DE3700888C2

DE3700888C2 -

Info

Publication number: DE3700888C2
Application number: DE3700888A
Authority: DE
Inventors: Markku Dipl.-Ing. Lummila; Esa Salovaara; Esko Jyvaeskylae Fi Lopperi; Juhani Petaejaevesi Fi Kuusela; Juhani Dipl.-Ing. Muurame Fi Ljokkoi
Original assignee: Safematic Ltd Oy
Current assignee: John Crane Safematic Oy
Priority date: 1986-01-22
Filing date: 1987-01-14
Publication date: 1990-10-11
Also published as: FI860303A0; GB2185546A; GB8701079D0; DE3700888A1; SE8700222L; JPS62171567A; FI74121B; JPH0564273B2; GB2185546B; US4773655A; SE462057B; FI74121C; SE8700222D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung gemäß dem Ober begriff von Anspruch 1.

Derartige Dichtungen sind auf verschiedenen Gebieten der Technik bekannt. Gleitringdichtungen eignen sich besonders gut beispielsweise für Pumpen der Prozeßindustrie, mittels derer Feststoffe und Verunreinigungen enthaltende Flüssigkeiten gepumpt werden.

In dieser Umgebung sind die Gleitringdichtungen Verschleißteile, wobei insbesondere die Gleitringe verschleißen. Dementsprechend werden harte und sehr verschleißfeste Materialien wie Hartmetal le, Oxidkeramik oder Siliciumcarbide für die Gleitringe verwen det, um der sowohl adhäsiven als auch abrasiven Abnutzung entge genzuwirken.

Die Rahmenteile der Dichtungen werden üblicherweise z. B. aus säurebeständigem Stahl hergestellt, wobei der Konstrukteur die verwendeten Materialien jedoch den geforderten Anwendungen anpassen muß.

Bei den zunächst benutzten Gleitringdichtungen wurden verschleißfeste Gleitringe durch Schrumpfverbindungen an ihrem Dichtungsring so angeordnet, daß der Dichtungsring zunächst erwärmt wird, wobei er sich soweit ausdehnt, daß der Gleitring in eine in den Dichtungsring eingearbeitete Vertiefung paßt. Bei Abkühlung des Dichtungsrings verbleibt der Gleitring im Preßsitz und wird auf diese Weise auf seinem Platz befestigt.

Der Nachteil dieser Befestigungsweise besteht darin, daß die Gleitfläche des Gleitrings deformiert wird, was durch die in Radialrichtung wirkende Preßkraft verursacht wird. Natürlich könnte die Deformation durch eine in der Herstellungsphase nach dem Schrumpfvorgang ausgeführte Bearbeitung der Gleitfläche korrigiert werden. Während der Benutzung hingegen, während welcher die Temperatur sogar erheblich von der Bearbeitungs temperatur der erwähnten Gleitfläche abweichen kann, können beträchtlche Deformationen der Gleitfläche gegenüber der ursprünglich ebenen Oberfläche auftreten. Mit einer solchermaßen deformierten Oberfläche kann aber eine wirksame Abdichtung nicht erreicht werden. Zudem hat man in der Praxis festgestellt, daß die in dieser Weise befestigten Gleitringe sehr schnell abge nutzt werden, weil die einander gegenüberliegenden Gleitflächen nicht parallel zueinander sind, sondern die einen Kanten anein ander anliegen und die anderen Kanten voneinander entfernt, so daß die Gleitflächen in einem Winkel zueinander angeordnet sind.

Dieses Problem wird dadurch verstärkt, daß ein Dichtungsring die Tendenz hat, sich während der Anwendung zu deformieren. Dies geschieht beispielsweise unter Einwirkung von thermischen Ausdehnungseffekten dergestalt, daß der Außenumfang des Dichtungsringe sich dank einer warmen Produkts stärker aus dehnt als der von einer Abkühlflüssigkeit oder Luft abgekühlte Innenumfang. Der Druck des Produkts verursacht zusätzlich Deformationen.

