DE69831756T2 - Gleitringdichtung mit geteilten ringen - Google Patents

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3464—Mounting of the seal
    • F16J15/3488—Split-rings

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Dichtungen, die eine Fluidabdichtung zwischen einem Gehäuse und einer rotierenden Welle herstellen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Gleitringdichtungen, bei denen ein Fluid zwischen Teile der Dichtungsflächen der Dichtung eingeführt wird.
  • Übliche Gleitringdichtungen werden bei einer Vielzahl mechanischer Geräte benutzt, um eine druckdichte und fluiddichte Abdichtung zwischen einer rotierenden Welle und einem stationären Gehäuse herzustellen. Die Dichtung wird gewöhnlich um die rotierende Welle herum angeordnet, die in einem stationären Gehäuse untergebracht ist und aus diesem vorsteht. Die Dichtung wird im typischen Fall am Gehäuse am Wellenaustritt durch Bolzen befestigt, so dass ein Verlust des unter Druck stehenden Prozessfluids aus dem Gehäuse verhindert wird. Die herkömmlichen Gleitringdichtungen mit geteilten Ringen umfassen mechanische Gleitringe mit zwei ringförmigen Dichtungsringen, die konzentrisch um die Welle herum und im Abstand zueinander angeordnet sind. Die Dichtungsringe haben jeweils Dichtungsflächen, die in mechanischer Berührung miteinander vorgespannt sind. Gewöhnlich bleibt ein Dichtungsring stationär, während der andere Ring die Welle berührt und sich mit dieser dreht. Diese mechanische Dichtung verhindert einen Leckstrom von unter Druck stehendem Prozessfluid nach der äußeren Umgebung, indem die Gleitflächen der Dichtungsringe in körperliche Verbindung miteinander gebracht werden. Infolge des wiederholten körperlichen Kontaktes zwischen den Gleitflächen ergibt sich eine unerwünschte Abnutzungscharakteristik und ein Leckstrom.
  • Die schlechten Abnutzungscharakteristiken dieser herkömmlichen Gleitringdichtungen erfordern eine häufige Überwachung und einen häufigen Ersatz der Dichtungskomponenten, insbesondere der Dichtungsringe. Der Ersatz und die Reparatur von beschädigten Dichtungen wurden durch Dichtungskonstruktionen erleichtert, bei denen ein Teil der Komponententeile der mechanischen Dichtungen segmentiert oder geteilt wurde. Die Installation von geteilten oder teilweise geteilten Dichtungskomponenten kann durchgeführt werden, ohne dass das mechanische Gerät vollständig niedergefahren wird und ohne dass die Ringdichtung über ein Ende der Welle geschoben werden müsste. Jedoch ist selbst bei Dichtungen mit geteilten Ringen eine beträchtliche Zeit erforderlich, um die Dichtungskomponenten zu ersetzen, und dies führt zu häufig langen Abschaltzeiten des mechanischen Gerätes, dem die Dichtung zugeordnet ist.
  • Beim Stand der Technik wurde versucht, die obigen Schwierigkeiten dadurch zu überwinden, dass berührungsfreie mechanische Dichtungen geschaffen wurden, die ein Fluid benutzen, das zwischen die Ringflächen der Dichtung gefügt wird, um die Reibungsabnutzung zu verringern. Herkömmliche mechanische berührungsfreie Dichtungen benutzen im typischen Fall spiralförmige Nuten, die in der harten Stirnfläche der Dichtungsringe angeordnet sind, um eine hydraulische Hubkraft zu erzeugen, die die Dichtungsflächen voneinander trennt. Der sich ergebende Spalt ermöglicht das Einführen des Fluids in den Spalt, um einen Abrieb der Dichtungsflächen zu verhindern. Diese Arten von Dichtungen sind in ihrer Anwendung jedoch beschränkt, weil die Dichtungen so ausgebildet sind, dass sie in einer Richtung arbeiten. Wenn die Dichtungen in der Gegenrichtung angetrieben werden, werden die Dichtungsringe im typischen Fall nicht voneinander getrennt, sondern aufeinander zu gezogen oder gesaugt. Dadurch wird die Abnutzung erhöht und schließlich werden die Dichtungen zerstört. Andere herkömmliche Konstruktionen benutzen speziell ausgebildete Spiralnuten, die in beiden Richtungen wirken können (bi-direktionale Nuten). Diese Nuten sind jedoch im typischen Fall weniger wirksam bei der Spreizung der Dichtungsflächen.
  • Selbst bei berührungsfreien Dichtungsausbildungen ist ein gewisser Dichtungsflächenabrieb insbesondere beim Hochlauf oder während Perioden unvermeidbar, in denen die Welle mit relativ geringen Drehzahlen umläuft. Ein derartiger Abrieb, der eine Abnutzung der Dichtungskomponenten bewirkt, erfordert schließlich einen Ersatz dieser Dichtungsteile.
  • Wenn überhaupt, dann wurden nur wenige Gleitringdichtungen mit geteilten Ringen bei berührungsfreien Dichtungen vorgesehen. Schwierigkeiten ergaben sich bei der Entwicklung einer derartigen Dichtungskonstruktion infolge der erhöhten Zahl von Dichtungsflächen bei der Spaltringausbildung und infolge des Vorhandenseins des Fluids zwischen den Dichtungsflächen. Die zusätzlichen Dichtungsflächen zwischen jedem der geteilten Segmente der Dichtungsteile und insbesondere zwischen den Dichtungsringsegmenten machen es schwierig, eine fluiddichte Abdichtung über den geteilten Ring herzustellen. Außerdem kann das zwischen den Dichtungsringen befindliche Fluid eine Spreizkraft auf die Ringsegmentkomponenten ausüben, was eine Trennung der Ringsegmente und einen weiteren Fluidleckstrom zur Folge hat. Aus diesen Gründen besteht ein Bedarf nach einer berührungsfreien Gleitringdichtung mit geteilten Ringen, die eine fluiddichte Abdichtung bewirkt und gleichzeitig den Vorteil herkömmlicher Dichtungen mit geteilten Ringen gewährleistet.
  • In der EP 658714 A ist eine Gleitringdichtung beschrieben, die eine rotierende Welle mit ersten und zweiten Ringanordnungen und wenigstens ein elastisches Vorspannelement und wenigstens ein axiales Vorspannelement besitzt. Das elastische Vorspannelement ist konzentrisch um die äußere Oberfläche eines Dichtungsringes und in inniger Berührung hiermit angeordnet, um eine erste radial nach innen gerichtete Kraft auszuüben, die die Dichtungsflächen der Dichtungsringsegmente in Dichtungsberührung miteinander bringt. Das axiale Vorspannelement ist wenigstens einem Dichtungsring zugeordnet, um eine zweite radial nach innen gerichtete Kraft zu erzeugen und auszuüben, um die Dichtungsflächen der Segmente gegeneinander vorzuspannen.
  • Die Gleitringdichtung gemäß EP 658714 A ist nicht in der Lage, die Dichtungsringsegmente fluiddicht unter einer negativen Druckbedingung zu halten. Bei einer negativen Druckbedingung gleitet der O-Ring 202 der EP 658714 A aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung und die äußere Umgebung und nicht ein Prozessfluid übt einen Druck gegen die stationären Dichtungssegmente aus, was zu einer Trennung der Dichtungsringsegmente führen kann.
  • Da die oben beschriebenen und weitere Dichtungsanordnungen sich nicht als optimal erwiesen haben, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Gleitringdichtung mit geteilten Ringen zu schaffen, bei der ein Fluid zwischen die Dichtungsflächen eingeführt werden kann und eine Fluiddichtung aufrecht erhalten wird.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Gleitringdichtung mit geteilten Ringen zu schaffen, die unter einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen arbeiten kann und in weiten Bereichen anwendbar ist.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gleitringdichtung mit geteilten Ringen zu schaffen, die relativ einfach zu montieren und zu demontieren ist.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Gleitringdichtung mit geteilten Ringen zu schaffen, die ein Fluid an den Dichtungsflächen benutzt, um eine Abnutzung zu vermindern, wobei gleichzeitig ein Leckstrom an den anderen Flächen vermindert wird, ohne das Dichtungsverhalten oder die Integrität zu stören.
  • Ein noch weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Gleitringdichtung mit geteilten Ringen zu schaffen, bei der die Gleitringkomponenten in gegenseitiger Dichtung über einen vollen Bereich von Betriebsbedingungen gehalten werden.
  • Weitere allgemeine und spezielle Ziele der vorliegenden Erfindung sind teilweise naheliegend und ergeben sich teilweise aus der Zeichnung und der folgenden Beschreibung.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Dieses Ziel und die weiteren Ziele und Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale, wobei jeder Bestandteil der Dichtung geteilt werden kann und bei der ein Sperrfluid auf die Dichtungsflächen der stationären und rotierenden Dichtungsringe aufgetragen wird. Die mechanische Gleitringdichtung mit geteilten Ringen gemäß der Erfindung hat den Vorteil einer berührungsfreien Dichtungskonstruktion, z. B. eine verminderte Abnutzung der Dichtungsflächen sowie die Vorteile geteilter mechanischer Ringausbildungen, d. h. eine Vereinfachung der Installation und Wartung, wobei gleichzeitig verhindert wird, dass Prozessfluid über die Dichtungsflächen im Leckstrom fließt. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Gleitringdichtung mit geteilten Ringen eine Einstellung der Berührung zwischen den Abschnitten der Dichtungsflächen, und außerdem ist die Dichtung flexibel und hat den Vorteil, dass sie für Sperrfluide aus Gas oder Flüssigkeit eingesetzt werden kann, und die Erfindung bietet außerdem den Vorteil, dass sie unter den verschiedensten Umweltbedingungen eingesetzt werden kann.
  • Die Erfindung schafft eine Gleitringdichtung, die eine Fluidabdichtung zwischen einem Gehäuse und einer rotierenden Welle gewährleistet, und die Dichtung weist einen ersten Dichtungsring mit wenigstens zwei Spaltdichtungsringsegmenten und einer radial verlaufenden ersten Dichtungsfläche sowie einen zweiten Dichtungsring mit wenigstens zwei Spaltdichtungsringsegmenten und einer radial verlaufenden zweiten Dichtungsfläche auf, wobei die erste und zweite Dichtungsfläche einander gegenüberstehen und der erste Dichtungsring oder der zweite Dichtungsring mit der rotierenden Welle verbunden ist, um mit dieser zu rotieren, während der jeweils andere Dichtungsring, nämlich der erste Dichtungsring oder der zweite Dichtungsring, mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei die Gleitringdichtung gekennzeichnet ist durch Mittel, um die Dichtungsringsegmente von zweitem Dichtungsring unter einer negativen Druckbedingung fluidmäßig in Dichtungsbeziehung zueinander zu halten, indem ein Sperrfluid einer äußeren Oberfläche des zweiten Dichtungsringes zugeführt wird.
  • Weiter umfasst die Erfindung Mittel zur Einführung eines Fluids nach den Dichtungsflächen von erstem und zweitem Dichtungsring zur Einführung eines Kühlfluids oder eines Sperrfluids in Form einer Flüssigkeit oder eines Gases oder einer Kombination von beiden, die auf die Dichtungsflächen geleitet werden. Wenn eine Flüssigkeit den Dichtungsflächen zugeleitet wird, dann arbeitet die Dichtung wie eine kontaktierende Gleitringdichtung, wobei wenigstens gewisse Teile der Dichtungsflächen im Betrieb in Berührung miteinander verbleiben. Wenn umgekehrt ein Gas auf die Dichtungsflächen geleitet wird, arbeitet die Dichtung als berührungsfreie Gleitringdichtung, bei der die Dichtungsflächen teilweise oder vollständig voneinander getrennt sind. Demgemäß ermöglichen die Mittel zur Einleitung des Fluids nach den Dichtungsflächen eine zweckmäßige Arbeitsweise der mechanischen Gleitringdichtung mit geteilten Ringen in der erfindungsgemäßen Ausführung sowohl eine berührungsfreie Arbeitsweise als auch eine Arbeitsweise mit Berührung.
  • Die Mittel zum Einführen eines Sperrfluids können als Nut in der ersten Dichtungsfläche ausgebildet sein. Die Nut kann kontinuierlich über die erste Dichtungsfläche verlaufen, und sie kann so positioniert werden, dass zwei konzentrische Dichtungsflächen an der ersten Dichtungsfläche erzeugt werden, wodurch eine Doppeldichtung zustandekommt. Eine kontinuierliche in Umfangsrichtung verlaufende Nut kann auf der ersten Dichtungsfläche angeordnet werden, um Stege auf beiden Seiten der ringsumlaufenden Nut zu bilden. Das Sperrfluid kann ein Gas oder eine Flüssigkeit oder eine Kombination hiervon sein. In Verbindung mit anderen Faktoren, wie Druck des Sperrfluids, kann die Nut so dimensioniert werden, dass das Sperrfluid innerhalb der Nut eine allgemein primäre hydrostatische Kraft auf die ersten und zweiten Dichtungsflächen ausübt, um eine Trennung wenigstens eines Abschnittes der ersten Dichtungsfläche von wenigstens einem Abschnitt der zweiten Dichtungsfläche zu gewährleisten.
  • Die Mittel zur Einführung eines Sperrfluids nach der ersten und zweiten Dichtungsfläche können eine Fluidleitung aufweisen, die durch den ersten Dichtungsring hindurchgeführt ist. Die Fluidleitung kann eine Öffnung an der ersten Dichtungsfläche aufweisen und sie kann sich im Wesentlichen axial durch den ersten Dichtungsring erstrecken, um sich an der äußeren Fläche des ersten Dichtungsringes zu öffnen. Eine zweite Fluidleitung kann in dem geteilten Tragkörper angeordnet werden. Die zweite Fluidleitung kann in der Nähe und in Fluidverbindung mit der Fluidleitung angebracht werden, die in dem ersten Dichtungsring angebracht ist.
  • Die geteilte Dichtung kann fakultativ einen Stopfbuchsenaufbau mit wenigstens zwei Stopfbuchsensegmenten aufweisen, die dichtungsmäßig an einer äußeren Oberfläche des ersten Dichtungsringes angreifen und den ersten Dichtungsring mit dem Gehäuse verbinden. Der Spaltringträger kann außerdem wenigstens einen gespaltenen elastischen Körper, beispielsweise einen gespaltenen O-Ring, aufweisen, der zwischen dem gespaltenen Stopfbuchsenaufbau und der äußeren Oberfläche des ersten Dichtungsringes angeordnet ist, um elastisch den ersten Dichtungsring in Radialrichtung abzustützen.
  • Die gespaltene Dichtung kann außerdem fakultativ einen Spaltringhalteaufbau aufweisen, der wenigstens zwei Haltesegmente besitzt, um den Dichtungsring an der rotierenden Welle festzulegen. Wenigstens ein elastisches Spaltglied, beispielsweise ein gespaltener O-Ring, kann zwischen dem Spaltringhalteaufbau und den äußeren Oberflächen des zweiten Dichtungsringes angeordnet werden. Der elastische Spaltringkörper kann elastisch den zweiten Dichtungsring in Radialrichtung und in Axialrichtung abstützen.
  • Der elastische Spaltringkörper kann außerdem so positioniert werden, dass ein Verschwenken des zweiten Dichtungsringes um den elastischen Spaltringkörper möglich ist, damit eine koplanare Ausrichtung der ersten Dichtungsfläche mit der zweiten Dichtungsfläche in Bezug aufeinander möglich wird. Auf diese Weise wird die Konizität der Dichtungsflächen, d. h. die Berührung der Dichtungsflächen, entweder am äußeren oder inneren Durchmesser der Dichtungsringe infolge der Druckverteilung der Dichtungsringe eingestellt und die Dichtungsflächen werden in einer koplanaren Beziehung gehalten.
