WO2005068843A1 - Montageanordnung für eine gleitringdichtungsanordnung - Google Patents

Montageanordnung für eine gleitringdichtungsanordnung Download PDF

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WO2005068843A1
WO2005068843A1 PCT/EP2004/011924 EP2004011924W WO2005068843A1 WO 2005068843 A1 WO2005068843 A1 WO 2005068843A1 EP 2004011924 W EP2004011924 W EP 2004011924W WO 2005068843 A1 WO2005068843 A1 WO 2005068843A1
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WO
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slide ring
ring
rotating component
contact area
arrangement according
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/011924
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Haselbacher
Thomas Keller
Klaus Lang
Günther Lederer
Original Assignee
Burgmann Industries Gmbh & Co. Kg
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Filing date
Publication date
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Publication of WO2005068843A1 publication Critical patent/WO2005068843A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F16J15/3436—Pressing means
    • F16J15/3452—Pressing means the pressing force resulting from the action of a spring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/126—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F16J15/3472—Means for centering or aligning the contacting faces

Definitions

  • the invention relates to a mounting arrangement for mounting a first slide ring of a slide ring seal arrangement comprising a first and a second slide ring on a rotating component. It also relates to a mechanical seal arrangement optimized for use in such a mounting arrangement.
  • FIG. 1 A known assembly arrangement of the generic type is shown in FIG. 1 and is described in more detail below.
  • This assembly arrangement requires the provision of driver elements between the parts for the transmission of a torque from a rotating system part, for example a pump impeller, to the respective slide ring, which not only makes assembly more difficult and the number of components is increased, but also modifications, for example cutouts , must be made on the slide ring, in which the driver elements can engage.
  • Recesses are particularly undesirable in the case of sliding rings made of wear-resistant ceramic materials, since they can have both deleterious effects on the strength and the deformation behavior of the sliding rings at elevated temperatures.
  • the invention has for its object to provide a mounting arrangement of the type mentioned, which enables a mechanical seal assembly to be installed with reduced effort with a simplified structure, the operating behavior of the mechanical seal arrangement should at least correspond to that due to conventional assembly, but is preferably improved.
  • a mounting arrangement for mounting a first slide ring of a mechanical seal arrangement comprising a first and a second slide ring on a rotating component, the first slide ring having a bore through which the rotating component is guided essentially concentrically, and a pair of the first slide ring has axially delimiting end faces, one of which has a sealing surface for interacting with a sealing surface of the second slide ring
  • which mounting arrangement is characterized by an elastic clamping arrangement which is arranged essentially concentrically to the rotating component and which has an axial end on a first, rotationally fixedly connected to the rotating component Is supported and with its other axial end on the other end face of the first slide ring within a first contact area, and a second contact part linked to the rotating component on which the first slide ring is supported on one end face within a second contact area, the first contact area being radially delimited by a distance dimension from the bore that is less than or equal to the distance dimension by which the second contact area is radially delimited by
  • a feature of the invention is that the rotating slide ring is no longer in direct contact with the system part, for example the pump impeller of a centrifugal pump, or is supported on it, so that the quality of the contact surfaces concerned no special requirements are made. These surfaces therefore do not require any surface treatment. It also makes no difference whether a certain precise alignment is maintained between the system part and the slide ring.
  • a tensioning arrangement is provided between the system part and the slide ring, which on the one hand fixes the slide ring in a clamped manner, in such a way that a desired aligned relationship of the slide ring to the stationary counter ring is maintained and maintained during operation, and on the other hand ensures that the system part a torque is transmitted to the slide ring so that both parts rotate together.
  • a separate secondary sealing element e.g. in the form of an O-ring can be omitted by taking over the function of the interacting surfaces between the slide ring and the shoulder. This simultaneously improves the loose fit property of the sliding ring on the rotating component or the shaft bushing. At the same time, this enables a reduced overall height of the slide ring, which results in a lower mass and thus less centrifugal forces acting on the slide ring during operation.
  • the slide ring can have a desired simple rectangular cross-sectional configuration. This is particularly advantageous when the slide ring is to be formed from highly wear-resistant ceramic materials. At the same time, the risk of unpredictable distortions of the slide ring caused by cross-sectional irregularities during operation of the mechanical seal arrangement is substantially reduced. The exact alignment of the slide ring with respect to the counter ring and compliance with this alignment during operation is guaranteed. Changes in shape of the slide ring as a result of temperatures which change during operation cannot lead to any warpage of the slide ring, since the clamping arrangement enables flexible yielding to such changes in shape.