Zur Vermeidung der erwähnten Nachteile sind bereits mehrere Lösungen entwickelt worden, die jedoch alle nicht befriedigend sind. Beispielsweise ist es aus der EP-PS 38 170 bekannt, die radiale Preßkraft einer Preßverbindung im wesentlichen auf eine radiale Mittelebene der Querschnittsfläche eines Gleitrings zu richten. Wie in dieser Druckschrift selbst erläutert wird, ist diese Lösung unbefriedigend, denn axiale Formänderungen am Dichtungsring deformieren die Gleitfläche des Gleitrings. Diese Druckschrift beschreibt dementsprechend einen axialen Spielraum zwischen einem Gleitring und einem Dichtungsring, wobei die Abstützung ausschließlich in radialer Richtung erfolgen soll. Ein Nachteil diese Lösung besteht jedoch darin, daß der Gleit ring wegen des Fehlens einer axialen Stütze besonders steif sein muß. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Abfuhr der Reibungswärme nur sehr schlecht möglich ist, da die Wärmeleitfä higkeit zwischen Gleitring und Dichtungsring an der vergleichs weise kleinen Stützfläche des Gleitrings schlecht ist.

Bei einer weiteren vorbekannten Lösung gemäß der DE-AS-22 46 536 ist es nicht möglich, bei stärkeren Temperaturänderungen die radiale Kraft auf den Flächenschwerpunkt wirken zu lassen. Bei spielsweise wandert der Berührungspunkt aufgrund der Aufbiegung des Vorsprungs 49 aufgrund der Erwärmung des Gleitrings aus der Mittelebene heraus. Es wurde festgestellt, daß sich die zur Auflage gedachte Kante abschleift, wobei sich mit zunehmendem Abschleifen eine Verschlechterung der Dichteigenschaften ein stellt. Die Berührungsstelle ist bei dieser Lösung nur teilweise punktförmig und im übrigen eine ringförmige Fläche.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringdichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaf fen, die eine Verwindung der Gleitfläche auch bei ungünstigen Umständen wie schnellen Temperaturänderungen und großem Tempe raturgefälle zumindest vermindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran sprüchen.

Besonders günstig an der erfindungsgemäßen Konstruktion ist es, daß die Verbindungsstelle zwischen Dichtungsring und Gleitring wie ein Gelenkpunkt funktioniert, so daß die Radialkräfte sich trotz Ausdehnung des Dichtungsrings immer auf die Mittellinie der Querschnittsfläche des Gleitrings richten. Dies ist auch bei einem starken Temperaturgradienten der Fall. Durch einen aus reichend flexiblen Dichtungsring werden die radial angreifenden Kräfte weiter vermindert.

Besonders günstig ist es, daß mit der Erfindung praktisch ein "Rollen" sichergestellt ist, das verschleißmindernd wirkt und insbesondere Mikro-Verschiebungen zwischen dem Gleitring und dem Dichtungsring vermindert bzw. unkritisch macht. Eine Abschleifwirkung konnte nicht in meßbarem Umfang festgestellt werden.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Gleitring sowohl radial als auch axial gut abgestützt werden kann, so daß die Gleitfläche nicht einmal bei schnellen Temperaturschwankun gen deformiert wird. Dank der Konstruktion der erfindungsgemäßen Lösung werden die Betriebskosten der Gleitringdichtung sehr gering, denn gegeneinander rotierende Gleitflächen sind im Betrieb genau parallel zueinander, wobei die Abdichtung gut und die Schmierung zwischen dem Gleitflächenpaar gleichmäßig ist und keine plötzlichen Beschädigungen der Gleitringe vor kommen. Die obenerwähnten Tatsachen sind besonders wichtig bei Abdichtungen, die keine separate Abdichtungsflüssigkeit verwen den.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale mehrerer Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine erfindungsgemäße Konstruktion einer Gleitringdichtung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine erfindungsgemäße Konstruktion einer Gleitringdichtung;

Fig. 3 die Darstellung einer im Zusammenhang mit bekannten Konstruktionen auftretenden Deformationen; und

Fig. 4-7 eine schematische Ansicht verschiedener Ausführungs formen der Befestigungskonstruktion des erfindungs gemäßen Gleitrings.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei Gleitringdichtungskonstruktionen prinzipiell dargestellt. In den Fig. 1 und 2 sind einander ent sprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Rahmenteil der Abdichtungskonstruktion wird allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Eine rotierende Achse, beispiels weise eine Pumpenachse, ist mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet, ein zu pumpendes Produkt ist mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet. Dichtungsringe der Gleitringdichtung sind mit dem Bezugszeichen 4 und an den Dichtungsringen befestigte Gleitringe entsprechend mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet.