  • Die Gleitringdichtung kann ein Spaltwellendichtglied, beispielsweise in Gestalt eines gespaltenen O-Ringes, aufweisen, der zwischen der rotierenden Welle und dem Spaltringhalteaufbau angeordnet ist. Das Spaltwellendichtglied bewirkt eine Fluiddichtung zwischen der Welle und dem Spaltringhalteaufbau.
  • Die Gleitringdichtung kann fakultativ ein System zur Einführung eines Schließfluids nach der hinteren Oberfläche des ersten Dichtungsringes aufweisen. Das Schließfluid übt eine Schließkraft auf den ersten Dichtungsring aus, die erste und zweite Dichtungsringe gegeneinander in Dichtungsbeziehung vorspannen. Das System zur Einführung eines Schließfluids kann eine Fluidleitung sein, die in dem Gleitringhalteaufbau angeordnet ist. Die Fluidleitung kann eine Öffnung in der Nähe der hinteren Oberfläche des ersten Dichtungsringes aufweisen, um das Einführen des Schließfluids nach der hinteren Oberfläche zu erleichtern.
  • Die Gleitringdichtung kann außerdem ein System aufweisen, um strömungsmäßig die Dichtungsringsegmente des ersten Dichtungsringes in Dichtungsbeziehung unter einer negativen Druckbedingung zu halten. Das System, welches strömungsmäßig die Dichtungsringsegmente des ersten Dichtungsringes in Dichtungsbeziehung hält, kann eine Fluidleitung aufweisen, die in dem ersten Dichtungsring angeordnet ist, um ein Sperrfluid nach der äußeren Oberfläche des ersten Dichtungsringes zu leiten. Die Fluidleitung kann eine Öffnung in der Fluidverbindung mit den Mitteln zum Einführen des Sperrfluids nach den ersten und zweiten Dichtungsflächen haben. Die Dichtung kann auch fakultativ wenigstens zwei elastische Glieder aufweisen, beispielsweise O-Ringe, die um die äußere Oberfläche des zweiten Dichtungsringes herum angeordnet sind, um eine Ringkammer zu bilden, in der Fluid aus dem Fluidrückhaltesystem aufgenommen wird.
  • Es kann eine negative Druckbedingung auftreten, wenn der Druck des Fluids am äußeren Durchmesser der Dichtungsringe kleiner ist als der Druck des Fluids an dem inneren Durchmesser eines der Dichtungsringe. Für eine berührungsfreie Dichtungskonstruktion, bei der ein Fluid den Dichtungsflächen zugeführt wird, kann eine negative Druckbedingung auch auftreten, wenn der Fluiddruck am äußeren Durchmesser der Dichtungsringe kleiner ist als der Druck des Fluids, das zwischen den Dichtungsflächen eingeführt wird. Eine derartige Bedingung kann zu einer Trennung der Dichtungsringsegmente des Dichtungsringes führen. Das Fluidrückhaltesystem verhindert eine Spreizung der Dichtungsringsegmente der Dichtungsringe, indem eine radial nach innen gerichtete Fluidkraft auf die Teilsegmente des Dichtungsringes ausgeübt wird.
  • Die Gleitringdichtung kann weiter einen gespaltenen Tragkörper aufweisen, der wenigstens zwei Tragsegmente aufweist, um den ersten Dichtungsring am Gehäuse oder an der rotierenden Welle festzulegen. Der geteilte Tragkörper kann einen geteilten Halteaufbau aufweisen, der wenigstens zwei Haltesegmente besitzt, um radial den ersten Dichtungsring abzustützen und den ersten Dichtungsring mit der rotierenden Welle zu verbinden. Die Gleitringdichtung kann außerdem einen Stopfbuchsenaufbau aufweisen, der dichtend die äußere Oberfläche des zweiten Dichtungsringes erfasst und den zweiten Dichtungsring mit dem Gehäuse verbindet.
  • Die Gleitringdichtung kann außerdem Mittel aufweisen, um eine koplanare Ausrichtung der Dichtungsflächen aufrecht zu erhalten. Fluiddruckveränderungen an den Dichtungsflächen können zu einer Beschädigung der Dichtungsflächen führen. Eine durch Druck verursachte Beschädigung der Dichtungsflächen kann eine Konizitätsauslenkung einer der Dichtungsflächen in der Weise bewirken, dass die Dichtungsflächen von ihrer koplanaren Beziehung abweichen. Die Konizität kann zu einem Verlust der Fluidabdichtung zwischen dem Gehäuse und der rotierenden Welle führen. Die Mittel zur Aufrechterhaltung einer koplanaren Ausrichtung der Dichtungsflächen steuern die Konizität der Dichtungsflächen.
  • Die Mittel zur Aufrechterhaltung einer koplanaren Ausrichtung der Dichtungsflächen können einen elastischen Körper aufweisen, der um den zweiten Dichtungsring herum angeordnet ist, um eine Verschwenkung des zweiten Dichtungsringes um den elastischen geteilten Körper zu ermöglichen. Dadurch, dass diese Verschwenkung des zweiten Dichtungsringes um den elastischen Körper ermöglicht wird, kann eine koplanare Ausrichtung von erster und zweiter Dichtungsfläche aufrecht erhalten bleiben.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher verständlich unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Elemente in den verschiedenen Ansichten beziehen. Die Zeichnungen veranschaulichen Prinzipien der Erfindung und zeigen, obgleich nicht maßstäblich, die relativen Beziehungen.
  • 1 ist eine Teilschnittansicht einer Gleitringdichtung, die die Struktur zur Einführung eines Fluids nach den Dichtungsflächen veranschaulicht, welche entsprechend den Lehren der Erfindung vorgesehen ist;
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Hälfte des Stopfbuchsenaufbaus der Gleitringdichtung gemäß 1, welcher entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Hälfte der zusammengebauten Gleitringdichtung gemäß 1, welche entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Hälfte des rotierenden Dichtungsringes der Gleitringdichtung gemäß 1, welcher entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Hälfte des rotierenden Dichtungsringhalteaufbaus der Gleitringdichtung gemäß 1, welcher entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Hälfte des stationären Dichtungsringes der Gleitringdichtung gemäß 1, welcher entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 6A ist eine perspektivische Ansicht einer Hälfte des erfindungsgemäßen stationären Dichtungsringes der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung gemäß 1 in einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Fluidbohrungen, die im stationären Dichtungsring vorhanden sind;
  • 7A ist eine perspektivische Ansicht einer Stopfbuchse oder einer Halteaufbauschraube, welche entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind;
  • 7B ist eine Seitenansicht der Schraube gemäß 7A;
  • 8 ist eine Teilansicht des Stopfbuchsenaufbaus der Gleitringdichtung gemäß 1, welcher entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 9 ist eine Seitenansicht der Oberfläche des rotierenden Dichtungsringhaltesegmentes der Gleitringdichtung gemäß 1, welches entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 10 ist eine Seitenansicht der Oberfläche eines rotierenden Dichtungsringsegmentes der Gleitringdichtung gemäß 1, welches entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 11 ist eine Seitenansicht eines stationären Dichtungsringsegmentes der Gleitringdichtung gemäß 1, welches entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 12 ist eine Seitenansicht eines stationären Dichtungsringsegmentes und eines rotierenden Dichtungsringsegmentes der Gleitringdichtung gemäß 1, welche entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, wobei die getrennte Kraft dargestellt ist, die sich erfindungsgemäß innerhalb der Dichtungsringnut entwickelt;
  • 13 ist eine Teilseitenansicht der Dichtungsringoberflächen der Gleitringdichtung gemäß 12, wobei weiter die Kräfte innerhalb der Nut gemäß der Erfindung veranschaulicht sind;
  • 14 ist eine Schnittansicht eines elastomeren gemäß der Erfindung vorgesehenen Körpers;
  • 15 ist eine Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung gemäß 1;
  • 15A ist eine Teilschnittansicht des Halteaufbaus und des rotierenden Dichtungsringes der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung gemäß 1;
  • 16 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Bauteile gemäß der Erfindung nach 3;
  • 17A bis C sind seitliche Querschnittsansichten des stationären Dichtungsringsegmentes und des rotierenden Dichtungsringsegmentes der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung gemäß 1; und
  • 18 ist eine aufgebrochene Seitenansicht des Stopfbuchsenaufbaus der Gleitringdichtung gemäß 1, worin die Befestigungsöffnungen veranschaulicht sind, die nach der Erfindung ausgebildet wurden.
  • Beschreibung des dargestellten Ausführungsbeispiels
  • Eine Gleitringdichtung 10 gemäß der Erfindung ist in den 1 und 16 dargestellt. Die Gleitringdichtung 10 ist vorzugsweise konzentrisch um eine Welle 12 angeordnet und an einer Außenwand des Gehäuses 11, beispielsweise einer Pumpe oder dergleichen, festgelegt. Die Welle 12 erstreckt sich längs einer Achse 13 und ist wenigstens teilweise innerhalb des Gehäuses 11 montiert. Die Dichtung 10 bewirkt eine Fluidabdichtung zwischen dem Gehäuse 11 und der Welle 12, wodurch verhindert wird, dass ein Prozessmedium aus den Gehäuse 11 austritt. Eine Fluidabdichtung wird durch einen stationären Dichtungsring 14 und einen rotierenden Dichtungsring 16 bewirkt, die jeweils eine radial verlaufende kreisbogenförmige Dichtungsfläche 20, 18 und zwei Segmentdichtungsoberflächen 22, 24 aufweisen, wie aus den 4, 6 und 16 ersichtlich ist. Die Dichtungsfläche 18 des Dichtungsringes 14 ist in Dichtungsbeziehung mit der Dichtungsfläche 20 des Dichtungsringes 16 vorgespannt, wie dies weiter unten im Einzelnen beschrieben wird. Außerdem sind die Segmentdichtungsoberflächen 22, 24 eines jeden Dichtungsringes in Dichtungseingriff miteinander vorgespannt. Auf diese Weise liefern diese individuellen Dichtungsflächen eine Fluidabdichtung, die unter einem weiten Bereich von Arbeitsbedingungen und einem weiten Anwendungsbereich arbeitsfähig ist, wie dies weiter unten im Einzelnen beschrieben wird.
  • Die Ausdrücke ”Prozessmedium” und ”Prozessfluid”, wie sie hierbei benutzt werden, beziehen sich allgemein auf das Medium oder das Fluid, das durch das Gehäuse 11 übertragen wird. Bei Anwendung in einer Pumpe ist das Prozessmedium beispielsweise das Fluid, das durch das Pumpengehäuse gepumpt wird.
  • Der hierbei benutzte Ausdruck ”axial” bezieht sich auf eine Richtung allgemein parallel zur Wellenachse 13. Der darin benutzte Ausdruck ”radial” bezieht sich auf die Richtung allgemein senkrecht zur Wellenachse 13.
  • Die Gleitringdichtung 10 ist vorzugsweise eine berührungsfreie Gleitringdichtung, bei der ein Sperrfluid zwischen die Dichtungsflächen 18, 20 von erstem und zweitem Dichtungsring 14 bzw. 16 eingeführt wird. Bei einer berührungsfreien Dichtung wirkt das Sperrfluid im Hinblick auf eine Verminderung oder Verhinderung einer Berührung zwischen wesentlichen radialen Abschnitten der Dichtungsfläche 18 und von radialen Abschnitten der Dichtungsfläche 20, wodurch der Reibungseingriff und die resultierende Abnutzung der Dichtungsflächen 18, 20 vermindert wird. Demgemäß umfasst eine berührungsfreie Dichtung eine Dichtungskonstruktion, bei der eine totale Trennung der Dichtungsflächen immer erhalten bleibt. Diese totale Trennung der Dichtungsflächen erfolgt auch unter bestimmten Betriebsbedingungen, d. h. während der Wellendrehung oder einer gelegentlichen oder partiellen Trennung der Dichtungsfläche. Im Gegensatz dazu ist eine berührende Gleitringdichtung eine Dichtungskonstruktion, bei der eine vollständige oder teilweise Berührung der Dichtungsflächen im Betrieb aufrecht erhalten bleibt. Bei beiden Dichtungsarten wirkt das Sperrfluid als Wärmeübertragungsmedium, um die Wärme von den Dichtungsflächen abzuleiten und die Wirkungen einer thermischen Beanspruchung der Dichtungsflächen herabzusetzen.
  • Das in Verbindung mit der vorliegenden erfindungsgemäßen Dichtung benutzte Sperrfluid kann ein Gas oder eine Flüssigkeit oder eine Kombination hiervon sein. Im typischen Fall ist der Bereich der Dichtungsflächen, der in Reibungsberührung bleibt, größer bei Anwendung von Sperrflüssigkeit als bei Anwendung von Sperrgasen. Demgemäß kann die Benutzung eines Sperrgases zu einer geringeren Reibungsabnutzung der Dichtungsflächen 18, 20 führen als bei Benutzung einer Sperrflüssigkeit. Ein gasförmiges Sperrfluid ist jedoch nicht für alle Anwendungen geeignet, weil ein leichter Leckstrom des Sperrgases in das Prozessmedium eintritt. Die Benutzung einer Sperrflüssigkeit in der Dichtung kann eine erhöhte Verminderung der Wirkungen der thermischen Beanspruchung bieten, weil die Flüssigkeit im typischen Fall bessere Wärmeübertragungseigenschaften besitzt als ein Gas. Der Fachmann erkennt, dass die Benutzung von einem Fluidmedium anstelle eines anderen Mediums von der Art des Betriebes abhängt, bei dem die Dichtung benutzt wird. Bei Anwendungen beispielsweise, bei denen ein minimaler Gasleckstrom zulässig ist, kann ein Sperrgas zu bevorzugen sein, um die Abnutzung der Dichtungsflächen zu verringern und um die Lebensdauer der Dichtung zu erhöhen. Bei Anwendungen, bei denen das Vorhandensein auch einer minimalen Sperrgasmenge innerhalb des Prozessmediums unerwünscht ist, kann eine Flüssigkeitsabdichtung zu bevorzugen sein.
  • Demgemäß schafft die erfindungsgemäße Dichtung eine Flexibilität und den einzigartigen Vorteil, dass sie sowohl für Gas als auch für Flüssigkeit (oder Kombinationen hiervon) als Sperrfluid anwendbar ist. Außerdem sind zahlreiche der Merkmale der Gleitringdichtung vorliegender Erfindung, wie hier beschrieben, geeignet zur Benutzung bei herkömmlichen Gleitringdichtungen (d. h. berührenden Gleitringdichtungen) und die Erfindung ist auch geeignet für berührungsfreie Anwendungen von Stirnringdichtungen. Als solche ist die Dichtung gemäß vorliegender Erfindung nicht nur auf berührungsfreie Dichtungsanordnungen beschränkt (d. h. z. B. ein weiches Gas), sondern es ergeben sich auch einzigartige Vorteile gegenüber konventionellen Dichtungen mit geteilten Ringen und konventionellen Gasdichtungen in einer einfachen, aber eleganten Dichtungskonstruktion.
