DE8334688U1

DE8334688U1 - Gleitring-dichtungsanordnung

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Publication number: DE8334688U1
Application number: DE19838334688
Authority: DE
Original assignee: Martin Merkel & Co Kg 2102 Hamburg De GmbH
Current assignee: Martin Merkel & Co Kg 2102 Hamburg De GmbH
Priority date: 1983-12-02
Filing date: 1983-12-02
Publication date: 1984-02-23
Also published as: GB8430471D0; GB2150651A; FR2556053A1; GB2150651B

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitring-Dichtungsanordnung mit einer Welle, einem die Welle unter Einschluß eines Dichtungsraums umgebenden Dichtungsgehäuse, einer am hochdruckseitigen den Dichtungsraum abschließenden Gleitringdichtung und einer im Dichtungsraum vorgesehenen Pumpe, die diesen in einen Teil niederen Drucks, der mit einem Flüsslgkeitszuführungskanal verbunden ist, und einen der Gleitringdichtung zugewendeten Teil höheren Drucks teilt, der mit einem Flüssigkeitsabführungskanal verbunden ist.

Bei einer bekannten Dichtung dieser Art (DE-AS 19 13 397) ist die Pumpe als Schraubenpumpe ausgebildet, die aus einem Paar einander konzentrisch umgebender, einander radial gegenüberstehender Schraubengänge besteht, die das dazwischen befindliche Medium unter dem Einfluß der Flüssigkeitsreibung je nach Drehrichtung in der einen oder anderen Axialrichtung för-

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dem. Zum einen soll die Pumpe der Zirkulation des als Kühl- und Schmiermittel dienenden Mediums dienen; aum anderen soll der von ihr erzeugte Druck je. nach Drehrichtung den Gleitring be- oder entlasten. Dafür reichen die verhältnismäßig geringen Drücke aus, die mit einer solchen Pumpe erreicht werden können.

Bekannt sind ferner Gleitringdichtungen, die als Sperrmediumsdichtung ausgebildet sind. Unter einer Sperrmediumsdichtung versteht man eine Anordnung, in welcher an

die den abzudichtenden Raum einschließende Dichtung ein mit einem Sperrmedium gefüllter Raum grenzt, dessen Druck höher ist als der in dem abzudichtenden Raum. Dadurch wird sichergestellt, daß bei Leckage höchstens Sperrmedium in den abzudichtenden Raum fließt, nicht aber Medium aus dem abzudichtenden Raum herausgelangen kann. Man verwendet Sperrmediumsdichtungen vornehmlich 2ur Abdichtung giftiger, schädlicher, oder sehr wertvoller Medien. Bekannte Gleitring-Dichtungsanordnungen mit Sperrmedium umfassen ein Paar von Gleitring-Sichtungen, zwischen denen der das Sperrmedium enthaltende Dichtungsraum eingeschlossen ist. Dieser ist über einen Flüssigkeitszufuhrkanal mit einer äußeren Sperrmediumsquelle verbanden, die auch den Sperrdruck erzeugt. Zu Kühlzwecken kann das Sperrmedium im Kreislauf geführt werden mittels eines Flüssigkeitsabführungskanals, der zu einem äußeren Kühler und zur Saugseite der äußeren Sperrmediumsquelle führt. Der für die Bereitstellung und den Anschluß der äußeren Sperrmediumsquelle notwendige Aufwand ist verhältnismäßig hoch, nicht nur weil die Sperrmediumsquelle als gesondertes Aggregat vorgesehen sein ipuß, sondern auch weil für die Funktion der Sperrmediumsquelle hohe Sicherheit garantiert sein muß, damit keinesfalls