In der Ausführungsform der Fig. 1 wird außerdem mit dem Bezugs zeichen 6 eine Abdichtungsflüssigkeit bezeichnet, die zwischen den Gleitflächen der Gleitringe 5 einen Schmierfilm bildet. In Fig. 1 sind auch mittels Pfeilen M und N Ein- bzw. Ausgangs punkte der Abdichtungsflüssigkeit dem Grunde nach bezeichnet.

Diese Zusammenhänge sind an sich bekannt, weshalb die Konstruk tion gemäß Fig. 1 und 2 hier nicht genauer beschrieben wird.

In den Fig. 1 und 2 ist mit Hilfe eines Kreises eine Stelle bezeichnet, die in vergrößertem Maßstab in Fig. 3 prinzipiell dargestellt ist. Es ist jedoch klar, daß Fig. 3 jeden beliebigen Gleitring zeigen kann. In Fig. 3 werden an entsprechenden Stel len dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 verwendet.

Bei der Konstruktion der Fig. 3 ist ein Gleitring 5 mittels einer radial wirkenden Schrumpfverbindung an einem Dichtungsring 4 befestigt. Diese Schrumpfverbindung ist in einer an sich bekannten Weise durch Erwärmen des Dichtungsrings ausgeformt, wobei er sich ausdehnt. Anschließend wird der Gleitring 5 an dem ausgedehnten Dichtungsring angebracht, der bei Abkühlung schrumpft, wobei der Gleitring 5 an dem Dichtungsring 4 befe stigt wird. In Fig. 3 wird mit durchgezogenen Linien die Situation gezeigt, wenn der Gleitring 5 an dem Dichtungsring 4 angebracht ist, und mit gestrichelten Linien die Situation, die nach der Abkühlung des Dichtungsrings entsteht.

Es ist klar, daß die mit gestrichelten Linien in Fig. 3 darge stellte Situation stark übertrieben ist. Es ist jedoch eine Tatsache, daß die Gleitfläche des Gleitrings 5, die in Fig. 3 von der rechts liegenden freien Fläche dargestellt wird, prinzi piell in der in Fig. 3 gezeigten Weise deformiert wird. Die nach der Abkühlung am Gleitring 5 entstandene Konizität kann dadurch beseitigt werden, daß die Gleitfläche glatt geschliffen wird. Das Problem wird jedoch nicht durch dieses Schleifen eliminiert, denn in der Praxis wird der Gleitring 5 bei Temperaturen höher als die Schleiftemperatur deformiert, weil der Dichtungsring 4 sich ausdehnt und die sich auf den Gleitring 5 richtende Preß kraft sich vermindert.

Die zuvor erwähnten Nachteile können mittels der erfindungs gemäßen Gleitringdichtung vermieden werden. In den Fig. 4 bis 7 werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung als Prinzipbilder gezeigt. Diese Figuren zeigen als schematische Darstellungen das entsprechende Detail, das in Fig. 3 darge stellt ist. Dieselben Bezugszeichen werden an einander entspre chenden Stellen in den Fig. 4 bis 7 und in Fig. 3 verwendet.

Die in den Fig. 4 bis 7 gezeigte Erfindung basiert darauf, daß alle auf den Gleitring 5 einwirkenden Kräfte auf den Massemit telpunkt K des rechteckigen Querschnitts des Gleitrings 5 so gerichtet werden, daß bei Erwärmung und Ausdehnung des Dichtungs rings 4, d. h. beim Losewerden der Schrumpfverbindung, die Ein wirkung dieser Kräfte möglichst genau am Massenmittelpunkt K des Querschnitts des Gleitrings 5 bleibt. Diese Eigenschaft ist dadurch geschaffen, daß wenigstens entweder die Oberfläche des Dichtungsrings 4 oder die Umfangsfläche des Gleitrings 5, welche Flächen einander bei Schrumpfverbindung berühren, zu einer kon vexen Fläche ausgeformt ist. Diese konvexe Fläche ist so ange bracht, daß der Gipfelpunkt der Fläche sich in einer über den Massenmittelpunkt K der Querfläche des Gleitrings 45 verlaufen den, radialen Ebene befindet.