  • Gemäß 1 bis 3 und 16 umfasst die dargestellte Gleitringdichtung 10 zusätzlich zu dem stationären Dichtungsring 14 und dem rotierenden Dichtungsring 16 einen Stopfbuchsendichtungsaufbau 30 und einen rotierenden Dichtungsringhalteaufbau 100. Der Stopfbuchsendichtungsaufbau 30 weist zwei identische Stopfbuchsensegmente oder Stopfbuchsenhälften 34a und 34b auf, von denen eine in 2 dargestellt ist. Das Stopfbuchsensegment 34a weist, ausgehend vom äußersten axialen Ende (gemäß 2 von unten), eine innere Oberfläche auf, die eine axial verlaufende erste Oberfläche 36 und eine integral hergestellte axial verlaufende zweite Oberfläche 38 hat, die radial von der ersten Oberfläche 36 gestuft ist. Die erste Oberfläche 36 und die zweite Oberfläche 38 bilden in Kombination eine erste Ringverbindungswand 40. Eine axial verlaufende dritte Oberfläche 42 ist radial von der zweiten Oberfläche 38 gestuft und bildet in Kombination damit eine zweite Ringverbindungswand 44. Die dritte Oberfläche 42 ist axial in drei Abschnitte 42a, 42b und 42c durch elastomere Aufnahmekanäle 46 und 48 segmentiert, von denen jeder radial von der dritten Oberfläche 42 gestuft ist. Eine axial verlaufende vierte Oberfläche 50 ist radial von der dritten Oberfläche 42 durch eine dritte Ringverbindungswand 52 gestuft. Eine geneigte fünfte Oberfläche 54 erstreckt sich radial nach innen und axial von der vierten Oberfläche 50 des Stopfbuchsensegmentes nach außen.
  • Der Stopfbuchsenaufbau 30 besitzt eine Gehäusedichtungsringnut 56, die im Boden 58 des Stopfbuchsenaufbaus 30 angeordnet ist. In die Nut 56 ist ein flacher, ringförmiger, elastomerer Dichtungsring 60 eingesetzt, der vorzugsweise eine axiale Abmessung besitzt, die größer ist als die Tiefe der Nut 56, wodurch eine druckdichte und fluiddichte Abdichtung zwischen der Gleitringdichtung 10 und dem Gehäuse 11 zustandekommt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Gehäusedichtungsring 60 in zwei bogenförmige Segmente aufgeschnitten, um in jedes der Stopfbuchsensegmente 34a, 34b eingesetzt zu werden. Die Dichtungsringsegmente des Gehäuses sind vorzugsweise in der Nut 56 montiert und in dieser durch einen Kleber festgelegt. Diese Anordnung unterstützt die Verhinderung eines Leckstromes des Prozessmediums längs der Passabschnitte der Gleitringdichtung 10 und des Gehäuses 11, wenn diese zusammengebaut sind.
  • Jede der axial verlaufenden Stopfbuchsendichtungsoberflächen 62, 63 besitzt darin ausgebildet eine Nut 64 für einen Stopfbuchsendichtungsring. Die Nut 64 besitzt einen axialen Hauptabschnitt 66, der sich von der zweiten Oberfläche 38 der Stopfbuchse nach der Stopfbuchsendichtungsnut 56 erstreckt. Nutsegmente 68 und 70, die sich quer zu dem Hauptnutsegment 66 erstrecken, verlaufen nach der zweiten Oberfläche 38 bzw. der Stopfbuchsendichtungsnut 56. Das Nutsegment 72, das vom Hauptnutsegment 66 nach innen beabstandet ist, erstreckt sich längs der zweiten Dichtungsfläche 38. Zwei innere quer verlaufende Nutsegmente 74 und 76 erstrecken sich quer von dem Hauptnutsegment 66 nach der dritten Stopfbuchsenoberfläche 42. Das Nutsegment 78, das radial von dem Hauptnutsegment 66 nach innen versetzt ist, erstreckt sich parallel zu der dritten Stopfbuchsenoberfläche 42 und verbindet die quer verlaufenden Nutsegmente 74 und 76.
  • Gemäß den 1 und 3 ist eine elastomere Stopfbuchsendichtung 80, die komplementär zur Form der Stopfbuchsennut 66 ausgebildet ist, in die Nut eingesetzt. Die Dichtung 80 erstreckt sich über die aufgespaltenen Stopfbuchsendichtungsoberflächen 62, 63, wenn die Dichtung in der Nut 66 befindlich ist, wie am besten aus den 3 und 8 ersichtlich. Der freiliegende Abschnitt der Dichtung 80 wird von einer komplementären Nut aufgenommen, die in der Stopfbuchsendichtungsoberfläche des anderen Stopfbuchsensegmentes 34b ausgebildet ist. Dadurch, dass beide Enden der Dichtung 80 zwischen den Stopfbuchsendichtungsoberflächen 62, 63 aufgenommen sind, wird verhindert, dass die Dichtung 80 in den Spalt austritt, der zwischen den aufgespaltenen Stopfbuchsendichtungsoberflächen gebildet ist, wenn ein Druck ausgeübt wird, der höher ist als ein gewählter Maximaldruck. Das Merkmal der doppelten Aufnehmung ermöglicht es, dass die Stopfbuchsensegmente größeren Drücken widerstehen können, ohne Druckleckstellen zu erzeugen, und es werden die mechanischen Toleranzen der anderen Komponenten der Dichtung 10 freigegeben. Die Stopfbuchsendichtung 80 kann aus irgendeinem geeigneten elastischen Material bestehen, beispielsweise aus einem Elastomergummi. Obgleich die Dichtung 80 vorzugsweise die dargestellte Form besitzt, erkennt der Fachmann, dass die Dichtung 80 und die entsprechende Nut 66 irgendeine andere geeignete geometrische Form aufweisen können.
  • Gemäß den 2 und 3 besitzt jede der Stopfbuchsendichtungsoberflächen 62 und 63 zwei Befestigungslöcher 84, die darin ausgebildet sind. Die Löcher 84 besitzen einen im Durchmesser kleineren Gewindeabschnitt 86 und einen konzentrischen größeren Abschnitt 88 ohne Gewinde. Vorzugsweise liegt der gewindefreie Abschnitt 88 den Stopfbuchsendichtungsoberflächen 62, 63 am Nächsten. Ein Passstift 82 erstreckt sich von der Dichtungsfläche 63 der Stopfbuchse und wird von einer Passöffnung 83 aufgenommen, die in der Dichtungsfläche des anderen Stopfbuchsensegmentes angeordnet ist. Der Passstift 82 gewährleistet eine genaue Ausrichtung der Stopfbuchsendichtungsoberflächen 63, 64 der Stopfbuchsendichtungssegmente 34a und 34b, wenn diese montiert sind.
  • In den Löchern 84 sind Schrauben 90 gelagert, die eine Ausbildung gemäß 7A und 7B besitzen. Die Schraube 90 besitzt vorzugsweise einen Hauptschaft 92 und einen Schraubenkopfabschnitt 96. Der Schraubenschaft 92 besitzt einen Gewindeabschnitt 93 und einen proximalen Abschnitt 94 ohne Gewinde. Der äußere Durchmesser des Gewindeabschnitts 93 ist größer als der äußere Durchmesser des proximalen Abschnitts 94. Wie in 18 dargestellt, legt jede Schraube 90 die zwei Stopfbuchsensegmente 34a und 34b gegeneinander fest. Wenn der distale Gewindeabschnitt 93 der Schraube 90 in den Gewindeabschnitt 86 des Loches 84 eingeschraubt ist, dann wird der distale Abschnitt 93 formschlüssig in dem Loch 84 gehalten. Wenn die Schraube 90 weiter durch das Loch 84 geführt wird, tritt das distale Ende der Schraube in den gewindefreien Abschnitt 88 oder den Zwischenspalt des Loches 84 ein. In dieser Stellung wird die Schraube 90, obgleich sie nicht passend befestigt ist, immer noch formschlüssig (d. h. nicht abnehmbar) in dem Loch 84 gehalten. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Gewindeabschnitts 83 entsprechend dem Durchmesser des Gewindeabschnitts 86 mit kleinerem Durchmesser angepasst.
  • Die dargestellte Konfiguration der Schraube 90 und des Loches 84 gemäß der Erfindung führt zu beträchtlichen Vorteilen. Insbesondere kann die Schraube 90 in dem Aufnahmeloch 84 von jeder Seite der Stopfbuchsensegmente 34a, 34b eingeschraubt werden, bevor der Zusammenbau erfolgt, und dies ist besonders nützlich bei beschränkt zugänglichen Installationen, und sie wird formschlüssig in dem Stopfbuchsensegment gehalten. Dadurch, dass die Schraube 90 gegen ein vollständiges Entfernen von dem Stopfbuchsensegment gehindert wird, kann ein unabsichtlicher Verlust der Schraube 90 während der Montage und der Demontage verhindert werden, und dies ermöglicht den Zusammenbau der Dichtung mit einer beträchtlich niedrigeren Installationszeit.
  • Jedes der Stopfbuchsensegmente umfasst zwei Befestigungslöcher 98, die den nicht dargestellten Bolzen angepasst sind, um die Gleitringdichtung 10 gemäß der Erfindung am Gehäuse 11 festzulegen. Stattdessen können über den Umfang der Dichtung 10 Stehbolzen vorgesehen werden, um eine Verbindung der Dichtung 10 mit dem Gehäuse 11 zu ermöglichen. Beispiele geeigneter Stehbolzen sind in den US-PS 5,209,496 und 5,571,268 beschrieben, die beide auf die Patentinhaberin übertragen sind.
  • Wie in den 1, 3, 5 und 9 dargestellt, ist ein Halteaufbau 100 in einer Kammer 102 gemäß 2 angeordnet, die in dem Stopfbuchsenaufbau 30 angeordnet und radial von dort nach innen distanziert ist. Es ist jedoch klar, dass der Halteaufbau 100 nicht innerhalb des Stopfbuchsenaufbaus 30 angeordnet werden muss. Der Halteaufbau 100 besitzt zwei identische bogenförmige Haltesegmente 104a und 104b, von denen eines in 5 dargestellt ist. Wie in den 5 und 9 gezeigt, umfasst jedes Haltesegment eine äußere Oberfläche 106 und eine innere Oberfläche 108. Die innere Oberfläche 108 des Haltesegmentes besitzt eine nach innen geneigte erste Oberfläche 110, die in einer axial verlaufenden zweiten Oberfläche 112 endet. Ein Paar aufeinanderfolgend radial nach innen gestufter Oberflächen bildet eine dritte Oberfläche 114 und eine vierte Oberfläche 115. Die zweite Oberfläche 112 und die dritte Oberfläche 114 besitzen eine radial nach innen verlaufende erste Wand 118, die integral dazwischen ausgebildet ist und die dritte Oberfläche 114 und die vierte Oberfläche 115 besitzen eine radial nach innen verlaufende zweite Wand 120, die integral dazwischen ausgebildet ist. Ein weiteres Paar aufeinanderfolgend radial nach innen gestufter Oberflächen bildet eine fünfte Oberfläche 116 und eine sechste Oberfläche 119. Die vierte Oberfläche 115 und die fünfte Oberfläche 116 besitzen eine radial nach innen verlaufende dritte Wand 121, die integral dazwischen ausgebildet ist und die fünfte Oberfläche 116 und die sechste Oberfläche 119 besitzen eine radial nach innen verlaufende vierte Wand 117, die integral dazwischen ausgebildet ist. Der Durchmesser der sechsten Oberfläche 119 ist vorzugsweise gleich oder etwas größer als der Durchmesser der Welle 12, an der der Halteaufbau 100 befestigt werden soll.
  • Die äußere Oberfläche 106 des Haltesegmentes besitzt eine erste axial verlaufende äußere Oberfläche 122 und eine radial nach innen geneigte zweite äußere Oberfläche 124. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der äußere Durchmesser der ersten äußeren Oberfläche 124 des Haltesegmentes kleiner als der Durchmesser der vierten Oberfläche 50 des Stopfbuchsensegmentes. Dieser Zwischenraum ermöglicht es, den Halteaufbau 100 in den Stopfbuchsenaufbau 30 so einzusetzen, dass er unbehindert darin drehbar ist. Der äußere Durchmesser der zweiten äußeren Oberfläche 124 ist vorzugsweise kleiner als der innere Durchmesser der fünften Oberfläche 54 des Stopfbuchsensegmentes und vorzugsweise größer als die dritte Oberfläche 42 des Stopfbuchsensegmentes.
  • Die sechste Oberfläche 119 des Haltesegmentes 104a weist einen darin ausgeformten ringförmigen Kanal 126 auf, um darin einen geteilten Wellendichtungsring 128 aufzunehmen. Wenn der Dichtungsring 128 in dem Kanal 126 eingelegt ist, passt er sich dichtend der Welle 12 an und bewirkt eine fluiddichte Verbindung längs der Zwischenfläche von Halter und Welle (vergleiche 1). Die zweite Wand 120 weist vorzugsweise darin eine zylindrische Passbohrung 130 auf, in die ein Ende eines Passstiftes 132 einpasst (1). Das andere Ende des Passstiftes 132 liegt in einer entsprechenden Bohrung 134 im rotierenden Dichtungsring 16. Der Vorsprung 132 wirkt mit einer mechanischen Rotationsvorrichtung zusammen, um den rotierenden Dichtungsring 16 in die Drehbewegung vorzuspannen, wie dies im Einzelnen weiter unten beschrieben wird.
  • Die dargestellten Haltesegmente 104, 104b besitzen eine Halterdichtungsnut 140 mit der in 5 dargestellten Konfiguration, die auf jeder Spalt-Halter-Dichtungsfläche 136, 138 ausgebildet ist. Eine Halterdichtung 142, die komplementär der Form der Nut 140 gestaltet ist, sitzt in der Nut 140. Die Halterdichtung 142 erstreckt sich, wenn sie in die Nut 140 eingesetzt ist, über die Dichtungsflächen 136, 138 des Halters, wie am besten aus 3 ersichtlich. Der freiliegende Abschnitt der Dichtung 142 sitzt in einer komplementären Nut, die in der gegenüberliegenden Dichtungsfläche des Haltesegmentes ausgebildet ist. Diese Anordnung bewirkt eine fluiddichte Abdichtung bei Drücken, die höher sind als ein gewählter Wert, wie dies oben beschrieben wurde. Die Dichtung kann aus irgendeinem deformierbaren Material bestehen, beispielsweise aus Elastomergummi.
  • Jedes der Haltesegmente 104a, 104b besitzt zwei Löcher 144 zur Aufnahme von Befestigungsgliedern und in diesen Löchern sind Schrauben 146 (16) eingesetzt. Die Haltelöcher 144 sind ähnlich wie die Löcher 84 zur Halterung der Befestigungselemente bei den Stopfbuchsensegmenten 34a und 34b ausgebildet, und es werden in gleicher Weise Schrauben 146 ähnlich den Schrauben 90 benutzt. Zweckmäßigerweise arbeiten Schrauben 146 und Löcher 144 in der vorbeschriebenen Weise zusammen.
  • Der Halteaufbau 100, der Stopfbuchsenaufbau 30 und die Schrauben 90 und 146 können aus irgendeinem geeigneten starren Material bestehen, beispielsweise aus rostfreiem Stahl.
  • Wie aus 4 und 10 ersichtlich, umfasst der rotierende Dichtungsringaufbau 16 zwei kreisbogenförmige rotierende Dichtungsringsegmente 150a und 150b, von denen eines in 4 dargestellt ist. Die rotierenden Dichtungsringsegmente besitzen eine im Wesentlichen glatte kreiszylindrische innere Oberfläche 152. Der innere Durchmesser der inneren Oberfläche 152 der rotierenden Dichtungssegmente ist größer als der Durchmesser der Welle 12, um eine Lagerung darauf zu ermöglichen.
  • Die äußere Oberfläche 154 der rotierenden Dichtungssegmente weist mehrere axial verlaufende äußere Oberflächen auf, von denen jede radial nach innen gegenüber der anderen gestuft ist. Eine axial verlaufende zweite äußere Oberfläche 158 ist radial nach innen von einer ersten axial verlaufenden äußeren Oberfläche 156 gestuft. Die erste äußere Oberfläche 156 und die zweite äußere Oberfläche 158 bilden in Kombination zusammen eine erste ringförmige Verbindungswand 160, die sich radial zwischen der ersten und zweiten äußeren Oberfläche erstreckt. Eine dritte axial verlaufende äußere Oberfläche 162 ist radial nach innen von der zweiten äußeren Oberfläche 158 durch eine zweite ringförmige Verbindungswand 164 gestuft, die sich radial zwischen der zweiten und dritten äußeren Oberfläche erstreckt. Eine vierte axial verlaufende äußere Oberfläche 166 ist radial nach innen von der dritten äußeren Oberfläche 162 gestuft. Die dritte äußere Oberfläche 162 und die vierte äußere Oberfläche 166 bilden in Kombination eine dritte ringförmige Verbindungswand 168, die radial zwischen der dritten und vierten äußeren Oberfläche verläuft. Eine vierte ringförmige Verbindungswand 169 erstreckt sich radial von der vierten äußeren Oberfläche 166 nach der inneren Oberfläche 152.
