DE2101877B2

DE2101877B2 - Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE2101877B2
Application number: DE2101877A
Authority: DE
Inventors: Winfred John Whittier Calif. Wiese (V.St.A.)
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: BW IP International Inc
Priority date: 1970-01-19
Filing date: 1971-01-16
Publication date: 1974-08-15
Also published as: CH539224A; DE2101877A1; NL165822B; JPS499530B1; FR2075505A5; DE2101877C3; ZA708681B; GB1285516A; NL165822C; NL7100557A; AU2376270A; US3628799A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung, bei der der gehäusefeste, axial nicht verschiebbare Gleitring über einen Stützring gegenüber einem Stützflansch des Gehäuses abgestützt ist, und die dem Flansch zugewandte Rückseite des Stützringes nur auf ihrem radial inneren Bereich auf dem Flansch abgestützt ist, während sich im radial äußeren Bereich der Rückseite ein sich von der Stützfläche durch eine Dichtung abgeteilter druckbeaufschlagter Raum befindet.

Es ist bei Gleitringdichtungen bekannt, die Spaltgeometrie in dem Sinne zu beeinflussen, daß ein paralleler Spalt oder ein sich zum Raum höheren Druckes leicht erweiternder Spalt erzielt wird. So ist bei bekannten Gleitringdichtungen (US-PS 3 144 253, DT-Gbm 1 937 954) bereits auf die Gleitflächenform und Beeinflussung des gehäuseseitigen, axial nicht verschieblich gelagerten Gleitringes abgestellt. Bei den dort gezeigten Lösungen ist in jedem Fall zwischen dem Außenumfang des Gleitringes und dem Maschinengehäuse ein Sekundär-Dichtungsring angeordnet, der den Hochdruck am Eindringen hinter dem Gleitring hindert. Dadurch wird der Außenumfang des Gleitringes, über seine axiale Länge betrachtet, von unterschiedlichen t>rücken beaufschlagt. Dies führt zu nichtkontrollierten (jzw. nicht ausgeglichenen Verwerfungen der Gleitfläche infolge der radial auf den Gleitring wirkenden, veränderlichen Druckkräfte.

Die Erfindung geht von einer Gleitringdichtung aus, Wie sie durch die US-PS 3 433 489 bekannt ist. Dabei wird durch die Anordnung eines Stützringes zwischen dem Gleitring und dem Stützflansch des Gehäuses und durch die Verlagerung der Sekundärdichtung von dem Gleitring zu dem Stützring bereits erreicht, daß der Gleitring auf seiner Außenumfangsfläche als auch seiner lnnenumfangsfläche über seine axiale Länge jeweils von gleichmäßigen Drücken beaufschlagt wird. Bei dieser bekannten Ausbildung ist der radial äußere Raum zwischen dem Stützring und dem Stützflansch vom Hochdruck beaufschlagt Dieser Beaufschlagung steht im entsprechenden radialen Bereich zwischen dem Gleitring und dem Stützrbg ebenso wie dem S Gleitflächenbereich ein abfallender Druck entgegen. Dadurch kann es zu einer Verwindung des Stützringes und damit auch des Gleitringes im Sinne des Schließern des Gleitspdltes an seiner <iem Raum höheren Druckes zugewandten Kante kommen. Aus der US-PS 3 433 489

ίο ist ferner bekannt, einen von der Gleitfläche abgeleiteten Zwischendruck durch eine Bohrung in einen Ring raum des axial beweglichen, umlaufenden Glehtringes zu leiten, um durch die Druckdifferenz auf seinen beiden Seiten eine bestimmte Spaltgeometrie zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gleitringdichtung der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß ein Schließen des Gleitspaltes infolge der Verwerfungen des Stützringes und des Gleitringes ver-

ao mieden ist und somit ein erwünschter Leckstrom über den GJeitspalt zur Schmierung und Kühlung steis aufrechterhalten wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine weitere Dichtung zwischen dem radial äuße-

s5 ren Bereich des Stützringes und dem Gehäuse vorgesehen ist, von der Gleitfläche durch den Gleitring und den Stützring zu dem druckbeaufschJagten Raum führende Bohrungen vorgesehen sind und axial gegenüber dem druckbeaufschlagten Raum zwischen dem Stützring und dem Gleitring ein dem Hochdruck zugänglicher Ringspalt vorgesehen ist.