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infolge Ausfalls des Sperrdrucks abzudichtendes Medium austreten kann. Ferner hat die bekannte Anordnung den Nachteil/ daß sie aufwendig ist wegen der Verwendung von zwei Gleitringdichtungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sperrmediumsdichtung unter Verwendung einer Gleitring-Dichtungsarordnung zu schaffön, die höhe Betriebssicherheit bei ge-« ringem Aufwand verspricht.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der eingangs beschriebene Typ einer Gleitring-Dichtungsanordnung verwendet wird und zur Bildung einer Sperrmediumsdichtung die darin vorgesehene Pumpe als Verdrängerpumpe ausgebildet und der Flüssigkeitsabführungskanal ein auf einen bei Betriebsdrehzahl höheren Druck als der abzudichtende Druck bemessenes Strömungswiderstandselement enthält.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat gegenüber vorbekannten, von einer äußeren Druckmediumsquelle abhängigen Sperrmediumsdichtungen den Vorteil größerer Betriebssicherheit, weil der Betrieb der in der Dichtungsanordnung enthaltenen Pumpe unlösbar mit der Drehung der abzudichtenen Welle gekoppelt ist, während bei einer externenQuelle zusätzliche Unsicherheiten hinzutreten.

Die erfindungsgemäße Lösung ist auch weniger aufwendig, und zwar nicht nur wegen des Fehlens einer gesonderten ex-

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ternen Sperrmediumsquelle, sondern auch weil das äußere Ende des Dichtungsraums nicht mit dem vollen Sperrdruck, sondern mit einem wesentlich geringeren Druck beaufschlagt ist und daher dort eine einfachere Dichtung/ beispielsweise eine Lippendichtung, Manschette oder dergleichen ausreicht.

Das Strömungswiderstandselement kann eine einfache Drossel sein, deren Strömungsquerschnitt so bemessen ist, daß bei der durch die Drehzahl und die Kenndaten der Pumpe gegebenen Betriebsfördermenge der Pumpe vor der Drossel ein Druck gestaut wird, der höher ist als der abzudichtende Druck jenseits der Gleitring-Dichtung. Eine solche Drossel kann auch verstellbar, beispielsweise als Nadelventil, ausgeführt sein. Die Ausführung des Strömungswiderstandselements als Drossel eignet sich ausgezeichnet für solche Anwendungsfälle, in denen die Höhe des abzudichtenden Drucks quadratisch von der Drehzahl abhängt, beispielsweise bei der Abdichtung einer Kreiselpumpenwelle; denn die Kennlinie des Sperrdrucks über der Drehzahl läßt sich durch geeignete Bemessung der Pumpe und der Drossel leicht so einstellen, daß sie in allen Drehzahlbereichen hinreichend oberhalb des abzudichtenden Drucks liegt.

Sehr zweckmäßig kann es auch sein, wenn die Drossel selbsttätig abhängig vom höheren Druck im Dichtungsraum verstellbar ist, indem die Drossel vorzugsweise als oberhalb des abzudichtenden Drucks einstellbares Druckbegrenzungsventil ausgeführt ist. In diesem Zusammenhang kann auch eine solche Drossel erwähnt werden, die verstellbar ist mittels einer Regelungseinrichtung, in welcher der abzudichtende Druck und/oder der höhere Druck im Druckraum oder (insbesondere bei geschlossenen Systemen) der Druck im Flüssigkeitszuführungskanai als Führungs- größe verwendet wird.