  • Die gestufte äußere Oberfläche 154 der rotierenden Dichtungssegmente verläuft komplementär zu der gestuften inneren Oberfläche 108 der Haltesegmente 104a, 104b, um eine Montage der rotierenden Dichtungssegmente in den Haltesegmenten zu ermöglichen. Der Durchmesser der vierten äußeren Oberfläche 166 des rotierenden Dichtungssegmentes ist kleiner als der Durchmesser der fünften Oberfläche 116 des Haltesegmentes. In gleicher Weise sind die Durchmesser der zweiten äußeren Oberfläche 158 und der dritten äußeren Oberfläche 162 des rotierenden Dichtungssegmentes kleiner als die Durchmesser der dritten Oberfläche 114 und der vierten Oberfläche 115 des Haltesegmentes.
  • Elastomere Glieder, beispielsweise geteilte O-Ringe 170 und 172, können konzentrisch um den rotierenden Dichtungsring 16 herum angeordnet werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dichtet der O-Ring 170 entlang der zweiten Oberfläche 112 des Haltesegmentes und der zweiten äußeren Oberfläche 158 des rotierenden Dichtungssegmentes ab und kann selektiv entweder an der ersten Verbindungswand 160 oder der ersten Wand 118 des Haltesegmentes anstoßen, wie dies in den 1, 9, 10 und 15A angedeutet ist. Der O-Ring 172 sitzt längs der vierten Oberfläche 115 und der dritten Wand 121 des Haltesegmentes und liegt der vierten äußeren Oberfläche 166 und der dritten Verbindungswand 168 des rotierenden Dichtungssegmentes an. Die O-Ringe 170 und 172 sind genügend elastisch, um jeweils in der rotierenden Segmentdichtungsoberfläche 24 in Dichtungsberührung mit dem entsprechenden Dichtungsringsegment angeordnet zu werden, wodurch eine fluiddichte und druckdichte Verbindung zustandekommt. Die O-Ringe 170 und 172 bewirken zusammen mit dem Prozessfluid eine radial nach innen gerichtete Kraft, die radial die axialen Dichtungsoberflächen 24 der Rotorsegmente zusammen vorspannt, wodurch ein Leckstrom durch die Dichtungsflächen verhindert oder vermindert wird. Außerdem bewirkt der O-Ring 172 eine axiale Abstützung des rotierenden Dichtungsringes 16, um eine Axialbewegung des rotierenden Dichtungsringes 16 zu verhindern.
  • Die Fluiddruckveränderungen zwischen den Dichtungsflächen 18 und 20 und den äußeren und inneren Durchmesseroberflächen der Dichtungsflächen können zu einer Verzerrung der Dichtungsflächen 18 und 20a, b führen. Diese Art der Verzerrung kann eine Konizität der Dichtungsflächen bewirken. Der Ausdruck ”Konizität” bezieht sich auf die Auslenkung einer der Dichtungsflächen in einer Weise, wodurch bewirkt wird, dass die zwei Dichtungsflächen aus ihrer koplanaren Beziehung abweichen. Die Konizität führt in typischer Weise zu einer unerwünschten Dichtungsflächenberührung entweder am Außendurchmesser oder am Innendurchmesser der Dichtungsringe.
  • Um die Konizitätsbildung zu verhindern, wird der O-Ring 172 längs der äußeren Oberfläche 154 des rotierenden Dichtungsringsegmentes 150a und 150b an einer Stelle angeordnet, die etwa längs der Achse 400 verläuft, die durch den rotierenden Dichtungsring 16 geführt ist, wie dies in 17C angedeutet ist. In dieser Stellung wirkt der O-Ring 172 als elastisches Schwenkglied, um das der rotierende Dichtungsring schwenken kann. Die Schwenkwirkung des O-Ringes 172 bewirkt eine Aufrechterhaltung der Dichtungsflächen 18 und 20 in koplanarer Ausrichtung.
  • Die 17A und 17B veranschaulichen, übertrieben gezeichnet, die Wirkungen der Konizitätsverstellung der Dichtungsfläche 20 des rotierenden Dichtungsringes, wenn der O-Ring 172 an einer anderen Stelle als längs der Achse 400 angeordnet ist. Die spezifische Anordnung der Achse 400 und demgemäß des O-Ringes 172 ist abhängig von einer Zahl von Faktoren, beispielsweise von der Größe der Fluiddruckkräfte auf den rotierenden Dichtungsring und die spezifischen Dimensionen des Dichtungsringes. Die Anordnung der Achse 400 für eine spezielle Dichtungsringkonfiguration kann leicht vom Fachmann bestimmt werden, und zwar unter Benutzung konventioneller Elementenanalysetechniken. In 17A verursacht eine Druckverzerrung an den Dichtungsflächen 18 und 20a, b, dass der Abschnitt am inneren Durchmesser der rotierenden Dichtungsfläche 20a nach der stationären Dichtungsringfläche 18 ausgelenkt wird und der äußere Durchmesserabschnitt der Dichtungsfläche 20b von der Dichtungsfläche 18 weg bewegt wird. In 17A liegt der O-Ring 172 radial innerhalb von der Achse 400. Umgekehrt liegt der O-Ring 172 in 17B radial außerhalb der Achse 400. Die Druckverzerrungen an den Dichtungsflächen 18 und 20a, b bewirken, dass der Abschnitt am äußeren Durchmesser der Dichtungsfläche 20b nach der Dichtungsfläche 18 ausgelenkt wird, während der innere Durchmesserabschnitt der Dichtungsfläche 20a von der Dichtungsfläche 18 weg ausgelenkt wird.
  • Die Schwenkwirkung des O-Ringes 172 bewirkt eine elastische Verschwenkung der Dichtungsfläche 20 während des gesamten Betriebes der Gleitringdichtung 10 sowohl im berührungsfreien Betrieb als auch im Betrieb mit Berührung, während gleichzeitig entweder eine bleibende koplanare Berührung zwischen gegenüberliegenden Dichtungsflächen oder eine vorbestimmte Spaltgröße zwischen diesen Flächen aufrecht erhalten bleibt.
  • Der Fachmann erkennt, dass die O-Ringe 170 und 172 nicht in ihrer dargestellten Lageanordnung beschränkt sind. Andere Stellungen sind möglich, einschließlich der folgenden, aber nicht beschränkt hierauf: die Anordnung des elastischen Schwenkgliedes (O-Ring 172) an der hinteren Oberfläche des Statordichtungsringes 14, um eine ähnliche Dichtungsflächenausrichtfunktion durchzuführen.
  • Die dargestellte Dichtungsfläche 20 der rotierenden Dichtungsringsegmente besitzt eine kontinuierliche kreisbogenförmige Umfangsnut 180, die darin ausgebildet ist, wie in 4 dargestellt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die Nut 180 radial zwischen der inneren Oberfläche 152 und der ersten äußeren Oberfläche 156 des rotierenden Dichtungsringes 16. Die Nut 180 unterteilt demgemäß die rotierende Dichtungsringfläche 20 in zwei konzentrische Dichtungsflächen oder Stegabschnitte 20a und 20b. Auf diese Weise wird eine Doppeldichtung zwischen dem stationären Dichtungsring 14 und dem rotierenden Dichtungsring 16 geschaffen.
  • Wie aus 1, 12 und 13 ersichtlich, kommuniziert die Nut 180 mit der Dichtungsfläche 18 des Statordichtungsringes 14. Es wird ein Sperrfluid unter einem speziell geregelten Druck, gewöhnlich größer als der Prozessdruck, in die Nut 180 durch die Sperrfluidleitungen 228 eingeführt, die im Statordichtungsring 14 ausgebildet sind, wie dies im Einzelnen weiter unten beschrieben wird. Das Sperrfluid wirkt zur Erzeugung einer Spreizkraft auf die Dichtungsflächen 18 und 20, wie dies durch die Pfeile angegeben ist, die in 12 und 13 mit FA bezeichnet sind. Diese Spreizkraft ist primär eine hydrostatische Kraft, die bewirkt, dass eine Berührung zwischen den radialen Abschnitten der Dichtungsfläche 18 und den radialen Abschnitten der Dichtungsflächen 20a und 20b zustandekommt, und dadurch wird der Reibungseingriff und die hieraus resultierende Abnutzung der Dichtungsflächen 18, 20a, 20b vermindert. Die Größe der Spreizkraft ist abhängig von einer Zahl von Faktoren, beispielsweise von den Abmessungen der Nut, z. B. bezüglich axialer Tiefe, radialer Breite und Ausbildung der Dichtungsflächen, Größe der Leitung 228 sowie in Abhängigkeit vom Druck des Sperrfluids. Die Wahl des Sperrfluids ist ebenfalls ein Faktor bei der Wahl der Größe der Spreizkraft und das Ausmaß der Spreizung der Dichtungsflächen. Bei Anwendungen, in denen das Sperrfluid ein Gas ist, ist eine völlige Vermeidung der Dichtungsflächenberührung erwünscht und demgemäß ist eine größere Dichtungsflächenspreizung zu bevorzugen. Bei Anwendungen mit einer Sperrflüssigkeit ist ein geringeres Ausmaß der Dichtungsflächenspreizung infolge der verbesserten Wärmeübertragungseigenschaften der Flüssigkeiten im Vergleich mit Gas erforderlich.
  • Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung 10 besteht darin, dass die Einführung eines Kühlfluids oder eines Sperrfluids nach den Dichtungsflächen 18, 20 der Dichtungsringe 14, 16 möglich ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtung besteht darin, dass die Dichtung entweder mit Gas oder einer Flüssigkeit arbeiten kann, um das Ausmaß der Dichtungsflächenberührung und die Größe des Spreizspaltes einzustellen, der zwischen den Dichtungsflächen 18 und 20 gebildet wird. Wenn eine Flüssigkeit benutzt wird, dann kann die Dichtung in eine konventionelle Ausgleichsanordnung zurückgeführt werden, um in konventioneller Weise unter Berührung der Dichtungsflächen zu arbeiten. Wenn umgekehrt ein Gas benutzt wird, dann arbeitet die Dichtung als berührungsfreie Gleitringdichtung, um eine Abdichtung zu bewirken, bei der die Dichtungsflächen teilweise oder völlig gespreizt sind. Bei einer berührungsfreien Arbeitsweise kann das Ausmaß der Dichtungsflächenberührung, d. h. die Größe des Spaltes zwischen den Dichtungsflächen, eingestellt und ausgeglichen werden, indem ein geschlossenes Fluidsystem benutzt wird, wie dies oben beschrieben wurde und dies in Verbindung mit dem O-Ring 172 arbeitet sowie durch Einstellung des Sperrfluiddruckes an der Nut 180. Demgemäß ermöglichen die Nut 180 und die Axialbohrungen 228 in Kombination mit diesen anderen Merkmalen eine zweckmäßige Arbeitsweise der Gleitringdichtung sowohl im berührungsfreien als auch im Betrieb mit Berührung, ohne dass der Leckstrom über die Dichtungsflächen der Dichtungssegmente erhöht wird.
  • Das Sperrfluid innerhalb der Nut 180 übt eine radial nach außen gerichtete Kraft FRO und eine radial nach innen gerichtete Kraft FRI auf den rotierenden Dichtungsring 16 aus, wie dies in den 12 und 13 dargestellt ist. Weil der Außenbereich der äußeren Wand 184 größer ist als der Oberflächenbereich der inneren Wand 186 der Nut 180, resultieren diese Kräfte in einer radial nach außen gerichteten Gesamtkraft FRO auf den rotierenden Dichtungsring 16. Die Nut 180 ist derart dimensioniert, dass die radial nach außen gerichtete Kraft FRO, die durch das Sperrfluid innerhalb der Nut erzeugt wird, im Allgemeinen nicht überschritten wird und sie ist tatsächlich um mehrere Größenordnungen kleiner als die radial nach innen gerichtete Kraft FRI auf den rotierenden Dichtungsring 16, die von den O-Ringen 170, 172 und von dem Prozessmedium herrührt, wie dies im Einzelnen weiter unten beschrieben wird. Demgemäß spreizt die nach außen gerichtete Kraft FRO infolge des Sperrfluids die rotierenden Dichtungsringsegmente 150a, 150b des rotierenden Dichtungsringes 16 nicht auseinander und trennt diese nicht voneinander.
  • Es wurde ein Dichtungsbeispiel mit einer Nut 180 konstruiert, die so dimensioniert wurde, dass sie eine axiale Tiefe von 0,173 cm (0,068 Zoll) und eine radiale Breite von etwa 0,635 cm (0,25 Zoll) hatte. Bei diesem Beispiel war die Nut etwa 0,953 cm (0,375 Zoll) von der inneren Oberfläche 152 des rotierenden Dichtungsringes 16 entfernt. Dies führte zu einer radialen Tiefe der beiden rotierenden Dichtungsringflächen 20a und 20b von etwa 0,470 cm (0,185 Zoll).
  • Die erfindungsgemäße Dichtung ist nicht auf die beschriebene und dargestellte Nutkonfiguration beschränkt, und es sollen auch andere Nutkonstruktionen umfasst werden, beispielsweise eine Reihe von Spiralnuten, die radial zwischen der inneren Oberfläche 152 und der äußeren Oberfläche 156 des rotierenden Dichtungsringes 16 angeordnet sind. Die Spiralnuten teilen demgemäß die rotierende Dichtungsringfläche 20 in die konzentrischen Dichtungsringflächen 20a und 20b, um eine Doppeldichtung zu erzeugen. Die Spiralnuten können in gleicher Richtung oder in zwei Richtungen verlaufen. Ein Sperrfluid in den Nuten bewirkt eine primäre hydrodynamische Spreizkraft zwischen den Dichtungsflächen 18 und 20a und 20b. Beispiele geeigneter Spiralnutkonstruktionen sind in den US-PS 4,889,348 , 5,143,384 und 5,529,315 beschrieben.
  • Gemäß 1, 4, 10, 12 und 15 erstreckt sich eine Anzahl von Axialbohrungen 183 durch die rotierenden Dichtungsringsegmente von der Nut 180 nach der zweiten ringförmigen Verbindungswand 164. Die Bohrungen sind vorzugsweise im gleichen Abstand zueinander über den Umfang des Dichtungsringes 16 angeordnet. Der Fachmann erkennt, dass verschiedene Abstände und eine verschiedene Anzahl von Bohrungen benutzt werden kann.
  • Das Sperrfluid kann in die äußere Oberfläche 154 der rotierenden Dichtungsringsegmente über die Axialbohrungen 183 eingeführt werden. Wie am besten aus 15 ersichtlich, bilden die O-Ringe 170 und 172, die äußere Oberfläche 154 der rotierenden Dichtungsringsegmente und die innere Oberfläche 108 der Haltesegmente in Kombination hiermit eine fluiddichte druckdichte Ringkammer 185. Das Sperrfluid, das in die Kammer 185 über die Bohrung 228 eingeführt wird, die Nut 180 und die Axialbohrung 183 üben eine nach innen gerichtete Fluidkraft Frr auf die äußeren Oberflächen 158 und 162 der äußeren Oberfläche 154 der rotierenden Dichtungsringsegmente aus (10 und 15A). Die radial nach innen gerichtete Fluidkraft Frr wirkt in Kombination mit der radial nach innen gerichteten Kraft, die durch die O-Ringe 170 und 172 und das Prozessmedium erzeugt wurde, um jede Dichtungsoberfläche 24 der rotierenden Segmente in Dichtungsberührung mit einem anderen Segment zu halten, wodurch eine fluiddichte und druckdichte Verbindung aufrecht erhalten bleibt.