  • the invention is therefore particularly suitable for use in mechanical seal arrangements which are designed for sealing gaseous media, compliance with certain configurations of a sealing gap formed between the interacting mechanical seals being of particular importance for minimal leakage.
  • the mechanical seal arrangement itself can have a simplified structure.
  • Another aspect of the invention is therefore an improved mechanical seal assembly for use in a mounting assembly having the aforementioned construction.
  • the simplification manifests itself in particular in the simple rectangular cross-sectional configuration of the rotating slide ring of the mechanical seal arrangement, which can be free of recesses or other cross-sectional irregularities.
  • FIG. 1 is a sectional view of a conventional mounting arrangement for a mechanical seal assembly of conventional design, shown in connection with the sealing of a pump impeller shaft against a housing, Fig. 2 in a view similar to FIG. 1, a mounting arrangement and mechanical seal arrangement according to the invention, and
  • FIG. 3 shows an enlarged view of a detail from FIG. 2.
  • the invention is described below in connection with the sealing of the drive shaft of the impeller of a centrifugal pump with respect to a pump housing, the invention is not restricted to this field of application.
  • the invention is also not limited to the sealing of gaseous media, which is referred to in more detail below, but can also be used for sealing liquid media with similarly advantageous effects.
  • the pump housing bears the reference number 1.
  • a pump impeller 3 is mounted in a known manner on a drive shaft 2.
  • a mechanical seal arrangement is provided which bears the general reference number 4 and comprises a first or rotating slide ring 5 and a second or rotationally fixed slide ring 6.
  • the sliding rings 5, 6 have, in a known manner, opposing cooperating sealing surfaces, between which a sealing gap is formed during operation in order to seal an area on the outside against an area on the inside of the sliding rings 5, 6.
  • the second slide ring 6 is held axially movably on mounting glasses 7 mounted on the housing 1.
  • the pretensioning device 8 can be two or more pretensioning springs arranged circumferentially distributed, which have one end on the mounting glasses 7 and support with the other end on the slide ring 6.
  • a secondary seal 9 in the form of an O-ring is arranged in a recess in the second slide ring 6 and is in sealing relationship with the circumferential surface of a tubular extension 10 of the mounting glasses 7 in order to seal the sliding ring 6 with respect to the mounting glasses 7.
  • the first slide ring 5 is provided for common rotation with the pump impeller 3 or the drive shaft 2 and has opposite end faces 11, 12, of which one 11 faces the pump impeller 3 and is in contact with a finely machined end face 13 of the pump impeller 3.
  • the sealing surface of the sliding ring 5 is formed on the opposite end face 12.
  • axially protruding drive pins 15 are provided from the pump impeller 3 (only one is shown), which engage in recesses in the slide ring 5 which are aligned therewith and which are introduced on the end face 11 thereof.
  • a secondary sealing element 16 is also provided, which can be designed in the form of an O-ring.
  • the secondary sealing element 16 is arranged in a groove in a bushing 17 mounted on the shaft 2 and is in sealing relationship with an opposite inner peripheral surface of the slide ring 5.
  • the pump impeller 3 is supported on a shoulder 18 of the shaft 2 by means of the bushing 17.
  • structures capable of conveying which have the effect that the medium to be sealed during operation of the mechanical seal arrangement 4 creates a medium cushion between the sealing surfaces, so that contactless running the mechanical seal assembly is obtained.
  • Such structures with a beneficial effect and their effects are known to the person skilled in the art, so that a detailed explanation is unnecessary.
  • BURGMANN, Gas Seals, Diverlag 1997, p. 16 with examples of suitable configurations of the structures with a positive impact on funding.
  • FIG. 2 The embodiment of a mounting arrangement according to the invention shown in FIG. 2 is explained below.
  • the first or rotating slide ring 5 is designed according to the invention without recesses for driving pins or the like and preferably has a simple rectangular cross-sectional configuration.
  • the slide ring 5 can therefore be made of highly wear-resistant materials, such as sintered ceramics based on SiC or Al 2 O 3 , without any problems.
  • the torque transmission from the pump impeller 3 to the slide ring 5 is not carried out according to the invention by means of driver pins or the like, but by an elastic tensioning arrangement 20 arranged between the slide ring 5 and the pump impeller 3, which is preferably designed in the form of a plate spring.
  • an elastic pressure cushion or a simple hydraulic arrangement could also be provided.