Durch die Einleitung des von der Gleitfläche abgeleiteten Zwischen druckes in den radial äußeren Ringraum zwischen dem Stützraum und dem Ringflansch einerseits und die Zuleitung des Hochdruckes auf den diesem Raum axial gegenüberliegenden Bereich des Stützringes andererseits wird auch bei einer Aufbiegung des Gehäuseflansches sich eine radial ebene Gleitfläche des gehäusefesten Gleitringes, oder — je nach den Bemessungen der Ringe und den Druckverhältnissen — eine leichte Konizität der Gleitfläch'; im Sinne des sich Erweiterr.s des Ringspaltes zum Raum höheren Druckes hin einstellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnungen nachstehend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen axialen Schnitt der Gleitringdichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen im Maßstab verkleinerten Schnitt nach Linie 2-2 der F i g. 1 in Richtung des Pfeils gesehen und

Ij₀ F i g. 3 einen Schnitt in gleichem Maßstab wie F i g. 2 nach Linie 3-3 der F i g. I in Richtung des Pfeils gesehen.

Die Gleitringdichtung dient zur Abdichtung einer Welle 11, die in nicht gezeigten Lagern angeordnet ist

ijj und sich durch eine Bohrung 13 des Gehäuses 12 erstreckt. Das Gehäuse 12 weist zwei Gehäuseteile 14 und 15 auf, die in geeigneter Weise, beispielsweise durch Schrauben, miteinander verbunden und durch eine O-Ringdichiung 16, die in einer Ausnehmung 17 des Gehäuscteils 14 angeordnet ist, abgedichtet sind.

Eine Gleitringdichtung 18, 19 ist zwischen dem Gehäuseteil 15 und der Welle 11 angeordnet.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, hat die Welle 11 einen linken Abschnitt 21, der einen etwas größeren Durchmesser als der rechte Wellenabschnitt 22 hat, so daß zwischen den Wellenabschnitten eine Schulter 23 gebildet ist. Auf dem größeren Wellenabschniti 21 ist ein Federgehäuse 24 in Form eines die Welle umgebenden

Binges angeordnet Ein geteilter Haltering 25 ist in einer Ringnut 26 der Welle 11 aufgenommen und greift in eine gegenüberliegende Ausnehmung 27 des Federgehäuses 24 ein. Es ist ersichtlich, daß der Haltering 25 das Federgehäuse gegen Axialbewegungen nach links »uf der Welle, wie in F i g. 1 gesehen, festhält. Das Federgehäuse ist durch einen in eine Keilnut 29 der Welle und eine entsprechende Nut 31 im Federgehäuse »^greifenden Keil 28 drehfest mit der Welle verbunden. Das Federgehäuse weist sich längserstreckende Federkammern 32 auf, von denen nur eine in der Zeichnung gezeigt ist die jedoch in Umfangsteilungen im Federgehäuse angeordnet sind. Schraubendruckfedern 33 sind in den Federkammern vorgespannt angeordnet und greifen an einem Ring 34 an. um diesen, wie in F i g. 1 gesehen, nach rechts zu drücken. Der Ring weist einen Abschnitt 35 auf, der axial auf dem Außenumfang des Federgehäuses 24 gleitet. Ein Mitnehmerstift 36 erstreckt sich radial durch das Federgehäuse und greift mit seinem äußeren Ende 37 in einen Längsschlitz 38 ao des Ringes 34 ein, so daß dieser sich mit dem Federgehäuse dreht, sich jedoch axial gegenüber demselben verschieben kann. Der Ring 34 hat einen ringförmigen Ansatz 39, dessen Innenumfang auf der Welle 11 gleitet. a₅

Auf dem Wellenabschnitt 21 ist ein umlaufender Gleitring 21 angeordnet, wobei zwischen dem Ansatz 39 des Ringes 34 und einer nach hinten weisenden Fläche 43 des umlaufenden Gleitringes eine U-Manschette 42 angeordnet ist. Auf diese Weise verhindert die Manschette ein Durchlecken von Strömungsmittel durch den Spielraum zwischen dem Wellenabschnitt 21 und dem umlaufenden Gleitring 41.

An der Rückseite des umlaufenden Gleitringes 41 ist ein einteilig damit ausgebildeter Mitnehmerzapfen 44 vorgesehen, der in den Längsschlitz 38 des Ringes 34 eingreift, wodurch der umlaufende Gleitring durch den Ring angetrieben wird, wobei jedoch der umlaufende Gleitring in begrenztem Maß in Längsrichtung auf der Welle gleiten kann.

Der umlaufende Gleitring 41 weist eine sich radial erstreckende ringförmige Gleitfläche 45 auf, die dichtend an einer entsprechenden Gleitfläche 46 des stationären Gleitringes 51 anliegt.