  • Die radial nach innen gerichtete Fluidkraft Frr kann verändert oder eingestellt werden, indem der Druck des Sperrfluids in der Kammer 185 gesteuert und/oder geregelt wird. Auf diese Weise kann die radial nach innen gerichtete Kraft auf die rotierenden Dichtungsringsegmente eingestellt oder im Hinblick auf Änderungen der Betriebsbedingungen innerhalb der Dichtung kompensiert werden. Beispielsweise kann eine negative Druckbedingung, bei der der Druck des Fluids an der äußeren Oberfläche 154 der rotierenden Dichtungsringsegmente unter den Druck des Fluids an der inneren Oberfläche 152 der rotierenden Dichtungsringsegmente abfällt, zu einer Spreizung der rotierenden Dichtungsringsegmente führen, wie dies im Einzelnen weiter unten beschrieben wird. Eine negative Druckbedingung kann auch auftreten, wenn der Fluiddruck an der äußeren Oberfläche 154 unter den Druck des zwischen die Dichtungsflächen 18 und 20a, b eingeführten Sperrfluids fällt. Der Ausdruck ”negative Druckbedingung” wird hierbei in der Bedeutung definiert, mit der jede Bedingung erfasst ist, in der der Druck des Fluids an den äußeren Oberflächen der Dichtungsringe und des Halteaufbaus unter dem Druck des Fluids an den inneren Oberflächen der Dichtungsringe und des Halteaufbaus oder des Drucks des den Dichtungsflächen zugeführten Fluids liegt. Bei einer derartigen Bedingung kann eine radial nach innen gerichtete Kraft Frr erzeugt werden, um eine Spreizung der Dichtungsringsegmente zu verhindern und dadurch eine Dichtung zwischen den Dichtungsringsegmentoberflächen 24 aufrecht zu erhalten.
  • Zusätzlich zu der radial nach innen gerichteten Fluidkraft übt das Sperrfluid innerhalb der Kammer 185 eine axiale Fluidkraft Fra auf die rotierenden Dichtungssegmente aus (15A). Komponenten der axialen Fluidkraft Fra führen dazu, dass die O-Ringe 170 und 172 in ihren Sitzpositionen verbleiben und die Dichtungsflächen der Ringe gegeneinander gehalten werden. Die axiale Fluidkraftkomponente Fra1 spannt den O-Ring 170 in Dichtungsberührung mit der äußeren Oberfläche 154 der rotierenden Dichtungsringsegmente und die innere Oberfläche 108 der Haltesegmente vor. Die axiale Fluidkraftkomponente Fra1 ist einer axialen Komponente der Prozessfluidkraft Fpa an der gegenüberliegenden Seite des O-Ringes 170 entgegengerichtet. Der O-Ring 170 kann sich frei zwischen der Oberfläche 160 des rotierenden Dichtungsringes 16 und der Oberfläche 118 des Halteaufbaus 100 bewegen, je nachdem, welcher Fluiddruck größer ist. Die Bewegungsfreiheit wird gegeben, um eine Schwenkbewegung des rotierenden Dichtungsringes um den O-Ring 172 zu ermöglichen. Die axiale Fluidkraftkomponente Fra2 spannt den O-Ring 172 in Dichtungseingriff mit der äußeren Oberfläche 154 der rotierenden Dichtungsringsegmente und die innere Oberfläche 108 der Haltesegmente vor.
  • Ein wesentlicher Vorteil des Merkmals der negativen Drucksteuerung der dargestellten Dichtung liegt darin, dass ein- und dieselbe Gleitringdichtung in verschiedener Umgebung arbeiten kann. Demgemäß ist es nicht notwendig, dass der Endbenutzer eine Vielzahl unterschiedlicher Dichtungstypen vorrätig hält, die für spezielle Anwendungen geschaffen sind. Dies vermindert die Gesamtkosten für den Endbenutzer, weil nur eine einzige Dichtungstype gekauft und vorrätig gehalten werden muss, nämlich die erfindungsgemäße Gleitringdichtung, die so eingestellt werden kann, dass eine Fluidabdichtung unter einer Vielzahl von Arbeitsbedingungen möglich ist.
  • Der Fachmann erkennt ohne weiteres, dass die dargestellte Gleitringdichtung keine Axialbohrung 183 im rotierenden Dichtungsring aufweisen muss, damit die Dichtung in der beabsichtigten Weise arbeiten kann. Beispielsweise kann unter Bedingungen, unter denen die Gefahr einer negativen Druckbedingung unwahrscheinlich ist, der rotierende Dichtungsring 16 ohne Axialbohrung 183 konstruiert werden, ohne dass die Arbeitsweise und Wirksamkeit der Gleitringdichtung 10 beeinträchtigt wird.
  • Wie in den 6 und 11 dargestellt, weist der stationäre Dichtungsring 14 zwei kreisbogenförmige Dichtungsringsegmente 200a, 200b auf, die identisch zueinander sind. Die kreisbogenförmigen stationären Dichtungsringsegmente 200a, 200b haben eine im Wesentlichen glatte bogenförmige innere Oberfläche 202, die sich parallel zur ersten Achse 13 und einer äußeren Oberfläche 204 erstreckt. Das stationäre Dichtungsringsegment weist eine Dichtungsfläche 18 und eine erste äußere Oberfläche 206 auf, die sich im Wesentlichen axial hiervon erstrecken, und eine weitere axial verlaufende zweite äußere Oberfläche 208 ist vorgesehen, die radial nach innen von der ersten äußeren Oberfläche 206 gestuft ist. Die erste äußere Oberfläche 206 und die zweite äußere Oberfläche 208 bilden in Kombination hiermit eine erste ringförmige Verbindungswand 210, die sich radial zwischen der ersten und zweiten äußeren Oberfläche erstreckt. Eine axial verlaufende dritte äußere Oberfläche 212 ist radial nach innen von der zweiten äußeren Oberfläche 208 über eine zweite ringförmige Verbindungswand 214 gestuft, die sich radial zwischen der zweiten und dritten Oberfläche erstreckt. Der stationäre Dichtungsring 14 besitzt eine im Wesentlichen glatte bogenförmige Bodenfläche 216, die der Dichtungsfläche 18 gegenüberliegt. Die stationären Dichtungsringsegmente 200a, 200b besitzen eine Ausnehmung 220, die über der Bodenfläche 216 ausgebildet ist. Der mechanische Federclip 174, der mechanisch mit einer Bodenfläche 55 des Stopfbuchsenaufbaus 30 gekuppelt ist, sitzt in einer Ausnehmung 220 (3 und 16). Durch diese Anordnung wird eine Ausrichtung und ein Sitz des stationären Dichtungsringes 14 in der Kammer 102 erleichtert und es wird eine mechanische Impedanz vorgesehen, um zu verhindern, dass das stationäre Dichtungsringsegment 14 sich mit der Welle 12 und dem rotierenden Dichtungsring 16 dreht. Ein geeigneter mechanischer Clip ist ein solcher, der als Chesterton Mechanical Seal Product Nr. 442 von A. W. Chesterton Co. verfügbar ist.
  • Der Innendurchmesser der inneren Oberfläche 202 des stationären Segmentes ist größer als der Durchmesser der Welle 12 und er ist größer als der Durchmesser der inneren Oberfläche 152 des rotierenden Dichtungsringes 16, so dass eine Bewegung sowohl auf der Welle 12 als auch auf der rotierenden Dichtung 16 relativ zum stationären Dichtungsring 14 erfolgen kann. Mehrere elastomere Glieder, d. h. geteilte O-Ringe 222, 224 und 226, liefern eine radial nach innen gerichtete Vorspannkraft, die ausreicht, um die Segmentdichtungsoberflächen 22 des stationären Dichtungsringsegmentes 14 in Dichtungsberührung mit den anderen stationären Dichtungsringsegmenten zu bringen. Außerdem bilden die O-Ringe 222, 224 und 226 eine fluiddichte und druckdichte Verbindung zwischen dem Stopfbuchsenaufbau 30 und dem stationären Dichtungsring 14. Die O-Ringe 222, 224 sitzen in den Kanälen 48, 46, die in der dritten Oberfläche 42 des Stopfbuchsenaufbaus 30 ausgebildet sind. Der O-Ring 226 ruht gegen die zweite Oberfläche 38 und die erste ringförmige Verbindungswand 40 des Stopfbuchsenaufbaus 30. Der stationäre Dichtungsring ist vorzugsweise aus Kohlenstoff oder Keramikmaterial hergestellt.
  • Gemäß 6, 11 und 15 sind mehrere Sperrfluidbohrungen 228 in den stationären Dichtungsringsegmenten 200a und 200b angeordnet. Die Bohrungen 228 umfassen einen radial verlaufenden Abschnitt 230, der sich radial nach innen von der zweiten äußeren Oberfläche 208 der stationären Dichtungsringsegmente erstreckt und einen axialen Abschnitt 232, der mit dem radialen Abschnitt 230 der Dichtungsfläche 18 der Dichtungssegmente kommuniziert und sich von dort erstreckt. Ein Sperrfluid aus einem Sperrfluidreservoir (nicht dargestellt) wird den Dichtungsflächen 18, 20 der Dichtungsringe und der Nut 180 zugeführt, die in der Dichtungsfläche 20 ausgebildet ist, und die Zuführung erfolgt über die Bohrungen 228.
  • Der Fachmann erkennt, dass die Sperrfluidbohrungen nicht auf die beschriebene und dargestellte Anzahl und Gestalt beschränkt sind. Es kann eine einzige Sperrfluidbohrung vorgesehen werden. Stattdessen ist es möglich, Sperrfluid nach den Dichtungsflächen 18, 20 durch Mittel vorzusehen, die nicht als Bohrung in den Dichtungsringen 14 und 16 ausgebildet sind. Beispielsweise kann das Sperrfluid nach den Dichtungsflächen vom äußeren und/oder inneren Durchmesser der Dichtungsringsegmente über spiralförmige Pumpnuten oder dergleichen zugeführt werden. Auf diese Weise braucht das Sperrfluid nicht notwendigerweise eine getrennte Fluidzufuhr, sondern das Sperrfluid kann von dem Prozessmedium selbst gebildet werden.
  • Ebenso ist die Position und Anordnung der Sperrfluidbohrungen nicht auf die dargestellte Ausführungsform begrenzt und es können abgewandelte Positionen und Anordnungen getroffen werden, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Beispielsweise können die Sperrfluidbohrungen in dem rotierenden Dichtungsring 16 oder dem stationären Dichtungsring 14 angebracht werden und sie können sich von den Dichtungsflächen nach irgendeiner äußeren Oberfläche der Dichtungsringe erstrecken. Zusätzlich können sich die Sperrfluidbohrungen linear von den Dichtungsflächen 18, 20 nach einer äußeren Oberfläche des Dichtungsringes erstrecken.
  • Eine abgewandelte Ausführungsform der Sperrfluidbohrungen ist in 6A dargestellt. Zusätzlich zu den Sperrfluidbohrungen 228 sind axiale Fluidbohrungen 229 vorgesehen, die sich von der Dichtungsfläche 18 nach der Rückseite des stationären Dichtungsringes 14 erstrecken, d. h. nach der zweiten ringförmigen Verbindungswand 214. Die Fluidbohrungen 228 und die axialen Fluidbohrungen 229 können stattdessen gemäß einer Praxis über den Umfang des stationären Dichtungsringes 14 vorgesehen werden. Obgleich diese Konfiguration der Sperrfluidbohrungen sowohl mit einem Sperrgas als auch einer Sperrflüssigkeit betreibbar ist, so ist diese Ausführungsform doch in erster Linie für Anwendungen bestimmt, bei denen eine Sperrflüssigkeit den Dichtungsflächen 18 und 20 zugeführt wird. Die axialen Fluidbohrungen 229 übertragen die Sperrflüssigkeit von der Dichtungsfläche 18 nach der zweiten ringförmigen Verbindungswand 214 an der Rückseite des stationären Dichtungsringes 14. Auf diese Weise wird der Fluiddruck an der Rückseite des stationären Dichtungsringes auf einem Fluiddruck an der Dichtungsfläche 18 gehalten. Demgemäß ermöglicht diese Ausbildung, dass die Dichtung 10 in eine übliche Ausgleichsanordnung zurückgeführt wird und so als herkömmliche Gleitringdichtung mit Berührung arbeitet.
  • Wie am besten aus 15 ersichtlich ist, öffnet sich jeder radiale Abschnitt 230 der Sperrfluidbohrungen 228 an der zweiten äußeren Oberfläche 202 des stationären Dichtungsringes und bewirkt eine Fluidverbindung zwischen den Bohrungen 228 und einer ähnlichen axialen Sperrfluidbohrung 234, die in dem Stopfbuchsenaufbau 30 vorgesehen ist.
  • Die in dem Stopfbuchsenaufbau 30 angeordnete Bohrung 234 öffnet sich an einem Ende an der äußeren Oberfläche 236 des Stopfbuchsenaufbaus und am anderen Ende an einem Abschnitt 42b der dritten Oberfläche des Stopfbuchsenaufbaus 30 (1 und 2). Die O-Ringe 222 und 224 liegen in Nuten 48 und 46 auf beiden Seiten des Abschnitts 42b und bewirken eine fluiddichte und druckdichte Verbindung zwischen den stationären Dichtungsringsegmenten 220a, 220b und dem Stopfbuchsenaufbau 30. Auf diese Weise wird eine fluiddichte, druckdichte Ringkammer zwischen den O-Ringen 222, 224, dem Abschnitt 42 des Stopfbuchsenaufbaus 30 und der zweiten äußeren Oberfläche 208 des stationären Dichtungsringes 14 gebildet, um das Sperrfluid innerhalb dieses Kanals zu halten und das Fluid in die Axialbohrung 228 einzuführen. Das Sperrfluid von einem nicht dargestellten Sperrfluidreservoir wird über die Stopfbuchsenbohrung 234 und die Ringkammer jeder Bohrung 228 des stationären Dichtungsringsegmentes zugeführt.
  • Der mechanische Federclip 174 bewirkt in Kombination mit dem O-Ring 172 die Schaffung einer Axialkraft, um elastisch die stationären und rotierenden Dichtungsringe 14 und 16 abzustützen und die Dichtungsringe so vorzuspannen, dass die stationären und rotierenden Dichtungsflächen 18 und 20 gegeneinander vorgespannt werden. Wie in den 1 und 15 dargestellt, sind die Dichtungsringe 14 und 16 schwimmend und nicht starr im Abstand zueinander und zu den starren Wänden und Flächen der Stopfbuchsenaufbauten und der Halteaufbauten 30, 100 angeordnet. Diese schwimmende und nicht starre Abstützung und die Anordnung im Abstand ermöglicht einen kleinen Radius und axiale Schwimmbewegungen der rotierenden Dichtungssegmente 150a, 150b und der stationären Dichtungsringsegmente 200a, 200b in Bezug aufeinander, wobei die rotierende Dichtungsfläche 20 immer noch folgen kann und in dichtender Verbindung mit der Dichtungsringfläche 18 eingesetzt werden kann. Demgemäß sind die rotierenden und stationären Dichtungssegmente 150a, 150b und 200a, 200b infolge dieser Schwimmwirkung selbstausrichtend.