  • the clamping arrangement 20 is supported at one end on the end face 13 of the pump impeller 3 which, unlike in the known mounting arrangement, does not require any surface treatment. At the other end, the clamping arrangement 20 is supported on the slide ring 5, specifically at a limited contact region indicated at 21, which is provided near the inner circumference or the bore 23 of the slide ring 5.
  • a spacer sleeve or a spacer ring 19 can be supported between the pump impeller 3 and the facing end of the shoulder 18 of the drive shaft 2 Socket 17 may be arranged.
  • the sliding ring 5 is placed on the spacer ring 19.
  • the spacer ring 19 on the one hand defines a suitable axial distance that is to be maintained between the bushing 17 and the pump impeller 3, and on the other hand exerts a centering effect on the slide ring 5.
  • the spacer ring 19 has a smaller radial dimension than that of the bushing 17, so that a shoulder 22 is defined between the bushing 17 and the spacer ring 19, on which the sliding ring 5 is axially supported with a narrow region of its end face 12. Since the axial dimension of the slide ring 5 is smaller than the length of the spacer ring 19, in the embodiment of the invention shown this also defines the extent to which the clamping arrangement 20 is tensioned when the mechanical seal arrangement 4 is installed.
  • the sliding ring 5 is clamped between the clamping arrangement 20 and the shoulder 22 by the clamping force exerted by the clamping arrangement 20 in a fixed position.
  • the clamping force of the clamping arrangement 20 is selected such that a slip-free transmission of a rotational force from the pump impeller 3 via the clamping arrangement 20 to the slide ring 5 can take place simultaneously with the clamping fixation.
  • the contact area 21 of the clamping arrangement 20 on the slide ring 5 is limited to a radial section on its end face 11, which is limited to a smaller or the same radial distance dimension from the bore 23 than the radial outer and inner limits of the shoulder 22. This ensures that the clamping force exerted by the clamping arrangement 20 on the slide ring 5 does not exert a tilting moment on the slide ring 5 arranged in Lossitz on the spacer ring 19, so that the bracing has no effects on a specific orientation of the slide ring 5 with respect to the rotationally fixed slide ring 6 and during operation can form and maintain a sealing gap between the sealing surfaces of the sliding rings 5, 6, which has a desired leakage-minimizing configuration, cf. BURGMANN, Gas Seals, op. Cit., Page 18.
  • the contact surfaces between the slide ring 5 and the bushing 17 on the contact area 22 can have a surface condition, for example by grinding or lapping, that a sealing relationship is obtained between the prevailing clamping forces of the clamping arrangement 20.
  • This can make the additional provision of a secondary sealing element as in the conventional assembly arrangement unnecessary. If desired, however, sealing by means of a secondary sealing element similar to the known assembly arrangement can also be provided. It goes without saying that instead of a separate design of the bushing 17 and the spacer ring 19, a one-piece configuration can also be provided.

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Abstract

Eine Montageanordnung für die Montage eines ersten Gleitringes (5) einer einen ersten und zweiten Gleitring umfassenden Gleitringdichtungsanordnung an einem rotierenden Bauteil (2), wobei der erste Gleitring (5) eine Bohrung (23), durch die der rotierende Bauteil im Wesentlichen konzentrisch hindurchgeführt ist, und ein Paar den ersten Gleitring axial begrenzende Stirnseiten (11,12) aufweist, von denen eine eine Dichtfläche zum Zusammenwirken mit einer Dichtfläche des zweiten Gleitringes (6) aufweist. Eine im Wesentlichen konzentrisch zum rotierenden Bauteil (2) angeordnete elastische Spannanordnung (20) ist vorgesehen, die mit einem axialen Ende an einem ersten, drehfest mit dem rotierenden Bauteil verknüpften Anlageteil (3) und mit ihrem anderen axialen Ende an der anderen Stirnseite (11) des ersten Gleitringes (5) innerhalb eines ersten Anlagebereiches (21) abgestützt ist. An einem zweiten mit dem rotierenden Bauteil verknüpften Anlageteil (17, 18) ist der erste Gleitring an der einen Stirnseite (12) innerhalb eines zweiten Anlagebereiches (22) abgestützt. Der erste Anlagebereich (21) ist um ein Abstandsmass von der Bohrung (23) radial begrenzt, das kleiner oder gleich dem Abstandsmass ist, um das der zweite Anlagebereich (22) von der Bohrung radial begrenzt ist, so dass der erste Gleitring zwischen dem ersten und -zweiten Anlageteil (3,17,18) elastisch drehmomentübertragend verspannt ist.