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Die Ausführung der Drossel als Druckbegrenzungsventil hat neben der Einfachheit und dem im Vergleich mit einer unverstellbaren Drossel häufig geringeren Energieverbrauch den Vorteil, daß der volle Sperrmediumsdruck schon bei Betriebsbeginn, d.h. wenn die Welle zu drehen beginnt und das rechnerische Fördervolumen der Pumpe ihre Leckmenge übersteigt, zur Verfügung steht. Die Drehzahlgrenze, bei welcher diese Bedingung erfüllt ist und der Sperrdruck voll aufgebaut ist, kann je nach den herrschenden Verhältnissen durch Auswahl einer geeigneten Pumpengröße bestimmt werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den großen Vorteil, daß die Pumpe als eine Art zusätzliche Dichtung wirkt, nämlich insofern, als von der dem abzudichtenden Raum zugewendeten Gleitringdichtung her der Druck im Bereich der Pumpe vom Sperrdruck auf einen wesentlich niedrigeren Druck abfällt, der dem Außendruck auf der Niederdruckseite gleichen oder angenähert sein kann, so daß eine im Vergleich mit der hochdruckseitigen Gleitringdichtung einfache Dichtungsbauart für den niederdruckseitigen Abschluß der Dichtungsanordnung ausreicht, beispielsweise eine Lippendichtung,Manschette oder dergleichen. Die Annäherung des niederdruckseitigen Drucks in der Dichtungsanordnung an den niederdruckseitigen Außendruck kann nach der Erfindung zweckmäßigerweise dadurch erzielt werden, daß der Flüssigkeitszuführungskanal «alt einem höher als der Dichtungsraum gelegenen, mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Flüssigkeitsbehälter verbunden ist, dessen statischer Druck dann den im Dichtungsraum herrschenden Niederdruck bestimmt. Durch eine solche Anordnung kann ferner erreicht werden, daß im Dichtungsraum auch während des Stillstands der Welle ein für die zuverlässige Abdichtung gegenüber dem dann noch vorhandenen Mediumsdruck hinreichender Sperrmediumsdruck aufrechterhalten wird. Wenn es hingegen er-

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forderlich ist, bei Wellenstillstand einen höheren Druck als Spenmediumsdruck aufrechtzuerhalten, so kann dies dadurch gewährleistet werden, daß mit dem Flüssigkeitsabführungskanal in Strömungsrichtung vor dem S-trömungswiderstandselement ein Druckspeicher verbunden ist, dessen Druck bei Wellenstillstand zur Beaufschlagung des Teils höheren Drucks des Dichtungsraums zur Verfügung steht. Wenn das Erfordernis eines angehobenen Sperrdrucks in diesem Teil des Dichtungsraums nur für kurze Zeiten von Betriebsunterbrechungen besteht, kann der durch die Verdrängerpumpe bei deren Stillstand gegebene Strömungswiderstand dafür sorgen, daß der Druck nicht ohne weiteres zur Niederdruckseite hin abfließt. Wenn die Aufrechterhaltung des Drucks für einen längeren Seitraum notwendig ist, kann die Pumpe mit einem Rückschlagventil versehen werden. Ein solches Rückschlagventil kann auch im Flüssigkeitszuführungskanal tngeordnet sein, was dann allerdings die *' Möglichkeit einschließt, daß auf der Niederdruckseite des Dichtungsraums während des Betriebstillstands sich ein hoher Druck einstellt und daß demzufolge die niederdruckseitige Abdichtung des Dichtungsraums hochwertiger ausgeführt werden muß als wenn dort nur solche Drücke zu erwarten sind, die in der Größenordnunq des Außendrucks liegen.

Als Pumpe wird bevorzugt edne Flügelzellenpumpe verwendet, obwohl auch andere volumetrisch fördernde Pumpen anwendbar sind, beispielsweise Zahnradpumpen.

Die Statorscheiben der Pumpe können nach einem v/eiteren Merkmal der Erfindung mit demjenigen Teil der Dicintungsanordnungen drehfest verbunden sein, mit dem auch der axial bewegliche Ring der Gleitringdichtung verbunden ist, wobei die diesen Ring beaufschlagende Feder sich an der ihm zugewendeten Statorscheibe abstützt. Der Teil, mit dem die Statorscheiben der Pumpe verbunden sind, ist zweckmäßigerweise das Dichtungsgehäuse.

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Wenn im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gleitring-Dichtungsanordnung von einer Welle die Rede ist, so soll damit ganz allgemein das relativ zum Dichtungsgehäuse umlaufende Dichtungs-Gegenglied gemeint sein, unabhängig von seiner konkreten Gestalt. Der Begriff soll daher auch Wellenhülsen sowie solche relativ zum Gehäuse drehbaren Rotationskörper einschließen, deren an der Begrenzung des Dichtungsraums beteiligte Oberfläche - anders als bei üblichen Wellenformen - nicht axial langgestreckt gestaltet ist.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel in einem Axialschnitt veranschaulicht.