  • Zusätzlich zu der mechnischen Vorspannung, die durch die Clipfedern 174 bewirkt wird, ist ein zusätzliches Fluidvorspannsystem in der Dichtung 10 gemäß der Erfindung vorgesehen. Wie aus 1, 11 und 15 ersichtlich, umfasst das Fluidvorspannsystem eine radial verlaufende Schließfluidbohrung 240, die radial durch den Stopfbuchsenaufbau 30 geführt ist, um ein Schließfluid einzuführen, das nach einer rückwärtigen Oberfläche geleitet wird, beispielsweise der äußeren Oberfläche 204 der stationären Dichtungsringsegmente 200a, 200b, um eine Schließkraft auf die stationären und rotierenden Dichtungsringe 14, 16 zu erzeugen. Die radial verlaufende Schließfluidbohrung 240 ist benachbart und parallel zur Sperrfluidbohrung 234 angeordnet. Die Schließfluidbohrung 240 öffnet sich an einem Ende an der äußeren Oberfläche 236 des Stopfbuchsenaufbaus und am anderen Ende auf einem Abschnitt 42a der dritten Stopfbuchsenoberfläche 42 und der zweiten ringförmigen Verbindungswand 44 des Stopfbuchsenaufbaus 30. Eine fluiddichte und druckdichte ringförmige Schließfluidkammer 242 ist zwischen den O-Ringen 224, 226 der äußeren Oberfläche 204 der stationären Dichtungsringsegmente 200a und 200b und der inneren Oberfläche des Stopfbuchsenaufbaus angeordnet.
  • Wie am besten aus 15 ersichtlich, wird das Schließfluid mit einem geregelten Druck von einem Schließfluidreservoir (nicht dargestellt) nach der Schließfluidkammer 242 über die Schließfluidbohrung 240 geleitet. Das Schließfluid kann eine Flüssigkeit, ein Gas oder eine Kombination von beiden sein. Das Schließfluid übt eine Fluidschließkraft Ffc auf die stationären und rotierenden Dichtungsringsegmente aus. Die Fluidschließkraft Ff wirkt in Kombination mit einer mechanischen Federschließkraft Fsc, um die Dichtungsflächen 18, 20 aufeinander in Dichtungsbeziehung vorzuspannen. Vorzugsweise gleicht die Summe von Fluidschließkraft Ffc und mechanischer Federschließkraft die Sperrfluidspreizkraft FA aus, so dass eine übermäßige Spreizung der Dichtungsflächen 18 und 20 und ein potentieller Verlust der Abdichtung, z. B. ein übermäßiger Fluidleckstrom, zwischen den Dichtungsflächen 18 und 20 vermieden wird.
  • Die Größe der Fluidschließkraft Ffc kann eingestellt oder reguliert werden, indem der Druck des Fluids innerhalb der Schließfluidkammer 242 eingestellt wird. Die Möglichkeit der Einstellung der Schließkraft an den stationären und rotierenden Dichtungsringsegmenten ergibt wichtige Vorteile. Beispielsweise kann die Größe der Schließkraft geändert werden, um die Dichtungsbeziehung zwischen den Dichtungsflächen 18 und 20 im Falle einer Änderung der Betriebsbedingungen aufrecht zu erhalten. Außerdem kann die Größe der Schließkraft eingestellt werden, um Änderungen der mechanischen Federkraft infolge der Benutzung von Dichtungskomponenten mit unterschiedlichen Toleranzen zu kompensieren. Infolgedessen kann die Gleitringdichtung mit geteilten Ringen 10 in Kombination mit einem Fluidrückführsystem dynamisch die Fluidabdichtung und/oder den Spalt regulieren, die zwischen den Dichtungsringen 18, 20 bestehen, um die Größe des Leckstromes während des Betriebes einzustellen.
  • Ein wichtiger Vorteil des Fluidvorspannsystems besteht darin, dass eine einfache integrale Struktur, beispielsweise in Gestalt der Fluidleitungen, geschaffen wird, um von außen die Spreizweite der Dichtungsflächen einzustellen und die Fluidabdichtung, die zwischen den Dichtungsflächen besteht, einzustellen. Demgemäß kann dieses System in Verbindung mit der Spreizkraft arbeiten, die durch das den Dichtungsflächen 18, 20 zugeführte Sperrfluid verursacht wird oder unabhängig von dem Druckfluid innerhalb der Dichtung 10, um das Ausmaß der Dichtungsflächenberührung einzustellen. Demgemäß kann die erfindungsgemäße Gleitringdichtung 10 die Dichtungsflächenspreizung und die dazwischen ausgebildete Fluidabdichtung über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen einstellen. Dies erhöht die Flexibilität der Dichtung und schafft die Möglichkeit, die Dichtung unter den verschiedensten Umweltbedingungen einzusetzen.
  • Der Fachmann erkennt, dass die Dichtung nicht auf das spezielle Fluidschließsystem beschränkt ist und dass andere Fluidschließsysteme denkbar sind. Beispielsweise könnte ein einziges Fluidreservoir benutzt werden, um sowohl Sperrfluid nach der Nut als auch Schließfluid nach der äußeren Oberfläche des stationären Dichtungsringes zu leiten. Stattdessen könnte das Prozessmedium als Kühlfluid benutzt werden. Außerdem können entweder die mechanischen Federclips 174 oder das Fluidschließsystem als einzige Quelle der axialen Vorspannkraft benutzt werden, wodurch die Notwendigkeit einer weiteren axialen Schließkraft vermieden wird.
  • Die Gleitringdichtung 10 der vorliegenden Erfindung kann ein Druckrückführungssystem (nicht dargestellt) aufweisen, das entweder den Schließdruck oder den Druck des der Dichtung zugeführten Sperrfluids oder beide regelt, um die gewünschte Bedingung an den Dichtungsflächen 18, 20 der Dichtungsringe 14, 16 aufrecht zu erhalten. Das Drucksteuersystem kann Drucksensoren innerhalb oder an der Dichtung aufweisen, um Änderungen im Sperrfluiddruck und Schließfluiddruck im Betrieb festzustellen. Die Drucksensoren können mit einem Steuergerät oder dergleichen in einer geschlossenen Regelschleife oder einer offenen Steuerschleife gekoppelt sein, um den Sperrfluiddruck und/oder den Schließfluiddruck gemäß den Druckänderungen einzustellen, die eine Folge von sich ändernden Betriebsbedingungen sind. Beispiele von Druckrückführungssystemen sind in den US-Patentschriften 2,834,619 und 3,034,797 beschrieben.
  • Stattdessen kann das Druckrückführungssystem eines der Systemfluide benutzen, beispielsweise das Sperrfluid, das Prozessfluid oder das Schließfluid zur Regelung des Fluideingangs und zur Einstellung des Sperrfluiddruckes oder der Schließkraft, basierend auf diesem regulierten Eingang. Wenn dies geschieht, kann das Druckrückführungssystem eine Druckänderung zwischen gewählten Fluiddrücken feststellen und jedes Ungleichgewicht ausgleichen. Das Druckrückführungssystem führt dies zur Korrektur durch, indem das System an einer Hochdruckfluidquelle angeschlossen wird, um zusätzlich Fluid dem System zuzuführen und den Druck darin anzuheben, oder es kann Druck aus dem System abgelassen werden, wenn der Innendruck über einem gewählten Wert liegt.
  • Das Sperrfluid kann nach der äußeren Oberfläche 204 des stationären Dichtungsringes 14 über die Sperrfluidbohrung 234 der Stopfbuchse eingeführt werden, wie dies in den 1, 11 und 15 dargestellt ist. Die O-Ringe 222 und 224, die äußeren Oberflächen 204 der stationären Ringsegmente und die innere Oberfläche des Stopfbuchsenaufbaus bilden in Kombination eine fluiddichte, druckdichte Kammer 270. Ein Sperrfluid, das in die Kammer 270 durch die Stopfbuchsenbohrung 234 eingeführt wird, übt eine radial nach innen verlaufende Fluidkraft Frb auf die äußere Oberfläche 204 der stationären Dichtungsringsegmente aus. Die radial nach innen gerichtete Fluidkraft Frb wirkt in Kombination mit der radial nach innen gerichteten Kraft, die durch die O-Ringe 222, 224 und 226 geliefert wird und mit dem Prozessmedium sowie einer radial nach innen gerichteten Fluidkraft Frc, die durch das Schließfluid innerhalb der Schließfluidkammer 242 gebildet wird, um jedes der stationären Dichtungsringsegment-Dichtungsflächen 22 in Dichtungsberührung mit einem anderen Segment zu bringen, wodurch eine fluiddichte, druckdichte Verbindung aufrecht erhalten bleibt.
  • In einer Weise, die analog dem rotierenden Dichtungsring ist, kann die radial nach innen gerichtete Fluidkraft Frb dadurch eingestellt oder verändert werden, dass der Druck des Sperrfluids in der Kammer 270 gesteuert oder geregelt wird. In gleicher Weise kann die radial nach innen gerichtete Fluidkraft Frc durch Einstellung und/oder Regelung des Druckes des Schließfluids innerhalb der Schließfluidkammer 242 eingestellt oder geändert werden. Auf diese Weise kann die radial nach innen gerichtete Kraft auf die stationären Dichtungsringsegmente zusätzlich zu den rotierenden Dichtungsringsegmenten bei Änderungen der Betriebsbedingungen eingestellt werden. Beispielsweise kann die radial nach innen gerichtete Kraft auf den stationären Dichtungsringsegmenten erhöht werden, um eine Trennung der stationären Dichtungsringsegmente bei negativen Druckbedingungen zu verhindern.
  • Wie allgemein in 14 dargestellt, sind identische Befestigungsmittel aus Kugel und Fassung an den freien Enden der O-Ringe 128, 170, 172, 222, 224 und 226 vorgesehen. An einem Ende werden die O-Ringe schmaler und weisen einen im Wesentlichen halbkugelförmigen Schulterabschnitt 250 und benachbart dazu einen Ringhalsabschnitt 252 auf. Unmittelbar benachbart zu dem Halsabschnitt 252 befindet sich ein im Wesentlichen kugelförmiger Kopfabschnitt 254. Bei der Befestigung wird der Kopfabschnitt 254 in den passenden kugelförmigen Fassungsabschnitt 256 am anderen Ende des O-Ringes derart eingeschoben, dass der ringförmige Halsabschnitt 258 den Halsabschnitt 252 umschließt und aufnimmt, und der Schulterabschnitt 250 gelangt in unmittelbare Berührung mit dem ringförmigen Mantelabschnitt 260. Außerdem sind die O-Ringe 128, 170, 172, 222, 224 und 226 im zusammengesteckten Zustand kontinuierlich und haben eine vollständige Ringstruktur, obgleich sie als geteilte Ringabschnitte dargestellt sind.
  • Beim Zusammenbau werden die rotierenden Dichtungssegmente 150a und 150b um die Welle 12 herum gelegt und im Halteaufbau 100 montiert, indem die Passbohrung 134 des rotierenden Dichtungsringes auf den axial verlaufenden Passstift 132 ausgerichtet wird, der aus der Passbohrung 130 des Halteaufbaus vorsteht. Der O-Ring 170 wird konzentrisch um die rotierenden Dichtungssegmente 150a und 150b gelegt und außerdem in Dichtungsberührung mit der zweiten Haltefläche 112 der rotierenden zweiten äußeren Dichtungsfläche 158 gebracht, und er kann entweder die erste Wand 118 des Halteaufbaus oder die erste Wand 160 der rotierenden Dichtung kontaktieren. In gleicher Weise wird der O-Ring 172 konzentrisch um die rotierenden Dichtungssegmente 150a und 150b gelegt und außerdem in Dichtungsberührung mit der vierten Fläche 115 des Halteaufbaus, mit der dritten Wand 121 des Halteaufbaus, mit der vierten äußeren Oberfläche 166 der rotierenden Dichtung und mit der rotierenden dritten Dichtungswand 168 gebracht. Die O-Ringe 170 und 172 üben eine radial nach innen gerichtete Kraft aus, die ausreicht, um die rotierenden Dichtungsflächen 24 des Dichtungssegmentes 150a in Dichtungsberührung mit jeder der Dichtungsflächen des Dichtungssegmentes 150b zu bringen. Die Haltesegmente 34a und und 34b werden dann durch die Spannschrauben 146 zusammengebracht, die formschlüssig in Aufnahmeöffnungen 144 liegen. Wie in den 1 und 15 dargestellt, liegen die rotierenden Dichtungssegmente 150a und 150b im Abstand zu der inneren Oberfläche 108 des Halteaufbaus und sie werden nicht starr darin durch die O-Ringe 170 und 172 abgestützt, so dass eine kleine radiale und axiale Schwimmbewegung des rotierenden Dichtungsringes 16 zustandekommt.
  • Die stationären Dichtungsringsegmente 200a und 200b werden konzentrisch über der Welle 12 montiert und zusammen durch O-Ringe 222, 224 und 226 festgelegt. Die O-Ringe 222, 224 und 226 bewirken eine radial nach innen gerichtete Kraft auf die stationäre äußere Ringoberfläche 204, die ausreicht, um die Dichtungsflächen 22 des Dichtungssegmentes 200a in Dichtungsberührung mit der Dichtungsfläche 22 des Dichtungssegmentes 200b zu bringen.
  • Die Stopfbuchsensegmente 34a und 34b werden konzentrisch um den Halteaufbau 100 gelegt und die stationären und rotierenden Dichtungsringe 14 und 16 werden miteinander durch Schrauben 90 verbunden, die eingeschraubt werden und die formschlüssig durch die Aufnahmeöffnungen 84 in den Stopfbuchsensegmenten gehalten werden. Die Schraube kann nicht zufällig aus der Dichtung 10 entfernt werden, da sie durch den Stopfbuchsenaufbau 30 durch die erfindungsgemäßen Aufnahmeöffnungen 84 bzw. die Schrauben 90 gesichert ist. Zusätzlich erfordert die Montage der Schrauben 90 nicht notwendigerweise eine Drehung der Welle, da die Schrauben 90 von beiden Seiten des Stopfbuchsenaufbaus 30 erreicht werden können. Stattdessen können andere Dichtungsbefestigungsmittel bekannter Art in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Dichtung benutzt werden.
  • Bevor der Stopfbuchsenaufbau 30 fest am Gehäuse 11 montiert wird, sollten die Welle 12, der Halteaufbau 100 und die stationären und rotierenden Dichtungsringe 14, 16 innerhalb der Kammer 102 zentriert werden. Beispiele geeigneter Zentriermechanismen sind in der US-PS 5,571,268 beschrieben, die auf den Inhaber des vorliegenden Patentes übertragen ist.
  • Wenn der Stopfbuchsenaufbau 30 und der Halteaufbau 100 ordnungsgemäß ausgerichtet sind, werden die Stopfbuchsendichtung 80 und die Haltedichtung 142 in getrennten Dichtungsnuten 64, 140 aufgenommen, die auf gegenüberliegenden Dichtungsflächen von Stopfbuchsen- und Haltesegmenten angeordnet sind. Diese Doppelfangkonfiguration schafft die Möglichkeit, dass die Dichtung 10 höheren Drücken widerstehen kann ohne eine Verminderung des Druckes und ohne die Fluiddichtungen an den Segmentdichtungsflächen zu beeinträchtigen. Zusätzlich bilden die O-Ringe 222, 224 und 226 eine druckdichte und eine fluiddichte Verbindung zwischen der inneren Oberfläche der Stopfbuchse und der äußeren Oberfläche 204 des stationären Dichtungsringes 14.