Description

Montageanordnung für eine Gleitringdichtungsanordnung
Die Erfindung betrifft eine Montageanordnung für die Montage eines ersten Gleitringes einer einen ersten und zweiten Gleitring umfassenden Gleitringdichtungsanordnung an einem rotierenden Bauteil. Sie betrifft ferner eine zur Verwendung bei einer derartigen Montageanordnung optimierte Gleitringdichtungsanordnung.
Eine bekannte Montageanordnung der gattungsgemässen Art ist in Fig. 1 gezeigt und wird nachfolgend näher beschrieben. Diese Montageanordnung erfordert für die Übertragung einer Drehkraft von einem rotierenden Anlageteil, z.B. einem Pumpenlaufrad, auf den betreffenden Gleitring das Vorsehen von Mitnehmerelementen zwischen den Teilen, wodurch nicht nur die Montage erschwert wird und die Anzahl an Bauteilen erhöht ist, sondern auch Modifikationen, z.B. Aussparungen, am Gleitring vorgenommen werden müssen, in die die Mitnehmerelemente eingreifen können. Aussparungen sind insbesondere bei Gleitringen aus verschleissfesten keramischen Materialen unerwünscht, da sie sowohl schädliche Auswirkungen auf die Festigkeit als auch das Verformungsverhalten der Gleitringe bei erhöhten Temperaturen haben können. Ausserdem bedingt die Einhaltung einer bestimmten Ausrichtung des Gleitringes in Bezug einen damit zusammenwirkenden drehfest gehaltenen Gegenring, dass die Anlageverhältnisse des Gleitringes am Anlageteil präzise definiert sein müssen, was entsprechend fein bearbeitete und genau ausgerichtete Anlageflächen erforderlich macht. Bei Betrieb infolge von Temperaturänderungen auftretende Formänderungen können hierbei leicht unerwünschte Effekte ausüben. Schliesslich erfordert die bekannte Anordnung das Vorsehen einer Sekundärdichtung in Gestalt eines O-Ringes oder dgl., um den Gleitring gegenüber dem rotierenden Bauteil, z.B. einer Wellenbuchse abzudichten. Die Sekundärdichtung hat notwendigerweise einen einschränkenden Einfluss auf den gewünschten Lossitz, mit dem der Gleitring auf der Wellenbuchse angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Montageanordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei vereinfachtem Aufbau eine Montage einer Gleitringdichtungsanordnung mit verringertem Aufwand ermöglicht, wobei das Betriebsverhalten der Gleitringdichtungsanordnung wenigstens dem aufgrund von herkömmlicher Montage entsprechen sollte, vorzugsweise jedoch verbessert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Montageanordnung für die Montage eines ersten Gleitringes einer einen ersten und zweiten Gleitring umfassenden Gleitringdichtungsanordnung an einem rotierenden Bauteil, wobei der erste Gleitring eine Bohrung durch die der rotierende Bauteil im Wesentlichen konzentrisch hindurchgeführt ist, und ein Paar den ersten Gleitring axial begrenzende Stirnseiten aufweist, von denen eine eine Dichtfläche zum Zusammenwirken mit einer Dichtfläche des zweiten Gleitringes aufweist, welche Montageanordnung gekennzeichnet ist durch eine im Wesentlichen konzentrisch zum rotierenden Bauteil angeordnete elastische Spannanordnung die mit einem axialen Ende an einem ersten, drehfest mit dem rotierenden Bauteil verknüpften Anlageteil und mit ihrem anderen axialen Ende an der anderen Stirnseite des ersten Gleitringes innerhalb eines ersten Anlagebereiches abgestützt ist, und ein zweiter mit dem rotierenden Bauteil verknüpfter Anlageteil an dem der erste Gleitring an der einen Stirnseite innerhalb eines zweiten Anlagebereiches abgestützt ist, wobei der erste Anlagebereich um ein Abstandsmass von der Bohrung radial begrenzt ist, das kleiner oder gleich dem Abstandsmass ist, um das der zweite Anlagebereich von der Bohrung radial begrenzt ist, so dass der erste Gleitring zwischen dem ersten und zweiten Anlageteil elastisch drehmomentübertragend verspannbar ist.