Der stationäre Gleitring 51 ist über einen Stützring 49 an einem Stützflansch 47 des Gehäuseteil 15 abgestützt, der sich im wesentlichen radial einwärts zum Wellenabschnitt 22 hin erstreckt. Der Flansch ist ringförmig ausgebildet, wobei der Innenumfang 48 einen kleinen Abstand zum Wellenabschnitt 22 freiläßt.

Der Stützring 49 ist in einer Ausnehmung 52 des Flansches 47 angeordnet, wobei sich diese Ausnehmung bei 53 radial nach außen erstreckt und mit dem Stützring einen ringförmigen Raum 54 bildet. Ein O-Dichtungsring 55 in dem Raum 54 verhindert ein Durchlecken von Strömungsmittel aus dem Raum radial nach innen. Ein weiterer O-Dichtungsring 56, der in einer Umfangsnut 57 des Stützringes angeordnet ist, verhindert ein Durchlecken von Strömungsmittel aus dem Raum 54 entlang der Verbindung zwischen dem Außenumfang des Stützringes und dem Flanich 47.

Zwischen dem Stülzring 49 und dem umlaufenden Gleitring 41 ist der stationäre Gleitring 51 angeordnet. Letzterer hat einen ringförmigen Vorsprung 58, der am Stützring 49 anliegt und geläppt ist, um eine strömungsmitteldichte Verbindung zwischen den beiden Teilen zu bilden, die durch eine Dichtungsfläche 59 am Vorsprung 58 und eine komplementäre Dichtungsfläche 61

am Stützring gebildet ist

Im Gehäuseteil 15 ist eine Nut 62 vorgesehen, die dem Außenumfang des stationären Gleitringes zugekehrt ist In dieser Nut ist ein Keil 63, beispielsweise durch Schweißen, befestigt Der Keil greift in einen Längsschnitt 64 am Außenumfang des stationären Gleitringes ein. Auf diese Weise wird eine Drehung des stationären Gleitringes im Gehäuseteil 15 verhindert

Diametral gegenüber dem Keil 63 is ein Keil 63' angeordnet und so ausgebildet daß er den stationären Gleitring gegen Drehung im Gehäuseteil 15 verriegelt

Ein Federring 65 ist in einer Nut 66 des Gehäaseteils 15 angeordnet wobei der radial innenliegende Teil des Federringes dazu dient den stationären Gleitring 51 in diesem Gehäuseteil zu halten, wenn die Gleitringdichtung auseinandergenommen wird. Nach der Entfernung des Federringes aus der Nut kann der stationäre Gleitring aus dem Gehäuseteil 15 herausgezogen werden.

Der stationäre Gleitring weist zwei gegenüberliegend angeordnete, sich "axial erstreckende Bohrungen 67 und 67' auf. Ein Ende 68 bzw. 68' einer jeden Bohrung mündet in der Gleitfläche 46 des stationären Gleitringes. Das andere Ende 69 bzw. 69' einer jeden Bohrung mündet in der Dichtungsfläche 59 des ringförmigen Vorsprunges 58 an der gegenüberliegenden Seite des stationären Gleitringes. Der Stützring 49 weist eine Ringnut in seiner Dichtungsfläche 61 auf, die in Strömungsmittelverbindung mit den Bohrungen 67 und 67' steht. Eine Bohrung 72 erstreckt sich durch den Stützring 59 und verbindet die Ringnut 71 mit dem Raum 54. Falls erwünscht, kann die Ringnut in der Dichtungsfläche 59 des Gleitringes 51 vorgesehen sein. Die Ringe 41, 51 und 59 können aus üblichen Materialien hergestellt sein. Beispielsweise können der umlaufende Gleitring 41 und der Stützring 49 aus rostfreiem Stahl hergestellt sein, während der stationäre Gleitring 51 aus Graphit besteht.

Der Betrieb der soweit beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Gleitringdichtung soll nunmehr beschrieben werden. Eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, im abzudichtenden Raum 73 soll gegen den Niederdruckraum 74 abgedichtet werden. Der Niederdruckraum 74 steht entweder mit Atmosphäre in Verbindung oder enthält eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser. Infolge des Druckabfalls an den Gleitflächen 45, 46 strömt eine geringe Leckflüssigkeitsmenge aus dem abzudichtenden Raum 73 in den Raum 74. Ein derartiger Leckfluß ist normal und erwünscht, da er zur Schmierung und Kühlung der Gleitflächen 45 und 46 dient.

