung zeigt.

In der Ausführungsform der Fig. 1 ist eine rotierende Achse, beispielsweise die Achse einer Flüssigkeitspumpe, mit der Referenz 1 und eine feste Wandung, beispielsweise das Gehäuse der Pumpe, mit der Referenz 2 bezeichnet. Innerhalb des Gehäuses, d. h. an der linken Seite der Fig. 1, ist ein Druckmediumraum 3 für Druckflüssigkeit vorgesehen, und außerhalb des Gehäuses ist die Atmosphäre 4.

Eine Gleitringdichtung umfaßt einen auf die 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 aneinander pressenden, abdichtenden Gleitflächen versehen. Der Dichtungs­ ring 5 ist mittels eines Balgelements 7 flexibel auf die feste Wandung gestützt, wobei das eine Ende des Balgelements an dem Dichtungsring 5 und das andere Ende an dem Gehäuse der Pumpe befestigt ist. Das Balgelement 7 ist durch Schweißen aus Metall­ material hergestellt. Die Befestigung des Balgelements am Gehäuse kann auf verschiedene Weise erfolgen, im Beispiel der Figur ist das auf der Gehäuseseite gelegene Ende des Balgelements an einem Befestigungsring 8 befestigt, der seinerseits am Gehäuse befestigt ist.

Das Balgelement 7 ist mittels eines dicht geschlossenen Raums 9 von dem Druckmediumraum 3 getrennt, wobei das Druckmedium mit dem Balgelement 7 nicht in Berührung kommen kann. Der dicht geschlossene Raum 9 ist allerdings mittels eines Kanals 10 mit einer Kammer 17 verbunden und bildet mit diesem einen in sich geschlossenen Raum 9, 10, 17. Der Druck des Raums 9 kann mittels einer Druckmediumquelle 11 gesteuert wer­ den, 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 Gleitringdichtung kann in mehreren verschiedenen Wei­ sen verwirklicht werden. Im Fall der Fig. 1 ist die Konstruktion wie folgt. Der Dichtungsring 5 ist mittels des Balgelements 7, des Befestigungsrings 8 und eines Befestigungsflansches 12 an dem Pumpengehäuse befestigt. Der Raum 9 ist dabei mittels an den beiden Seiten des Balgelements 7 angeord­ neten Dichtungen 13, 14 zwischen dem Befestigungsflansch 12 und der Dichtungsringanordnung 5, 7, 8 ausgebildet. Der Kanal 10 ist dabei mit der als steuerbare Druckquelle 11 funktionierenden, mit einer regulierbaren Kolbenvorrichtung 15, 16 versehenen Kammer 17 verbunden. Die Kolbenvorrichtung wird dabei aus einem Kolbenteil 15 und einer damit verbundenen Stellschraube 16 ausgebildet. Mit dem Bezugszeichen 18 ist in Fig. 1 noch eine Druckausgleichsöffnung der Kammer 17 bezeichnet, welche auch als Zuführungsloch des im Außenraum befindlichen Mediums verwendet werden kann, wenn das Kolbenteil 15 beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch bewegt werden soll. Ein wesentlicher Faktor in der Ausführungsform der Fig. 1 ist noch, daß die mit der regulierbaren Kolbenvorrichtung 15, 16 versehene Kammer 17 an dem Befestigungsflansch 12 angebracht ist.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der Gleitringdichtung gezeigt. In Fig. 2 wird die rotierende Achse mit der Referenz 101 und die feste Wandung, beispielsweise der Pumpengehäuse, mit der Referenz 102 bezeichnet. Innerhalb des Gehäuses, d. h. an der linken Seite der Fig. 2, ist ein Druckraum 103 für Druckmedium vorgesehen, und außerhalb des Gehäuses ist die Atmosphäre 104.

Die Gleitringdichtung 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 Ausführungsform gemäß Fig. 1 ein mit der Achse rotierender Gegenring 106 entsprechend fest befestigt. Der Dichtungsring 105 und der Gegenring 106 sind nach der Fig. 1 an ihrem Platz so befestigt, daß die Gleitflächen der obenerwähnten Ringe sich dicht aneinander pressen. Auch in dieser Ausführungs­ form wird die Flexibilität des Dichtungsrings 105 mittels des Balgelements 107 zustande gebracht. Ein Raum 109 zum Trennen des Balgelements von dem Druckraum 103 ist jedoch in dieser Ausführungsform mittels eines zweiten Balg­ elements 113 vorgesehen, das zwischen dem Befestigungsflansch 112 und dem Dichtungsring 105 angebracht ist. Bei Bedarf kann dieses zweite Balgelement 113, das in Berührung mit dem Druck­ medium steht, stärker als das Balgelement 107 hergestellt werden, womit etwaigen von dem Ätzen oder der Abnutzung verursachten Problemen Rechnung getragen werden kann. Das zweite Balgelement kann zum Beispiel aus Gummimaterial hergestellt werden. Der Raum 109 ist im Beispiel der Fig. 2 über einen Kanal 110 mit einer steuerbaren Druckquelle 111 verbunden. Die steuerbare Druckquelle 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 Fig. 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 Fig. 2 sind die obenerwähnten Medien mit dem Bezugszeichen 115 bezeichnet.