Ein Merkmal der Erfindung ist, dass der rotierende Gleitring nicht mehr in unmittelbarer Anlage mit dem Anlageteil, z.B. dem Pumpenlaufrad einer Kreiselpumpe, steht bzw. an diesem abgestützt ist, so dass an die Beschaffenheit der betreffenden Anlageflächen keine speziellen Anforderungen gestellt werden. Diese Flächen erfordern deshalb keinerlei Oberflächenbearbeitung. Auch spielt es keine Rolle, ob zwischen dem Anlageteil und dem Gleitring eine bestimmte genaue Ausrichtung eingehalten ist. Denn erfindungsgemäss ist zwischen dem Anlageteil und dem Gleitring eine Spannanordnung vorgesehen, die einerseits den Gleitring klemmend lagefixiert und zwar so, dass eine gewünschte ausgerichtete Beziehung des Gleitringes zu dem stationären Gegenring eingenommen und bei Betrieb aufrechterhalten wird, und andererseits dafür sorgt, dass von dem Anlageteil auf den Gleitring eine Drehkraft übertragen wird, so dass sich beide Teile gemeinsam drehen.
Da durch die Spannanordnung der Gleitring mit einer axialen, ausreichend hohen Spannkraft beaufschlagt ist, um den Gleitring gegen eine Schulterfläche eines rotierenden Bauteiles, z.B. einer Wellenbuchse, zu drücken, kann bei der Erfindung ein gesondertes Sekundärdichtungselement, z.B. in Gestalt eines O-Ringes, weggelassen werden, indem dessen Funktion von den zusammenwirkenden Flächen zwischen dem Gleitring und der Schulter übernommen wird. Dadurch wird gleichzeitig die Lossitzeigenschaft des Gleitringes auf dem rotierenden Bauteil bzw. der Wellenbuchse verbessert. Gleichzeitig ermöglicht dies eine verringerte Bauhöhe des Gleitringes, was eine geringere Masse und damit geringere auf den Gleitring bei Betrieb einwirkende Zentrifugalkräfte zur Folge hat.
Da keine Massnahmen am Gleitring vorgesehen werden brauchen, um eine drehkraftübertragende Beziehung zwischen dem Gleitring und dem Anlageteil zu erhalten, kann der Gleitring eine gewünschte einfache rechteckförmige Querschnittskonfiguration haben. Diese ist von besonderem Vorteil insbesondere dann, wenn der Gleitring aus hoch verschleissfesten keramischen Materialien zu bilden ist. Gleichzeitig wird hierdurch die Gefahr nicht vorhersehbarer, durch Querschnittsunregelmässigkeiten hervorgerufener Verwerfungen des Gleitringes bei Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung wesentlich herabgesetzt. Die genaue Ausrichtung des Gleitringes in Bezug auf den Gegenring und die Einhaltung dieser Ausrichtung bei Betrieb ist gewährleistet. Dabei können Formänderungen am Gleitring infolge sich bei Betrieb ändernden Temperaturen zu keinen Verwerfungen des Gleitringes führen, da die Spannanordnung ein flexibles Nachgeben auf derartige Formänderungen ermöglicht.
Damit eignet sich die Erfindung insbesondere zur Anwendung bei Gleitringdichtungsanordnungen, die für die Abdichtung gasförmiger Medien ausgelegt sind, wobei die Einhaltung bestimmter Konfigurationen eines zwischen den zusammenwirkenden Gleitringen gebildeten Dichtspaltes von besonderer Bedeutung für eine minimale Leckage ist.
Die Gleitringdichtungsanordnung selbst kann, wie zuvor schon angedeutet wurde, einen vereinfachten Aufbau haben. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist daher eine in dieser Hinsicht verbesserte Gleitringdichtungsanordnung zur Verwendung bei einer Montageanordnung mit dem vorerwähnten Aufbau. Die Vereinfachung äussert sich insbesondere in der einfachen rechteckförmigen Querschnittskonfiguration des rotierenden Gleitringes der Gleitringdichtungsanordnung, der frei von Aussparungen oder anderen Querschnittsunregelmässigkeiten sein kann.
Bezüglich vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung kann auf die Unteransprüche verwiesen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in geschnittener Ansicht eine herkömmliche Montageanordnung für eine Gleitringdichtungsanordnung herkömmlicher Bauart, dargestellt in Verbindung mit der Abdichtung einer Pumpenlaufradwelle gegenüber einem Gehäuse, Fig. 2 in einer Ansicht ähnlich Fig. 1 eine Montageanordnung und Gleitringdichtungsanordnung gemäss der Erfindung, und
Fig. 3 in vergrösserter Ansicht ein Detail von Fig.2 .