Wenn zwischen der Flüssigkeit vor und hinter dem Dichtspalt ein großer Druckunterschied besteht, beispielsweise in der Größenordnung von 53,5 kg/cm², entsteht eine sehr große Kraft am Flansch 47. Diese Kraft verformt den Flansch 47, so daß er etwas tellerförmig wird, wobei die konkave Form der Hochdruckseite, d. h. dem abzudichtenden Raum 73, zugekehrt ist. Eine derartige Verformung ist sehr gering, kann jedoch bedeutsame Verwerfungen von einigen hundertstel Millimeter am radial inneren Umfang 48 des Flansches hervorrufen.

Wenn der stationäre Gleitring 51 nur mechanisch am Flansch 47 abgestützt wäre, würde eine derartige Verformung des Flanschs über den Stützring 49 auf den stationären Gleitring 51 übertragen. Dies würde eine geringfügig tellerförmige Verwerfung der Gleitfläche 46 des stationären Gleitringes bewirken, deren konkave Fläche der Gleitfläche 45 des umlaufenden Gleitrin-

ges zugekehrt wäre. '^v.'se Verformung sucht den Dichtspalt zwischen den Glcilflächen 45 und 46 zu schließen, wobei diese Erscheinung nahe dem radialen Außenumfang der Gleitflächen 45. 46 ausgeprägter ist als nahe dem Innenumfang. Somit würde der Leckstrom radial einwärts durch den Dichtspalt vermindert werden, was eine ungenügende Flächenschmierung bei gleichzeitiger Erwärmung und Beschädigung der sich relativ zueinander drehenden Gleitringc verursachen würde.

Gemäß der Erfindung wird jedoch die Verformung der Gleitfläche 46 des stationären Gleitringes im wesentlichen neutralisiert. Aus K ι g. 1 ist ersichtlich, daß der Stützring 49 entlang einer sich radial erstreckenden Ringfläche am Flansch 47 abgestützt ist. die vom Außenumfang des Stiitznnges radial einwärts versetzt nahe dem inneren Umfang angeordnet ist Es ist weiterhin ersichtlich, daß ein radial äußerer Umfangsabschnitt 75 des Stützringes vorgesehen ist, der eine den Raum 54 begrenzende Wand 76 bildet. Es ist ersichtlich, daß der Abschnitt 75 des Stützringes eine weitere, sich radial erstreckende Wand 77 gegenüberliegend zur Wand 76 aufweist. Wenn eine parallel zur Wellenachse gerichtete Kraft auf den Umfangsabschnitt 75 des Stützringes ausgeübt wird, biegt sich der Umiangsabschnitt geringfügig in den Raum 54 hinein durch, wobei der Umfangsabschnitt in seine Normalstellung zurückkehrt, sobald die Kraft nachläßt. Es ist weiterhin ersichtlich, daß der Flüssigkeitsdruck in dem abzudichten den Raum 73 größer als der Flüssigkeitsdruck in dem Raum 54 ist. so daß die resultierende Kraft bewirkt, daß der Umfangsabschnitt 75 des Stützringes in den Raum 54 durchgebogen wird. Das Maß dei Durchbiegung hängt von der Größe der Flu-isigkeitsdrücke ab. die auf die Flächen 76 und 77 wirken.

Wenn der äußere Umfangsabschnitt 75 des Sttitzringes in der soeben beschriebenen Weise durchgebogen wird, nimmt der Stülznng eine Tellerform an, wobei die konvexe Seite dem abzudichtenden Raum 73 zugekehrt ist. d. h. daß der Stütznng eine Tellerform im umgekehrten Sinne zum Flansch 47 einnimmt. Die Verformung des Stützringes kann bis zu einem Grade geregelt werden, der im wesentlichen der Verformung des Flansches 47 entgegenwirkt. Wenn eine derartige Neutralisierung bewerkstelligt wird, ist der stationäre Gleitring 51 im wesentlichen nicht verformt so daß die Gleitfläche 46 im wesentlichen parallel zur Gleitfläche 45 liegt Auf diese Weise arbeitet die Gleitringdichtung mit einem ordnungsgemäßen Leckstrom und ausreichender Schmierung rwischen den Gleitflächen 45 und 46. Falls jedoch erwünsch;, kann der Stütznng ausreichend verformt werden, um die Gleitfläche 46 des stationären Gleitringes in eine konvexe Fläche zu verformen, so daß der Leckstrom durch den Dichtspalt größer wird als wenn die Gleitflächen parallel zueinander liegen.