Die Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 funktionieren im Prinzip in derselben Weise. Der Preßdruck zwischen den Gleit­ flächen der Dichtungs- und Gegenringe kann dadurch gesteuert werden, daß der im Raum 9 oder 109 herrschende Druck mittels der Druckquelle 11 oder 111 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.

Die obenerwähnten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise als die Erfindung beschränkend zu verstehen, vielmehr kann die Erfindung im Rahmen der Patentansprüche in mannigfaltiger Weise variiert werden. So brauchen die verschiedenen Teile gar nicht genau so zu sein, wie es in den Figuren dargestellt ist, sondern auch andersartige Teile können benutzt werden. Die Konstruktion kann auch umgekehrt verwirklicht werden, wobei der Dichtungsring an der Achse und der Gegenring am Gehäuse befestigt wird. Das über den Kanal 10, 110 in dem Raum 9, 109 zuzuführende Medium ist nicht beschränkt, weshalb es nach Bedürfnis Gas oder Flüs­ sigkeit sein kann. Die in den Beispielen der Figuren benutzte, manuelle Steuerung der Druckquelle 11, 111 ist nicht die einzige Möglichkeit, denn die Steuerung kann auch automatisiert werden. Dabei können die Bewegungen des Kolbens bzw. eines anderen regulierbaren Mittels zum Beispiel durch einen Temperatur- oder Schwingungsimpuls gesteuert werden. Als Beispiele für andere regulierbare Mittel könne dabei verschiedene Steuermotoren, Ventile usw. erwähnt werden. Die Drucksteuerung des geschlos­ senen Raums 9, 109 kann auch auf der Basis einer Wärmeausdehnung oder der Formänderungen z. B. von Bimetallstücken verwirklicht werden. Die Folge der obenbeschriebenen Steuerungen ist, daß die Gleitringdichtung automatisch auf Änderungen der Funktions­ verhältnisse reagiert, wobei besonders gute Ergebnisse in der Funktion erreicht werden. Die steuerbare Druckquelle kann natür­ lich auch zum Beispiel direkt am Gehäuse, und nicht am Befesti­ gungsflansch, angebracht werden, wenn eine solche Anordnung notwendig erscheint.

Claims (5)

1. Gleitringdichtung zum absperrflüssigkeitsfreien Abdichten eines Spalts zwischen einer rotierenden Ache und einer festen Wandung, um einen Druckmediumraum von einem Außenraum zu trennen, wobei die Gleitringdichtung 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 axial aneinander pressenden, abdichtenden Gleitflächen versehen sind und wobei der Dichtungsring mittels eines Balgelements auf die feste Wandung oder die Achse gestützt montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Außenraum (4, 104) getrennter, in sich geschlossener Raum (9, 10, 17; 109, 110, 117) mit einheitlichem Druck das Balgelement (7, 107) von dem Druckmediumraum (3, 103) trennt und mit einer Druckquelle (11, 111) verbunden ist.

2. Gleitringdichtung nach Patentanspruch 1, wobei der Dichtungsring (5) auf einen an der festen Wandung (2) montierten Befestigungsflansch (12) gestützt angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der geschlossene Raum (9, 10, 17) von an den beiden Seiten des Balgelements (7) angebrachten Dichtungen (13, 14), dem Befestigungsflansch (12) und der Dichtungsringanordnung (5, 7, 8) begrenzt ist und mit einer regulierbaren Vorrichtung (15, 16) versehen ist.

3. Gleitringdichtung nach Patentanspruch 1, wobei der Dich­ tungsring (105) auf einen an der festen Wandung (102) montierten Befestigungsflansch (112) gestützt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Raum (109, 110, 117) von einem an dem Befestigungsflansch (112) und dem Dichtungsring (105) angebrachten zweiten Balgelement (113) begrenzt ist und mit einer regulierbaren Vorrichtung (116) versehen ist.

4. Gleitringdichtung 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 und über einen Kanal (10, 110) mit einem Ringraum (9, 109) in Verbindung steht.

5. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle (11, 111) eine insbesondere als Einstellhandhabe ausgebildete Kolbenvorrichtung (16, 116) aufweist, mit der der Druck in dem geschlossenen Raum (9, 10, 17; 109, 110, 117) einstellbar ist.