Obschon die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit der Abdichtung der Antriebswelle des Laufrades einer Kreiselpumpe gegenüber einem Pumpengehäuse beschrieben wird, ist die Erfindung auf dieses Anwendungsgebiet nicht beschränkt. Auch ist die Erfindung nicht auf die nachfolgend näher in Bezug genommene Abdichtung gasförmiger Medien beschränkt, sondern kann mit ähnlich vorteilhaften Wirkungen auch für die Abdichtung flüssiger Medien zum Einsatz kommen.
In Fig. 1 , die eine herkömmliche Montageanordnung zeigt, trägt das Pumpengehäuse das Bezugszeichen 1. Im Gehäuse 1 ist in bekannter Weise auf einer Antriebswelle 2 ein Pumpenlaufrad 3 montiert. Zur Abdichtung der Antriebswelle 2 gegenüber dem Gehäuse 1 ist eine Gleitringdichtungsanordnung vorgesehen, die das allgemeine Bezugszeichen 4 trägt und einen ersten oder rotierenden Gleitring 5 und einen zweiten oder drehfest gehaltenen Gleitring 6 umfasst. Die Gleitringe 5, 6 haben in bekannter Weise, nicht näher bezeichnete, gegenüberliegende zusammenwirkende Dichtflächen, zwischen denen bei Betrieb ein Dichtspalt gebildet wird, um einen Bereich aussenumfänglich gegenüber einem Bereich innenumfänglich der Gleitringe 5, 6 abzudichten. Der zweite Gleitring 6 ist axial beweglich an einer am Gehäuse 1 montierten Montagebrille 7 gehalten. Er ist ausserdem mit der Vorspannkraft einer Vorspanneinrichtung 8 beaufschlagt, um den zweiten Gleitring 6 mit einer geeigneten Vorspannkraft gegen den ersten Gleitring 5 zu drücken, so dass die Dichtflächen der Gleitringe 5, 6 in dichtender Anlage miteinander gehalten sind, wenn sich die Antriebswelle 2 nicht oder nur mit unzureichender Drehgeschwindigkeit dreht. Bei der Vorspanneinrichtung 8 kann es sich um zwei oder mehrere umfänglich verteilt angeordnete Vorspannfedern handeln, die sich mit einem Ende an der Montagebrille 7 und mit dem anderen Ende am Gleitring 6 abstützen. Eine Sekundärdichtung 9 in Gestalt eines O-Ringes ist in einer Aussparung des zweiten Gleitringes 6 angeordnet und steht in abdichtender Beziehung mit der Umfangsfläche eines rohrförmigen Ansatzes 10 der Montagebrille 7, um den Gleitring 6 gegenüber der Montagebrille 7 abzudichten.
Der erste Gleitring 5 ist zur gemeinsamen Drehung mit dem Pumpenlaufrad 3 bzw. der Antriebswelle 2 vorgesehen und hat gegenüberliegende Stirnseiten 11 , 12, von denen die eine 11 dem Pumpenlaufrad 3 zugewandt ist und in Anlage mit einer fein bearbeiteten Stirnfläche 13 des Pumpenlaufrades 3 steht. An der gegenüberliegenden Stirnseite 12 ist die Dichtfläche des Gleitringes 5 ausgebildet. Zur Übertragung einer Drehkraft auf den Gleitring 5 sind vom Pumpenlaufrad 3 axial abstehende Mitnehmerstifte 15 vorgesehen (nur einer ist gezeigt), die in dazu ausgerichtete Aussparungen im Gleitring 5 eingreifen, die seitens dessen einer Stirnseite 11 eingebracht sind.
Zur Abdichtung des Gleitringes 5 gegenüber der Antriebswelle 2 ist ferner ein Sekundärdichtungselement 16 vorgesehen, das in Gestalt eines O-Ringes ausgebildet sein kann. Das Sekundärdichtungselement 16 ist in einer Nut in einer auf der Welle 2 aufgesetzten Buchse 17 angeordnet und steht in dichtender Beziehung mit einer gegenüberliegenden inneren Umfangsfläche des Gleitringes 5. Das Pumpenlaufrad 3 ist vermittels der Buchse 17 an einer Schulter 18 der Welle 2 abgestützt.
In einer der zusammenwirkenden Dichtflächen der Gleitringe 5, 6, vorzugsweise in der Dichtfläche des rotierenden Gleitringes 5, können förderwirksame Strukturen eingebracht sein, die bewirken, dass das abzudichtende Medium bei Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung 4 ein Mediumpolster zwischen den Dichtflächen schafft, so dass ein berührungsloser Lauf der Gleitringdichtungsanordnung erhalten wird. Derartige förderwirksame Strukturen und deren Wirkungen sind dem Fachmann bekannt, so dass sich eine nähere Erläuterung erübrigt. Bezüglich Details kann z.B. auf BURGMANN, Gas Seals, Selbstverlag 1997, S. 16 mit Beispielen für geeignete Ausgestaltungen der förderwirksamen Strukturen verwiesen werden.