Die Wellenhülse 1 trägt an ihrem einen Ende am Außenumfang den mit ihr umlaufenden, axial feststehenden Gleitring 2, der durch einen O-Ring 3 ihr gegenüber abgedichtet ist und eine radial ebene Gleitfläche 4 bildet. Sie weist eine i/n wesentlichen zylindrische äußere Oberfläche 5 auf. Ihre Innenfläche 6 ist passend zu einer sie tragenden,, nicht dargestellten Welle ausgebildet und enthält eine Nut 7 zur drehfesten Verbindung mit der Welle über eine Paßfeder oder einen Stift 8.

Das koaxial zur Hülse 1 angeordnete Dichtungsgehäuse 9 bildet eine im wesentlichen zylindrische Innenfläche 10, die die Außenfläche 5 der Weilenhülse konzentrisch umgibt zur Bildung des Dichtungsraums 11, der an seinem dem abzudichtenden Raum 12 zugewendeten Ende den axial beweglichen, mit dem Gleitring 2 zusammenwirkenden >Jleitring (Gegenring) enthält/ der mittels eines Ringeinsatzee 14 die mit der Gleitfläche 4 des Gleitrings 2 zusammenwirkende Dicht-

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fläche bildet. Der Gleitring 13 ist gegenüber dem Dichtungsgehäuse 9 durch einen Nutring 15 abgedichtet.

Am entgegengesetzten Ende ist der Dichtungsraum 11 durch einen Deckel 16 mit Wellendichtung 17 abgeschlossen.

Eingepaßt in die Innenfläche 10 des Dichtungsgehäuses ist der Stator der Flügelzellenpumpe, der aus der druckseitigen Steuerscheibe 18/ dem inneren Gehäusering 19 und der niederdruckseitigen Steuerscheibe 20 besteht/ die durch einen in der schnittebene nicht erscheinenden, durch die strichpunktierte Linie 21 angedeuteten Bolzen zueinander und zum Gehäuse drehfest gehalten sind. In axialer Richtung werden sie durch einen Bund 22 des Deckels 16 und einen Bund 23 des Dichtungsgehäuses zusammengehalten. Zwischen den Steuerscheiben 18, 20 ist auf der Hülse 1 radial innerhalb der Scheibe 19 der Pumpenrotor 24 angeordnet, der mit der Hülse über die Kugel 25 drehfest verbunden ist, die in geeigneten Ausnehmungen der Hülse und des Rotors liegt. Der Rotor enthält die Schieber der Pumpe, die auf der Innenfläche der Scheibe 19 gleiten und zwischen sich die Pumpenzellen einschließen, ohne daß dies im einzelnen erläutert werden muß, weil dieser Pumpentyp allgemein bekannt ist.

Die den Gleitring 13 axial gegen den Gleitring 2 pressende Feder 26 stützt sich an der hochdruckseitigen Steuerscheibe 18 der Pumpe ab. Auch ein Stift 27 zum Festhalten des Gleitrings 13 ist an seinem festen Ende in der Steuerscheibe 18 gehalten.

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Die Pumpe ist so angeordnet, daß sie bei der vorgesehenen Drehrichtung der Welle 1 gegenüber dem Gehäuse 9 die im Dichtungsraum 11 enthaltene Flüssigkeit von der in der Zeichnung linken Seite nach rechts fördert. Der zwischen der Pumpe und der Gleitringdichtung eingeschlossene Teil des Dichtungsraums ist daher von dem Förderdruck der Pumpe beaufschlagt. Dieser Teil des Diehtungsraums ist mit einem FlüssigkeitsäbfUhrungskanal 28 verbunden, der ein federbelastetes Kugelrückschlagventil 29 als Druckbegrenzungsventil enthält/ dessen Druck mittels der Schraube 30 einstellbar ist. Das Druckbegrenzungsventil 29 ist so eingestellt/ aaß der Sperrdruck an der Gleitringdichtung um das erforderliche Maß höher als der abzudichtende Druck im Raum 12 ist. Die Pumpe ist so bemessen/ daß ihre Fördermenge ihre Leckmenge bei derjenigen Drehzahl übersteigt/ bei welcher der volle Sperrdruck einsetzen muß. Oberhalb dieser Drehzahl öffnet das Ventil 29, und der Sperrdruck bleibt von da an im wesentlichen konstant.