  • Nachdem die Dichtung 10 zusammengebaut und im Pumpengehäuse 11 montiert ist, wird das Prozessmedium in der Prozessfluidkammer 300 abgedichtet, wie dies in den 1 und 15 dargestellt ist. Die Prozessfluidkammer wird durch die innere vierte Stopfbuchsenoberfläche 50 und fünfte Oberfläche 54, durch die dritte Wand 52 der Stopfbuchse, durch die O-Ringe 170 und 222, die äußere Oberfläche 106 und die erste und zweite innere Oberfläche 110, 112 des Halteaufbaus, die erste äußere Oberfläche 156 des rotierenden Dichtungsringes 16 und die erste und zweite Oberfläche 206, 208 der ersten Verbindungswand 210 des stationären Dichtungsringes 14 definiert. Das Umgebungsmedium, im typischen Fall Luft, füllt eine Umgebungsfluidkammer 310, die im typischen Fall gegenüber der Prozesskammer 300 abgedichtet ist, die definiert ist durch die inneren Oberflächen 152, 202 des stationären und des rotierenden Dichtungsringes, durch die vierte Wand 169 des rotierenden Dichtungsringes 16, durch den O-Ring 128 und durch die Welle 12. Die Ausdrücke ”Umgebung” und ”Umgebungsmedium” sollen alle möglichen äußeren Umgebungen oder Medien einschließen, die unterschiedlich sind von der Prozessumgebung oder dem Prozessmedium.
  • Die Dichtungsflächen 22, 24 des stationären und des rotierenden Segmentes werden in Dichtungsberührung mit dem anderen Segment des Paares durch die Radialkraft der O-Ringe 170, 172, 222, 224 und 226 gebracht. Der Druck des Prozessmediums innerhalb der Prozesskammer 300 übt eine zusätzliche radial nach innen gerichtete Kraft aus, die proportional ist zu dem Prozessfluiddruck auf die äußere Oberfläche 156 des rotierenden Dichtungsringsegmentes und die erste und zweite äußere Oberfläche 206, 208 des stationären Dichtungsringsegmentes, wobei die Segmentdichtungsflächen 22, 24 gegeneinander vorgespannt werden.
  • Der O-Ring 128 verhindert ein Durchsickern von Prozessfluid längs der Welle 12 und in die Umgebungsfluidkammer 310 hinein. Die flache Dichtung 60 verhindert das Durchsickern von Prozessfluid längs des Gehäuses 11 und durch die Dichtung 10. Die O-Ringe 170, 172, 222, 224 und 226 verhindern, dass Prozessfluid in die Umgebungsfluidkammer 310 über den Halteaufbau 100 bzw. den Stopfbuchsenaufbau 30 eintritt.
  • Im Betrieb wird ein Sperrfluid in die Nut 180 und auf die Dichtungsflächen 18, 20a, 20b über die Sperrfluidbohrungen 228 in dem stationären Dichtungsring 14 eingeführt. Das Sperrfluid übt eine primär hydrostatische Hubkraft auf die Dichtungsflächen 18, 20a und 20b aus, die eine Spreizung wenigstens eines Teils der stationären Dichtungsringfläche 18 von wenigstens einem Teil der rotierenden Dichtungsringfläche 20a und 20b bewirkt, um dazwischen einen Spalt zu bilden. Das Sperrfluid füllt den zwischen den Dichtungsflächen gebildeten Spalt, wodurch die Dichtungsflächen 18 und 20 voneinander abgehoben bleiben, um eine Fluiddichtung zwischen dem Prozessmedium in der Prozesskammer 300 und dem Umgebungsfluid in der Umgebungsfluidkammer 310 zu schaffen. Der Spalt wird mit einer vorbestimmten Breite aufrecht erhalten oder er ist einstellbar, um den Leckstrom über den Dichtungsflächen zu minimieren, wobei gleichzeitig die Dichtungsflächen voneinander abgehoben werden, um eine Abnutzung zu reduzieren.
  • Das Sperrfluid hat eine zweifache Wirkung auf die Dichtung 10. Erstens kann das Sperrfluid die Abnutzung auf den Dichtungsflächen vermindern, indem die Größe der direkten Reibungsverbindung zwischen den Dichtungsflächen 18 und den Dichtungsflächen 20a und 20b vermindert wird, was zu einer längeren Lebensdauer der Dichtungskomponenten führt. Zweitens bewirkt das Sperrfluid eine Übertragung der durch direkte Reibungsberührung zwischen den Dichtungsflächen erzeugten Wärme von diesen Dichtungsflächen weg, und dies führt zu einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung über die Dichtung 10, so dass die nützliche Lebensdauer der Dichtungskomponenten verlängert wird, indem die thermischen Beanspruchungen vermindert werden, denen die Komponenten ausgesetzt sind.
  • Außerdem schafft die erfindungsgemäße Gleitringdichtung die erforderliche Flexibilität und ermöglicht den Betrieb mit unterschiedlichen Sperrfluiden, z. B. Gasen oder Flüssigkeiten oder Kombinationen hiervon. Diese Flexibilität ist möglich, weil der Bereich der direkten Reibungsberührung zwischen den Dichtungsflächen dadurch eingestellt werden kann, dass der Sperrfluiddruck und der Schließfluiddruck geändert werden, wodurch die Größe der hydrostatischen Hubkraft geändert wird, um den gewünschten Spreizspalt zu erzielen. Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass der Spreizspalt bei Anwendung eines Sperrgases größer ist als bei Anwendung einer Sperrflüssigkeit, und zwar wegen der im typischen Fall besseren Wärmeübertragungseigenschaften der Flüssigkeiten, verglichen mit Gasen. Demgemäß kann bei Anwendungen, bei denen ein Sperrgas bevorzugt wird, der Spreizspalt auf eine geeignete Breite eingestellt werden, die für das gewählte Sperrgas günstig ist, wodurch die Abnutzung der Dichtungsflächen verhindert wird. In gleicher Weise kann bei Anwendungen, bei denen eine Sperrflüssigkeit zu bevorzugen ist, der Spreizspalt so eingestellt werden, dass eine geeignete Breite für die gewählte Sperrflüssigkeit erhalten wird, wodurch die Abnutzung auf den Dichtungsflächen verhindert wird.
  • Die erfindungsgemäße Dichtung 10 ergibt den weiteren Vorteil, dass sie ausschließlich geteilte Ringe besitzt und vorzugsweise eine berührungsfreie Dichtung geschaffen wird, bei der ein Teil einer jeden Dichtungskomponente, z. B. der Stopfbuchsenaufbau, der Halteaufbau, die stationären und die rotierenden Dichtungsringe und die O-Ringe geteilt ausgebildet sind. Diese geteilte Ringausbildung ermöglicht den Ersatz oder die Reparatur beschädigter Dichtungskomponenten, wobei die Montage oder die Demontage der geteilten Dichtungsringkomponenten vorgenommen werden kann, ohne dass es notwendig wäre, das gesamte Gerät, z. B. die Pumpe oder dergleichen, auseinanderzunehmen und ohne dass es notwendig wäre, die Dichtung über das Ende der Welle zu schieben.
  • Außerdem beeinträchtigt die geteilte Ausbildung der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung 10 nicht die Dichtungsintegrität der Dichtung. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Dichtung 10 ist derart, dass ein radialer Fluidleckstrom an den Dichtungsflächen 22, 24, 62 und 138, zwischen den geteilten Segmenten 150, 200, 34 und 104 der stationären und rotierenden Dichtungsringe an dem Stopfbuchsenaufbau und an dem Halteaufbau verhindert wird. In gleicher Weise wird ein Fluidleckstrom über die stationären und rotierenden Dichtungsflächen 18, 20a und 20b verhindert durch die Kombination der axialen Schließkräfte, die auf die Dichtungsringe ausgeübt werden und die die Dichtungsflächen gegeneinander in Dichtungsbeziehung vorspannen und die Dichtungsflächen ausrichten.
  • Im Normalbetrieb ist der Druck des Prozessmediums in der Prozessfluidkammer 300 größer als der Druck des Umgebungsfluids in der Umgebungsfluidkammer 310 (die positive Druckbedingung) und das Prozessfluid übt eine radial nach innen gerichtete Kraft auf die äußeren Oberflächen 204, 154 der stationären und rotierenden Dichtungsringe und die äußere Oberfläche 106 des Halteaufbaus 100 aus, wie dies in den 1 und 15 dargestellt ist. Die radial nach innen gerichtete Kraft, die durch das Prozessmedium erzeugt wird, unterstützt den Zusammenhalt der Segmente der Dichtungsringe und des Halteaufbaus in einer fluiddichten Beziehung.
  • Wenn der Druck des Prozessmediums in der Prozessfluidkammer 300 unter den Druck des Umgebungsfluids in der Umgebungsfluidkammer 310 fällt (die negative Druckbedingung), dann übt das Umgebungsfluid eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die inneren Oberflächen 202, 152 des stationären bzw. rotierenden Dichtungsringes aus. Wenn die Druckdifferenz, die während dieser Bedingung erzeugt wird, derart ist, dass die radial nach außen gerichtete Kraft größer ist als die radial nach innen gerichtete Kraft, die durch die O-Ringe ausgeübt wird, dann können sich die Dichtungsringsegmente trennen, und dies führt zu einem Leckstrom über die Dichtungsflächen.
  • Um diese Art des Leckstroms über die Dichtungsflächen 18, 20 und die Dichtungsflächen 22, 24 unter negativen Druckbedingungen zu vermeiden, wird die radial nach außen gerichtete Kraft auf die Dichtungsringe, die von dem Umgebungsfluiddruck herrührt, ausgeglichen durch die radial nach innen gerichtete Kraft, die durch die O-Ringe 222, 224 und 226 auf die stationären Dichtungsringsegmente 200a und 200b durch die O-Ringe 170 und 172 auf die rotierenden Dichtungsringsegmente 150a und 150b in Kombination mit der radial nach innen gerichteten Kraft ausgeübt wird, die durch das Sperrfluid innerhalb der Kammer 185 auf die äußere Oberfläche 154 der rotierenden Dichtungsringsegmente ausgeübt wird. Die radial nach innen gerichtete Kraft Frr wirkt in Kombination mit der radial nach innen gerichteten Kraft, die durch die O-Ringe 170 und 172 erzeugt wird, um jede der rotierenden Dichtungssegmentoberflächen 24 in Dichtungsberührung mit dem anderen Segment während dieser Bedingung zu halten, wodurch eine fluiddichte und druckdichte Verbindung erhalten bleibt.
  • Im Betrieb wirkt der O-Ring 172 als elastisches Schwenkglied, um das der rotierende Dichtungsring 16 schwenken kann, um eine koplanare Ausrichtung und eine Dichtungsbeziehung zwischen der rotierenden Dichtungsringfläche 18 und der stationären Dichtungsringfläche 20 aufrecht zu erhalten. Auf diese Weise wird eine Konusbildung der Dichtungsflächen und ein Verlust der Fluidabdichtung zwischen den Dichtungsflächen verhindert. Zusätzlich wird durch das Vorhandensein des O-Ringes 172 und die Schwenkmöglichkeit dieses O-Ringes eine radiale Abhebung der Dichtungsflächen 20a und 20b von den konzentrischen Dichtungsflächen ermöglicht, ohne dass die Fluidabdichtung zwischen den Dichtungsflächen 18 und 20a, b verlorengeht. Demgemäß schafft die Schwenkwirkung des O-Ringes 172 die Möglichkeit einer elastischen Schwenkbewegung des rotierenden Dichtungsringes 16 während des Betriebes der Gleitringdichtung 10 sowohl im berührungsfreien Zustand als auch im Zustand mit Gleitberührung, wobei gleichzeitig eine koplanare Ausrichtung zwischen den gegenüberliegenden Dichtungsflächen gewährleistet bleibt.
  • Das Fluidvorspannsystem führt ein Schließfluid nach der äußeren Oberfläche 204 der stationären Dichtungsringsegmente 200a und 200b, um eine Schließkraft auf die stationären und rotierenden Dichtungsringe 14, 16 auszuüben. Das Schließfluid wird unter einem geregelten Druck der Schließfluidkammer 242 über die Schließfluidbohrung 240 zugeführt. Das Schließfluid übt eine Fluidschließkraft Ffc auf die stationären und rotierenden Dichtungsringsegmente aus. Die Fluidschließkraft wirkt in Kombination mit einer mechanischen Federschließkraft Fsc, um die Dichtungsflächen 18 und 20 aufeinander in Dichtungsbeziehung vorzuspannen. Während des Betriebes gleicht die Summe der Fluidschließkraft Ffc und die mechanische Federschließkraft Fsc die Sperrfluidspreizkraft FA aus, um eine zu große Spreizung der Dichtungsflächen 18 und 20 zu verhindern und um einen potentiellen Dichtungsverlust zu verhindern, z. B. einen übermäßigen Fluidleckstrom zwischen den Dichtungsflächen 18 und 20.
  • Das Fluidvorspannsystem verbessert die Flexibilität der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung 10 und schafft die Möglichkeit, die Dichtung unter zahlreichen Umgebungsbedingungen einzusetzen, indem eine einfache integrierte Struktur geschaffen wird, d. h. Fluidleitungen, um von außen das Ausmaß der Spreizung der Dichtungsflächen einzustellen und die Fluidabdichtung zwischen den Dichtungsflächen zu regeln. Das System kann in Kombination mit der Spreizkraft arbeiten, die durch das Sperrfluid auf die Dichtungsflächen 18, 20 ausgeübt wird oder unabhängig vom Druckfluid, das in der Dichtung 10 enthalten ist, um das Ausmaß der Dichtungsflächenberührung einzustellen. Demgemäß kann die Gleitringdichtung 10 die Dichtungsflächenspreizung regeln oder einstellen und es kann auch die Fluidabdichtung dazwischen über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen eingestellt werden.
  • Der Fachmann erkennt, dass die erfindungsgemäße Dichtung 10 in einer Doppelanordnung oder Tandemanordnung benutzt werden kann, wobei mehrere Dichtungen 10 oder Dichtungsringe axial verteilt über die Welle angeordnet sind, obgleich vorstehend nur eine Anordnung mit einer einzigen Dichtung beschrieben wurde.
  • Es ist ersichtlich, dass die Erfindung in günstiger Weise die vorstehend erwähnten gestellten Aufgaben erfüllt. Dabei können gewisse Abwandlungen der oben beschriebenen Konstruktion getroffen werden, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, und es sollen alle konstruktiven Eigenheiten nur als Beispiel angesehen werden und nicht im beschränkenden Sinne.

Claims (50)

  1. Mechanische Gleitringdichtung mit geteilten Ringen zur Herstellung einer Fluidabdichtung zwischen einem Gehäuse (11) und einer rotierenden Welle (12) mit einem ersten Dichtungsring (14), der wenigstens zwei Spaltringdichtungssegmente und eine radial verlaufende erste Dichtungsfläche (18) aufweist und mit einem zweiten Dichtungsring (16), der wenigstens zwei Spaltringdichtungssegmente und eine radial verlaufende zweite Dichtungsfläche (20A, 20B) aufweist, wobei die ersten und zweiten Dichtungsflächen einander gegenüberliegen und einer der Dichtungsringe, nämlich entweder der erste Dichtungsring (14) oder der zweite Dichtungsring (16), mit der rotierenden Welle (12) verbunden ist, um mit dieser zu rotieren, während der andere Dichtungsring, nämlich der erste Dichtungsring oder der zweite Dichtungsring, mit dem Gehäuse verbunden ist, gekennzeichnet durch Mittel (228, 180, 183, 185), um die Dichtungsringsegmente von zweitem Dichtungsring (16) unter einer negativen Druckbedingung fluidmäßig in Dichtungsbeziehung zueinander zu halten, indem ein Sperrfluid einer äußeren Oberfläche des zweiten Dichtungsringes zugeführt wird.
  2. Gleitringdichtung mit geteilten Ringen nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch Mittel (228) zum Einführen des Sperrfluid nach der ersten Dichtungsfläche und der zweiten Dichtungsfläche, um eine allgemein primäre hydrostatische Kraft zu erzeugen und wenigstens einen Teil der ersten Dichtungsfläche (18) von wenigstens einem Teil der zweiten Dichtungsfläche (20A, 20B) abzuheben.