Im Folgenden wird die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform einer Montageanordnung nach der Erfindung erläutert.
Gleiche oder ähnliche Teile, wie bei der herkömmlichen Montageanordnung nach Fig. 1 tragen die gleichen Bezugszeichen und brauchen nicht erneut beschrieben zu werden. Darauf hinzuweisen ist jedoch, dass der erste oder rotierende Gleitring 5 erfindungsgemäss ohne Aussparungen für Mitnehmerstifte oder dgl. ausgebildet ist und vorzugsweise eine einfache rechteckige Querschnittskonfiguration hat. Der Gleitring 5 kann daher problemlos aus hoch verschleissfesten Materialien, wie Sinterkeramik auf Basis von SiC oder Al203, bereitgestellt werden.
Die Drehkraftübertragung vom Pumpenlaufrad 3 auf den Gleitring 5 erfolgt erfindungsgemäss nicht mittels Mitnehmerstiften oder dgl., sondern durch eine zwischen dem Gleitring 5 und dem Pumpenlaufrad 3 angeordnete elastische Spannanordnung 20, die vorzugsweise in Gestalt einer Tellerfeder ausgebildet ist. Anstelle davon könnte auch ein elastisches Druckkissen oder eine einfache hydrauliche Anordnung vorgesehen sein.
Die Spannordnung 20 stützt sich mit einem Ende an der Stirnfläche 13 des Pumpenlaufrades 3 ab, die anders als bei der bekannten Montageanordnung keiner Oberflächenbearbeitung bedarf. Am anderen Ende ist die Spannanordnung 20 am Gleitring 5 abgestützt, und zwar an einem bei 21 angedeuteten begrenzten Anlagebereich, der nahe dem inneren Umfang oder der Bohrung 23 des Gleitringes 5 vorgesehen ist.
Eine Distanzhülse oder ein Distanzring 19 kann zwischen dem Pumpenlaufrad 3 und dem zugewandten Ende der an der Schulter 18 der Antriebswelle 2 abgestützten Buchse 17 angeordnet sein. Auf dem Distanzring 19 ist der Gleitring 5 aufgesetzt. Der Distanzring 19 definiert einerseits einen geeigneten axialen Abstand, der zwischen der Buchse 17 und dem Pumpenlaufrad 3 eingehalten werden soll, und übt andererseits eine zentrierende Wirkung auf den Gleitring 5 aus. Der Distanzring 19 hat eine geringere radiale Abmessung als die der Buchse 17, so dass zwischen der Buchse 17 und dem Distanzring 19 eine Schulter 22 definiert ist, an der der Gleitring 5 mit einem schmalen Bereich seiner Stirnseite 12 axial abgestützt ist. Da die axiale Abmessung des Gleitringes 5 kleiner als die Länge des Distanzringes 19 ist, legt dieser bei der gezeigten Ausführungsform der Erfindung gleichzeitig das Mass fest, bis zu dem die Spannanordnung 20 beim Einbau der Gleitringdichtungsanordnung 4 gespannt wird.
Der Gleitring 5 ist zwischen der Spannanordnung 20 und der Schulter 22 durch die von der Spannanordnung 20 ausgeübte Klemmkraft lagefixierend eingeklemmt. Die Klemmkraft der Spannanordnung 20 ist so gewählt, dass gleichzeitig mit der klemmenden Fixierung eine schlupffreie Übertragung einer Drehkraft vom Pumpenlaufrad 3 über die Spannanordnung 20 auf den Gleitring 5 erfolgen kann.
Der Anlagebereich 21 der Spannanordnung 20 am Gleitring 5 ist auf einen radialen Abschnitt an dessen Stirnseite 11 begrenzt, der auf ein kleineres oder gleiches radiales Abstandsmass von der Bohrung 23 begrenzt ist als die radialen äusseren und inneren Begrenzungen der Schulter 22. Dies gewährleistet, dass die von der Spannanordnung 20 auf den Gleitring 5 ausgeübte Spannkraft kein Kippmoment auf den in Lossitz auf dem Distanzring 19 angeordneten Gleitring 5 ausübt, so dass die Verspannung keine Auswirkungen auf eine bestimmte Ausrichtung des Gleitringes 5 in Bezug auf den drehfesten Gleitring 6 hat und sich bei Betrieb ein Dichtspalt zwischen den Dichtflächen der Gleitringe 5, 6 bilden kann und aufrechterhalten wird, der eine gewünschte leckageminimierende Konfiguration hat, vgl. BURGMANN, Gas Seals, a.a.O., Seite 18.