In den Fig. 4 bis 7 wird diese konvexe Fläche mittels eines Krüm mungsradius R ₁, R ₂ der Fläche gezeigt. In der Ausführungsform der Fig. 4 und 6 ist die konvexe Fläche an dem Dichtungsring 4 ausgeformt. Die axiale Krümmung der Berührungsfläche zwischen dem Dichtungsring 4 und dem Gleitring 5 wird dabei mittels des Krümmungsradius R ₁ bezeichnet. In der Ausführungsform der Fig. 5 und 7 ist die konvexe Fläche an der Umfangsfläche des Gleitrings 5 ausgeformt. Die axiale Krümmung der Berührungs fläche zwischen dem Dichtungsring 4 und dem Gleitring 5 wird dabei mittels des Krümmungsradius R ₂ beschrieben.

In der Ausführungsform der Fig. 6 und 7 ist die an der Um fangsfläche des Gleitrings 5 anliegende Oberfläche des Dich tungsrings 4 an einem axialen, ringförmigen Vorsprung 7 ausge bildet, der wesentlich länger als die axiale Breite des Gleit rings ist. Mittels dieser Konstruktion läßt sich die von der Schrumpfverbindung auf den Dichtungsring 4 gerichtete Spannung vermindern. Wie oben schon festgestellt wurde, ist dabei an der Peripherie des Dichtungsrings ein möglichst langer Vorsprung 7 so ausgeformt, daß der Gleitring 5 gleichsam am Ende eines Rohrs befestigt wird. Durch diese Lösung wird der ringförmige Vor sprung 7 an der Peripherie des Dichtungsrings 4 zugleich bieg sam, woraus folgt, daß die sich auf den Gleitring 5 richtende Beanspruchung kleiner als bei vorbekannten Konstruktionen ist.

In den Ausführungsformen der Fig. 4 bis 7 ist auch die axiale Stützkraft des Gleitrings 5 im ganzen geleitet, auf den Massen mittelpunkt K des Querschnitts des Gleitrings 5 einzuwirken. Dies wird in der Praxis so verwirklicht, daß die erwähnte axiale Stützkraft mittels einer an der radialen Anschlagfläche des Dichtungsrings ausgeformten Rippe auf den Gleitring 5 geleitet ist.

Diese Rippe ist dabei so angebracht, daß ihr radial äußerer Rand an der axialen Zylinderfläche liegt, die über den Massenmittel punkt K verläuft. Die axiale Stütze des Gleitrings 5 kann auch in einer beliebigen anderen Weise angeordnet werden, weil in der erfindungsgemäßen Konstruktion eine sehr geringe Deformation des Gleitrings 5 bei Schrumpfverbindung auftritt.

Die oben aufgeführten Beispiele sind keineswegs als die Erfin dung beschränkend zu verstehen. Vielmehr kann die Erfindung im Rahmen der Patentansprüche in vielfältiger Weise variiert werden. Somit ist es klar, daß die verschiedenen Teile nicht genauso zu sein brauchen, wie es in den Figuren darge stellt ist. Die Erfindung kann sowohl auf Abdichtungen, die Abdichtungsflüssigkeit verwenden, als auch auf Abdichtungen, die keine Abdichtungsflüssigkeit verwenden, angewandt werden. Die Größen der Krümmungsradien R ₁, R ₂ und die Länge des ringförmigen Vorsprungs 7 können völlig frei je nach der jeweiligen Situation gewählt werden.

Claims

1. Gleitringdichtung zum Abdichten einer gegenüber einer Wandung rotierenden Achse, mit einem Rahmenteil und mit mit Gleitringen versehenen Dichtungsringen, die so angeordnet sind, daß die abdichtenden Gleitflächen der Gleitringe aneinander anlegen und gegeneinander rotieren, wobei jeder Gleitring durch Schrumpfverbindung an seinem Dichtungsring so befestigt ist, daß die radiale Preßkraft im wesentlichen auf den Flächenschwerpunkt der Querschnittfläche des Gleitrings einwirkt, dadurch ge kennzeichnet, daß entweder die Fläche des Dich tungsrings (4) oder die Umfangsfläche des Gleitrings (5), welche Flächen einander berühren, zu einer konvexen Fläche ausgeformt ist.

2. Gleitringdichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Umfangsfläche des Gleitrings (5) gegen überliegende Fläche des Dichtungsrings (4) an einem axialen, ringförmigen Vorsprung (7) der Dichtung ausgebildet ist, der wesentlich länger als die axiale Breite des Gleitrings ist.

3. Gleitringdichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Fläche an der Fläche des der Umfangsfläche des Gleitrings (5) gegenüberliegenden Dichtungs rings (4) ausgebildet ist.

4. Gleitringdichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Fläche an der Umfangsfläche des Gleitrings (5) ausgebildet ist.