  3. Gleitringdichtung mit geteilten Ringen nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch Mittel (240, 242, 204), um ein Schließfluid nach einer rückwärtigen Oberfläche (214) des ersten Dichtungsringes (14) einzuführen und eine Schließkraft auf den ersten Dichtungsring auszuüben, wobei die Schließkraft die ersten und zweiten Dichtungsflächen (18, 20A, 20B) aufeinander zu vorspannt.
  4. Gleitringdichtung mit geteilten Ringen nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch Mittel (228) zum Einführen eines Fluid nach der ersten Dichtungsfläche (18) und der zweiten Dichtungsfläche (20A, 20B) und durch Spaltringträgermittel (30), die wenigstens zwei Tragsegmente (34A, 34B) aufweisen, um den ersten Dichtungsring (14) mit dem Gehäuse (11) oder der rotierenden Welle (12) zu koppeln.
  5. Gleitringdichtung mit geteilten Ringen nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch Mittel (228) zum Einführen eines Fluid nach der ersten Dichtungsfläche (18) und der zweiten Dichtungsfläche (20A, 20B) und durch Mittel (172) zur Aufrechterhaltung einer koplanaren Ausrichtung von erster Dichtungsfläche (18) und zweiter Dichtungsfläche (20A, 20B).
  6. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtungsring (14) mit dem Gehäuse (11) und der zweite Dichtungsring (16) mit der Welle (12) umläuft.
  7. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltringträgermittel (30) einen gespaltenen Stopfbuchsenaufbau (30) mit wenigstens zwei Stopfbuchsensegmenten (34A, 34B) aufweisen, die dichtungsmäßig mit einer äußeren Oberfläche (204) des ersten Dichtungsringes (14) gekoppelt sind und den ersten Dichtungsring (14) mit dem Gehäuse (11) verbinden.
  8. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 6, weiter gekennzeichnet durch einen Spaltringhalteaufbau (100), der wenigstens zwei Haltesegmente (104A, 104B) aufweist, um den zweiten Dichtungsring (16) mit der rotierenden Welle (12) zu koppeln.
  9. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 8, weiter gekennzeichnet durch wenigstens ein elastisches Spaltglied (170, 172), das zwischen dem Spaltringhalteaufbau (100) und einer äußeren Oberfläche (154) des zweiten Dichtungsringes (16) gefügt ist, um elastisch an dem zweiten Dichtungsring anzugreifen und eine Dichtung dazwischen zu bilden, wobei das elastische Spaltglied beispielsweise elastisch den zweiten Dichtungsring in Axialrichtung abstützen kann.
  10. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Spaltglied (172) vorgesehen ist, um eine Verschwenkung des zweiten Dichtungsringes (16) um das elastische Spaltglied zu ermöglichen, um die erste Dichtungsfläche (18) auf die zweite Dichtungsfläche (20A, 20B) ausgerichtet zu halten.
  11. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 8, weiter gekennzeichnet durch elastische Wellenspaltring-Dichtungsmittel (128), die zwischen der rotierenden Welle (12) und dem Spaltringhalteaufbau (100) angeordnet sind, um eine Fluidabdichtung zwischen der Welle und dem Spaltringhalteaufbau zu schaffen.
  12. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 6, weiter gekennzeichnet durch einen Spaltringhalteaufbau (100) mit wenigstens zwei Haltesegmenten (104A, 104B), um radial den zweiten Dichtungsring (16) abzustützen und den zweiten Dichtungsring mit der rotierenden Welle zu koppeln, ein elastisches erstes Spaltglied (170), das zwischen dem Spaltringhalteaufbau (100) und einer äußeren Oberfläche (154) des zweiten Dichtungsringes (16) angeordnet ist, um elastisch am zweiten Dichtungsring anzugreifen und eine Dichtung dazwischen zu bilden, und wobei der Spaltringträgeraufbau die folgenden Teile aufweist: einen gespaltenen Stopfbuchsenaufbau (30) mit wenigstens zwei Stopfbuchsensegmenten (34A, 34B), die dichtungsmäßig mit einer äußeren Oberfläche (204) des ersten Dichtungsringes (14) verbunden sind und den ersten Dichtungsring mit dem Gehäuse verbinden, und ein zweites elastisches Spaltglied (222, 224), das zwischen dem gespaltenen Stopfbuchsenaufbau (30) und der äußeren Oberfläche (204) des ersten Dichtungsringes (14) angeordnet ist, um elastisch an dem ersten Dichtungsring anzugreifen und eine Dichtung dazwischen zu bilden.
  13. Mechanische Spaltringdichtung nach den Ansprüchen 2, 4 oder 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einführen eines Fluid eine Nut (180) aufweisen, die in der ersten Dichtungsfläche (20) angeordnet ist.
  14. Mechanische Spaltringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas oder eine Flüssigkeit oder eine Kombination hiervon ist.
  15. Mechanische Spaltringdichtung nach den Ansprüchen 2, 4 oder 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einführen eines Fluid nach der ersten und zweiten Dichtungsfläche aus einer Fluidleitung (228) bestehen, die durch den ersten Dichtungsring (14) geführt ist.
  16. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (228) eine erste Endöffnung an der ersten Dichtungsfläche (18) aufweist und sich axial durch den ersten Dichtungsring hindurch erstreckt.
  17. Mechanische Spaltringdichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltringträgermittel (30) eine Sperrfluidleitung (234) aufweisen, die darin ausgebildet ist, wobei die Sperrfluidleitung in der Nähe und in Fluidverbindung mit der Fluidleitung (228) vorgesehen ist, die in dem ersten Dichtungsring angeordnet ist.
  18. Mechanische Spaltringdichtung nach den Ansprüchen 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einführen eines Fluid nach der ersten Dichtungsfläche (18) und der zweiten Dichtungsfläche (20) folgende Teile aufweisen: eine kontinuierlich umlaufende Nut (180) in der ersten Dichtungsfläche, und eine Fluidleitung (183), die durch den zweiten Dichtungsring (16) verläuft und eine Öffnung an der zweiten Dichtungsfläche aufweist, um eine Fluidverbindung zwischen der Fluidleitung und der Nut herzustellen.
  19. Mechanische Spaltringdichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 4 oder 5 bis 18, weiter gekennzeichnet durch Mittel (240, 242) zum Einführen eines Schließfluid nach der rückwärtigen Oberfläche (214) des ersten Dichtungsringes (14), um eine Schließkraft auf den ersten Dichtungsring auszuüben, wobei die Schließkraft die ersten und zweiten Dichtungsflächen aufeinander zu vorspannt.
  20. Mechanische Spaltringdichtung nach den Ansprüchen 3 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließfluid einer Ringkammer (242) zugeführt wird, die von wenigstens zwei elastischen Gliedern (226, 224) gebildet wird, die um den ersten Dichtungsring (14) herum angeordnet sind.
  21. Mechanische Spaltringdichtung nach den Ansprüchen 2 bis 12 oder 19 bis 20, weiter gekennzeichnet durch Mittel (183, 185), um fluidmäßig die Dichtungsringsegmente des ersten Dichtungsringes (16) in Dichtungsbeziehung unter einem negativen Druck zu halten.
  22. Mechanische Spaltringdichtung nach den Ansprüchen 1 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die fluidmäßig die Dichtungsringsegmente des ersten Dichtungsringes in Dichtungsbeziehung halten, eine Fluidleitung (183) aufweisen, die in dem ersten Dichtungsring angeordnet ist, um Fluid an eine äußere Oberfläche (154) des ersten Dichtungsringes heranzuführen.
  23. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (183) erste und zweite Enden besitzt, wobei das erste Öffnungsende auf der ersten Dichtungsfläche liegt und in Fluidverbindung mit den Mitteln (228) steht, die Fluid nach der ersten und zweiten Dichtungsfläche einführen.
  24. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende der Fluidleitung nach der äußeren Oberfläche (154) des Dichtungsringes offen ist.
  25. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (228) zum Einführen eines Fluid nach der ersten und zweiten Dichtungsfläche folgende Teile umfassen: eine kontinuierlich umlaufende Nut (180) in der ersten Dichtungsfläche, und und eine zweite Fluidleitung (183), die durch den zweiten Dichtungsring (16) verläuft, wobei die zweite Fluidleitung eine Öffnung an der zweiten Dichtungsfläche aufweist, um eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Fluidleitung und der Nut zu bewirken.
  26. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (228) in dem ersten Dichtungsring (14) in Fluidverbindung mit der Nut (180) und der zweiten Fluidleitung (183) steht, wobei das Fluid, das der ersten und zweiten Dichtungsfläche (18, 20) über die Nut (180) und die zweite Fluidleitung (183) zugeführt wird, mit der äußeren Oberfläche des ersten Dichtungsringes über die erste Leitung in Verbindung steht.
  27. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Druckbedingung eine Bedingung umfasst, in der der Fluiddruck an der äußeren Oberfläche (154) des zweiten Dichtungsringes (16) kleiner ist als der Fluiddruck an der inneren Oberfläche (152) des zweiten Dichtungsringes (16).
  28. Mechanische Spaltringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 27, weiter gekennzeichnet durch Mittel (172), um eine koplanare Ausrichtung von erster Dichtungsfläche (18) und zweiter Dichtungsfläche (20A, 20B) aufrecht zu erhalten.
  29. Mechanische Spaltringdichtung nach den Ansprüchen 5 und 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Aufrechterhaltung einer koplanaren Ausrichtung der Dichtungsflächen ein elastisches Spaltglied (172) aufweisen, das um den zweiten Dichtungsring (16) benachbart zur rückwärtigen Oberfläche (168) des zweiten Dichtungsringes angeordnet ist, um eine Verschwenkung des zweiten Dichtungsringes um das elastische Spaltglied zu ermöglichen.
  30. Mechanische Spaltringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter gekennzeichnet durch einen gespaltenen Stopfbuchsenaufbau (30) mit wenigstens zwei Stopfbuchsensegmenten (34A, 34B), die mit einer äußeren Oberfläche (206) des ersten Dichtungsringes (14) gekoppelt sind, um den ersten Dichtungsring mit dem Gehäuse (11) zu verbinden.
  31. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite elastische Spaltglied (172) vorgesehen ist, um eine Verschwenkung des zweiten Dichtungsringes um das zweite elastische Spaltglied zu ermöglichen.
  32. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 31, weiter gekennzeichnet durch ein drittes elastisches Spaltglied (170), das zwischen dem Spaltringhalteaufbau (100) und der äußeren Oberfläche (154) des zweiten Dichtungsringes angeordnet ist, um elastisch an dem zweiten Dichtungsring anzugreifen und eine radiale Trennung der Dichtungsringsegmente des zweiten Dichtungsringes zu verhindern und um eine Dichtung dazwischen zu schaffen.
  33. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte elastische Spaltglied (170) selektiv an einer der äußeren Oberflächen (154) des zweiten Dichtungsringes (16) und einer inneren Oberfläche des Halteaufbaus anstößt.
  34. Mechanische Spaltringdichtung nach den Ansprüchen 2, 4, 5 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einführen eines Fluid nach der ersten und zweiten Dichtungsfläche einen Spalt bilden, der eine vorgewählte Breite besitzt und zwischen der ersten und zweiten Dichtungsfläche liegt, wobei die Dichtung weiter Einstellmittel (240, 242) aufweist, um die Spaltbreite im Betrieb einzustellen.
  35. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmittel Fluideinführungsmittel aufweisen, um ein Schließfluid der rückwärtigen Oberfläche (214) des ersten Dichtungsringes (14) zuzuführen, um eine selektiv veränderbare Schließkraft auf den ersten Dichtungsring zu erzeugen, damit die Spaltbreite im Betrieb eingestellt werden kann.
  36. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einführen eines Schließfluid eine Fluidleitung (240) aufweisen, die in dem gespaltenen Stopfbuchsenaufbau (30) angeordnet ist, um ein Schließfluid der rückwärtigen Oberfläche (214) des ersten Dichtungsringes (14) zuzuführen und so eine Schließkraft auf den ersten Dichtungsring auszuüben, wobei die Fluidleitung eine Öffnung in der Nähe der rückwärtigen Oberfläche des ersten Dichtungsringes aufweist, um das Schließfluid nach der rückwärtigen Oberfläche gelangen zu lassen.
  37. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließfluid einer Ringkammer (242) zugeführt wird, die durch wenigstens zwei elastische Glieder (224, 226) gebildet wird, die um den ersten Dichtungsring herum angeordnet sind.
  38. Mechanische Spaltringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltringdichtung eine berührungslose Dichtung ist.
  39. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung gemäß einem Betriebsmodus als mechanische Spaltberührungsdichtung arbeitet und so ausgestaltet ist, dass sie gemäß einem anderen Betriebsmodus als mechanische berührungslose Spaltringdichtung arbeitet.
  40. Mechanische Spaltringdichtung nach den Ansprüchen 1 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die die Dichtungsringsegmente fluidmäßig zusammenhalten, eine radiale Trennung der Dichtungsringsegmente verhindern, indem eine radial nach innen gerichtete Kraft ausgeübt wird.
  41. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die allgemein primäre hydrostatische Kraft, die durch die Mittel zum Einführen erzeugt werden, die axiale Trennung zwischen der ersten Dichtungsfläche und wenigstens einem Teil der zweiten Dichtungsfläche aufrecht erhält.
  42. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltringträgermittel außerdem wenigstens ein elastisches Spaltglied (222, 224) aufweisen, das zwischen dem gespaltenen Stopfbuchsenaufbau (30) und der äußeren Oberfläche (204) des ersten Dichtungsringes (14) angeordnet ist, um elastisch auf den ersten Dichtungsring (14) einzuwirken und eine Dichtung dazwischen zu erzeugen.
  43. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (180) kontinuierlich um die erste Dichtungsfläche herum verläuft.
  44. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut so angeordnet ist, dass sie zwei konzentrische Dichtungsflächen (20A, 20B) auf der ersten Dichtungsfläche bildet, wodurch eine Doppeldichtung zwischen der ersten Dichtungsfläche und der zweiten Dichtungsfläche erzeugt wird.
  45. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut auf der ersten Dichtungsfläche angeordnet ist, um Stege (20A, 20B) auf beiden Seiten der Radialnut (180) zu bilden.
  46. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung eine zweite Endöffnung an einer äußeren Oberfläche (206) des ersten Dichtungsringes (14) aufweist.
  47. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid, das fluidmäßig die Dichtungsringsegmente hält, einer Ringkammer (185) zugeführt wird, die durch wenigstens zwei elastische Glieder (172, 170) gebildet wird, die auf der äußeren Oberfläche des ersten Dichtungsringes ausgebildet sind.
  48. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 30, weiter gekennzeichnet durch ein erstes elastisches Spaltglied (222, 224), das zwischen dem gespaltenen Stopfbuchsenaufbau (30) und der äußeren Oberfläche (206) des ersten Dichtungsringes angeordnet ist, um elastisch den ersten Dichtungsring zu beaufschlagen und eine radiale Trennung der Dichtungsringsegmente des ersten Dichtungsringes zu verhindern und eine Dichtung dazwischen zu bilden.
  49. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 30, weiter gekennzeichnet durch einen Spaltringhalteaufbau (100), der wenigstens zwei Haltesegmente (104A, 104B) aufweist, die an einer äußeren Oberfläche (154) des zweiten Dichtungsringes (16) angekoppelt sind, um den zweiten Dichtungsring (16) mit der rotierenden Welle zu koppeln.
  50. Mechanische Spaltringdichtung nach Anspruch 30, weiter gekennzeichnet durch ein zweites elastisches Spaltglied (170, 172), das zwischen dem Spaltringhalteaufbau (100) und einer äußeren Oberfläche des zweiten Dichtungsringes angeordnet ist, um elastisch auf den zweiten Dichtungsring einzuwirken und eine Dichtung dazwischen zu schaffen, um eine radiale Trennung der Dichtungsringsegmente des zweiten Dichtungsringes zu verhindern.
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