Die Anlageflächen zwischen dem Gleitring 5 und der Buchse 17 am Anlagebereich 22 können eine Oberflächenbeschaffenheit, z.B. durch Schleifen oder Läppen, aufweisen, dass dazwischen eine abdichtende Beziehung unter den herrschenden Spannkräften der Spannanordnung 20 erhalten wird. Hierdurch kann sich das zusätzliche Vorsehen eines Sekundärdichtungselementes wie bei der herkömmlichen Montageanordnung erübrigen. Wenn erwünscht, kann jedoch auch eine Abdichtung mittels eines Sekundärdichtungselementes ähnlich der bekannten Montageanordnung vorgesehen sein. Es versteht sich ferner, dass anstelle einer getrennten Ausbildung der Buchse 17 und des Distanzringes 19 auch eine einteilige Konfiguration vorgesehen werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Montageanordnung für die Montage eines ersten Gleitringes (5) einer einen ersten und zweiten Gleitring umfassenden Gleitringdichtungsanordnung (4) an einem rotierenden Bauteil, wobei der erste Gleitring (5) eine Bohrung (23), durch die der rotierende Bauteil im Wesentlichen konzentrisch hindurchgeführt ist, und ein Paar den ersten Gleitring axial begrenzende Stirnseiten (11 ,12) aufweist, von denen eine eine Dichtfläche zum Zusammenwirken mit einer Dichtfläche des zweiten Gleitringes (6) aufweist, gekennzeichnet durch eine im Wesentlichen konzentrisch zum rotierenden Bauteil (2) angeordnete elastische Spannanordnung (20), die mit einem axialen Ende an einem ersten, drehfest mit dem rotierenden Bauteil verknüpften Anlageteil (3) und mit ihrem anderen axialen Ende an der anderen Stirnseite (11 ) des ersten Gleitringes (5) innerhalb eines ersten Anlagebereiches (21) abgestützt ist, und ein zweiter mit dem rotierenden Bauteil verknüpfter Anlageteil (17, 18), an dem der erste Gleitring an der einen Stirnseite (12) innerhalb eines zweiten Anlagebereiches (22) abgestützt ist, wobei der erste Anlagebereich (21 ) um ein Abstandsmass von der Bohrung (23) radial begrenzt ist, das kleiner oder gleich dem Abstandsmass ist, um das der zweite Anlagebereich (22) von der Bohrung radial begrenzt ist, so dass der erste Gleitring zwischen dem ersten und zweiten Anlageteil (3,17,18) elastisch drehmomentübertragend verspannbar ist.
2. Montageanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusammenwirkende Oberflächen der einen Stirnseite (12) des ersten Gleitringes (5) und des zweiten Anlageteils (17) längs des zweiten Anlagebereiches (22) zur dichtenden Eingriffnahme miteinander oberflächenbearbeitet, insbesondere geschliffen oder geläppt sind.
3. Montageanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen den ersten Gleitring (5) in einer konzentrischen Beziehung zu einer Drehachse haltenden, auf dem rotierenden Bauteil (2) aufgesetzten Distanzring (19).
4. Montageanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anlageteil eine auf dem rotierenden Bauteil aufgesetzte Buchse (17) oder eine Schulter (18) an dem rotierenden Bauteil (2) umfasst.
5. Montageanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannanordnung (20) eine Federanordnung umfasst.
6. Montageanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung eine Tellerfeder (20) umfasst.
7. Gleitringdichtungsanordnung zur Verwendung bei einer Montageanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche einen ersten und zweiten Gleitring (5,6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zur gemeinsamen Drehung mit einem rotierenden Bauteil (2) vorgesehene Gleitring (5) eine einfache Rechteckquerschnittsform frei von Unregelmässigkeiten hat.
8. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleitring (5) aus einem keramischen Material gebildet ist.
9. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, diese als Gasdichtung ausgebildet ist, indem wenigstens in einer der zusammenwirkenden Dichtflächen des ersten und zweiten Gleitringes (5,6) förderwirksame Struturen eingebracht sind.
PCT/EP2004/011924 2004-01-19 2004-10-21 Montageanordnung für eine gleitringdichtungsanordnung WO2005068843A1 (de)

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