Die Art und Weise, wie der Slützring 45 automalisch in die Tellerform verformt wird, um die Krümmung des Flansches 47 auszugleichen, soll nunmehr beschrieben werden. Es ist allgemein bekannt, daß sich infolge des Druckabfalls in radialer Richtung durch den Dichtspalt an den Enden 68 und 68' der Bohrungen 67 und 67' des stationären Gleitringes 51 ein Zwischenwerl einstellt. Im Ausführungsbeispiel sind die Enden 68 und 68' so angeordnet, daß der Flüssigkeitsdruck dort um etwa

ίο 10% geringer ist als der Druck in dem abzudichtenden Raum 73. Es kann aber auch ein anderer /wischen druck erwünscht sein. Ein solcher Zwischendruck herrscht dann auch in dem druckbeaufschlagten Raum 54

Da der Druck in dem Raum 54 geringer als der Hochdruck ist. und da die Wände 76 und 77 diesen DiI-ferenzdrueken ausgesetzt sind, wird eine resultierende Kraft auf den radial äußeren Umfangsabschnitt 75 des Stützringes in einer Richtung ausgeübt um ihn in den

ao Raum 54 hineinzjbiegen. Das Maß der Verbiegung hängt von der Druckdifferenz ab. die auf die Flächen 76 und 77 wirkt. Eine derartige Verbiegung des Dmfangs abschnitts 75 des Stützringes verformt ihn in Tellerform <m entgegengesetzten Sinne zu der Tellerform

as des Flansches 47.

Das Maß der Konvexität des Stüizringcs kann durch dit Größe des Difleren/druckes am Umfangsabsihniu 75 des Stützringes verändert werden, und zwar durch die Lage der Mündungen 68 und 68' im stationären Gleitring 51. ebenso durch die entsprechenden Flächen der Wände 76 und 77 und weiterhin durch Wahl des Materials, aus dem der Stützring gemacht ist. unter Berücksichtigung der Federeigenschaften de* Materials. Mit diesen zur Verfügung stehenden drei Vcränderli chen ist es möglich, eine genaue Steuerung der Form der Gleitfläche 46 des stationären Gleitringe«, zu erzielen.

Die Gleitringdichtung gemäß der F.rfindiing wirkt sich selbständig, um einen erwünschten Leckstrom über die Gleitflächen 45 und 46 aufrechtzuerhalten. Wenn die Gleitfläche 46 zunehmend konkav werden sollte. wird der Zwischendruck abfallen, so daß auch der Druck im Raum 54 geringe¹" wird Es sei angenommen, daß der abzudichtende Druck unverändert bleibt. Hierbei ist ersichtlich, daß bei einer derartigen Druckredu zierung die auf den äußeren Umfangsabschnitt 75 des Stützringes wirkende Biegekraft in einer Weise zunimmt daß seine Konvexität vergrößert wird. Dies wiederum wirkt der Konkavität der Gleitfläche 46 entgegen und stellt die gewünschte Beziehung zwischen den Gleitflächen 46 und 45 wieder her. Wenn umgekehrt die Gleitfläche 46 konvex werden solke, würde der Druck im Raum 54 ansteigen und dabei den Stützring 49 durchbiegen, um seine Konvexität zu verringern und so die richtige Form der Gleitfläche 46 wieder herzustellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

- 1. Gleitringdichtung, bei der der gehäusefeste, axial nicht verschiebbare Gleitring über einen Stützring gegenüber einem Stützflansch des Gehäu- * ses abgestützt ist, und die dem Flansch zugewandte Rückseite des Stützringes nur auf ihrem radial inneren Bereich auf dem Flansch abgestützt ist, während sich im radial äußeren Bereich der Rückseite ein sich von der Stützfläche durch eine Dichtung abgeteilter druckbeaufschlagter Raum befindet dadurch gekennzeichnet, daß eine wehere Dichtung (56) zwischen dem radial äußeren Bereich des Stützringes (49) und dem Gehäuse (15) vorgesehen ist, von der Gleitfläche (45,46) durch den Gleitring (51) und den Stfitzring zu dem druckbeaufschlagten Raum (54) führende Bohrungen (67, 72) vorgesehen sind, und axial gegenüber dem druckbeaufschlagten Raum zwischen dem Stützring und dem Gleitring ein dem Hochdruck zugänglicher Ringspalt vorgesehen ist.
2. Gleitringdichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (67, 72) im Stützring (49) und im Gleitring (51) in eine auf der dem gehäusefesten Gleitring zugekehrten Seite des Stützringes ausgebildeten Ringnut münden.