Der der Gleitringdichtung abgewandte Teil des Dichtungsraums 11 ist mit einem Flüssigkeitszuführungskanal 31 verbunden, der über ein äußeres, nicht dargestelltes Flüssigkeitsreservoir sowie ggf. einen Fühler mit dem FlüssigkeitsäbfUhrungskanal 28 verbunden ist. Die Anordnung ist zweckmäßigerweise so getroffen, daß sich in diesem äußeren Teil des Dichtungsraums ein Druck einstellt, der ein wenig oberhalb des Drucks in dem Niederdruckraum 32 (beispielsweise Atmosphärendruck) liegt, damit der Wellendichtung 17 hinreichend geschmiert ist und keine Luft angesaugt wird.

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Claims

1. Gleitring-Dichtungsanordnung mit einer Welle, einem die Welle unter EInSChIuB eines Dichtungsraums umgebenden Dichtungsgehäuse, einer am hochdruckseitigen Ende den Dichtungsraum abschließenden Gleitringdichtung und einer im Dichtungsraum vorgesehenen Pumpe, die diesen in einen Teil niederen Drucks, der mit einem Flüssigkeitszuführungskanal verbunden ist, und einen der Gleitringdichtung zugewendeten Teil höheren Drucks teilt, der mit einem Flüssigkeitsabführungskanal verbunden ist, "'dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer Sperrmediumsdichtung die Pumpe (18, 19, 20, 27) als Verdrängerpumpe ausgebildet ist und der Flüssigkeitsabführungskanal (28) ein auf einen bei Betriebsdrehzahl höheren Druck als der abzudichtende Druck bemessenes Strömungswiderstandselement (29) enthält.

2. Gleitring-Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungswiderstandselement eine Drossel ist.

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3. Gleitring-Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel verstellbar ist.

4. Gleitring-Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel selbsttätig abhängig vom höheren

% Druck verstellbar ist.

5. Gleitring-Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, daciarch ge-

^έ kennzeichnet, daß die Drossel ein oberhalb des abzudichtenden

Drucks einstellbares Druckbegrenzungsventil (29) ist.

6. Gleitring-Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitszuführungskanal mit einem höher als der Dichtungsraum gelegenen mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Flüssigkeitsbehälter verbunden ist.

^: 7. Gleitring-Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckteil des Dichtungsraums (11) durch eine Lippendichtung (17), Manschette oder dergleichen abgeschlossen ist.

8. Gleitring-Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine Flügelzellenpumpe ist.

9. Gleitring-Dichtungsanorndung nc-.cn Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorscheiben (18,20) der

₍ Pumpe mit demjenigen Teil (9) der Dichtungsanordnung

drehfest verbunden sind, mit dem auch der axial bewegliche Ring (13) der Gleitringdichtung (2/13) verbunden

j: iSt₇ und daß eine diesen Ring beaufschlagende Feder (26)

sich an der ihm zugewendeten Statorscheibe (18) abstützt.

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10. Gleitring-Dichtungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet/ daß die Statorscheiben (18/ 20) mit dem Dichtungegehäuse (9) verbunden sind.

11. Gleitring-Diehtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10/ dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Pumpenwelle verbunden ist.

12. Gleitring-Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche

1 bis 11/ dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Flüssigkeitsabführungskanal in Ströimxngsrichtung vor dem Strömungswiderstandselement edL··» Druckspeicher verbunden ist.