DE2151538A1

DE2151538A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE2151538A1
Application number: DE19712151538
Authority: DE
Inventors: Martinez Angel C; Alley Lee J
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1970-10-26
Filing date: 1971-10-15
Publication date: 1972-04-27
Also published as: BR7107123D0; GB1326188A; FR2113276A5; AU3432771A; NL7114485A; ZA716639B

Description

Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines an einer Welle angebrachten umlaufenden Dichtungsrings und zum Andrücken des umlaufenden Dichtungsrings gegen einen stationären Dichtungsring.

Derartige Vorrichtungen werden bei mechanischen Dichtungen zum Abdichten einer rotierenden Welle eingesetzt, wobei die relativ gegeneinander drehbaren Dichtungsringe miteinander zugewandten ringförmigen, aneinander anliegenden Dichtungsflächen versehen sind, die zur Erzielung einer extrem ebenen Oberfläche geläppt sind.

Es wurde bereits vorgeschlagen, eine derartige Vorrichtung mit einem Federgehäuse zu versehen, das mit Federtaschen und Strömungskanälen zum Freihalten der Federtaschen von Schmutz versehen ist.

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Bei den bekannten Vorrichtungen der eingangs angegebenen Art ist der stationäre Dichtungsring in dem Gehäuse angebracht, während der zugehörige umlaufende Dichtungsring an einer Hülse der Welle drehfest gelagert ist. Der umlaufende Dichtungsring ist durch eine oder mehrere Federn in Richtung auf den stationären Dichtungsring axial vorgespannt, um die Dichtungsflächen der beiden Dichtungsringe miteinander in Anlage zu halten. Die Federn sind in einem fingerhutförmigen Federgehäuse untergebracht, das an der Welle drehfest angebracht ist. Wegen des beschränkten und nicht leicht zugänglichen Raumes lassen sich die Einzelteile nur schwer in das Gehäuse einbauen und aus ihm entfernen, und es treten Schwierigkeiten bei der Handhabung und dem Transport der Einzelteile auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der dae Federgehäuse und die innerhalb des Federgehäuses angeordneten Federn als eine gesondert zusammensetzbare Baueinheit ausgebildet sind. Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich die rotierenden Einzelteile der Dichtungsanordnung zu einer gesonderten

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Baueinheit zusammensetzen, wobei die Federn durch in dem Federgehäuse und der Abstützscheibe vorgesehene, miteinander zusammenwirkende, lösbare Yerriegelungsmittel vorgespannt werden· Hierdurch wird der Zusammenbau der Dichtungsanordnung erleichtert, die sich im übrigen durch einen besonders geringen konstruktiven Aufwand auszeichnet.

Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Pumpengehäuse mit einer mechanischen Dichtung, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung enthält,

Figur 2 einen Axialschnitt durch die gesondert zusammensetzbare Baueinheit der mechanischen Dichtung nach dem Zusammenbau,

Figur 3 einen Axialschnitt durch die Baueinheit gemäß Fig.2 während des Zusammenbaus,

Figur 4 eine Endansicht der in Fig.3 dargestellten Baueinheit,

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Figur 5 einen Axialschnitt durch die gesondert zusammensetzbare Baueinheit während des Zusammenbaus, und zwar nach dem in Fig.3 gezeigten Zeitpunkt und vor dem in Pig,2 gezeigten Zeitpunkt»

Die in Fig.1 angeordnete Dichtungsanordnung 10 befindet sich in einer Stopfbüchse 11, die beispielsweise in einem Pumpengehäuse 12 gebildet ist· Die Stopfbüchse 11 steht über eine Wellenöffnung 13 mit der Laufradkammer (nicht gezeigt) der Pumpe in Verbindung. Eine umlaufende Welle 14, die sich durch die Wellenöffnung 13 und die Stopfbüchse 11 erstreckt, wird von einem außerhalb des Pumpengehäuses 12 angeordneten Motor angetrieben und treibt ihrerseits das Pumpenlaufrad 15 an, von dem nur ein Bruchteil dargestellt ist.

Auf der Welle 14 sitzt eine Wellenhülse 16, und ein Dichtungsring 17 ist zwischen einem nach innen gerichteten Plansch 18 der Wellenhülse und einer an der Welle gebildeten Schulter 19 angeordnet. Der Plansch 18 der Welle ist zwischen der Schulter 19 und dem Laufrad 15 eingespannt, um die Wellenhülse gegen eine axiale Bewegung auf der Welle zu sichern und uen Dichtungsring 17 zusammenzudrücken, wodurch eine Strömungsmittelleckage durch den Zwischenraum zwischen der Wellenhülse und der Welle verhindert wird. Eine Paßfeder 21 verriegelt sowohl das Laufrad 15 wie auch die Wellen-

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hülse 16 mit der Welle, so daß das Laufrad und die Wellenliülse gemeinsam mit der Welle umlaufen.

Die Stopfbüchse 11 wird an ihrem äußeren Ende von einem kreisförmigen Plansch 22 verschlossen, der durch Befestigungsmittel in Form eines Bolzens 23 und einer Mutter 24 am Gehäuse "befestigt ist· Wenn auch in Pig.1 nur eines dieser Befestigungsmittel dargestellt ist, versteht es sich jedoch, daß zur Befestigung des Flansches mehrere derartige Befestigungsmittel vorgesehen sind. Eine Strömungsmittelleckage durch die Verbindung zwischen dem Gehäuse 12 und dem Flansch 22 wird durch einen O-Ring 15 verhindert, der in einer Nut 26 des Flansches sitzt und am Gehäuse 12 anliegt.

Der Flansch 22 weist eine Wellenöffnung 27 auf, durch die sich die umlaufende Welle 14 erstreckt. Ein Ring 28 ist in die Wellenöffnung eingepaßt und umgibt die Wellenhülse 16 mit geringem Spiel, wodurch eine ringförmige Drainagekammer 29 mit einem Drainagekanal 31 gebildet wird.

In einer Ausnehmung 32 des Flansches 22 sitzt ein stationärer Dichtungsring 33» der aus einem harten Werkstoff wie beispielsweise Wolframkarbid besteht. Der stationäre Dichtungsring weist eine umlaufende Nut 34 zur Aufnahme eines

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O-Ringes 35 auf, der eine Strömungsmittelleckage durch den schmalen Spalt zwischen dem Flansch und dem stationären Dichtungsring verhindert und der außerdem unter Reibschluß den stationären Dichtungsring in der Ausnehmung 32 hält. Der stationäre Dichtungsring weist eine radial verlaufende Dichtungsfläche 36 auf, die zur Erzielung einer spiegelähnlichen, extrem ebenen Oberfläche geläppt ist, wie dies bei Dichtungen üblich ist. Gegenüber dem stationären Dich-■ tungsring 33 ist ein umlaufender Dichtungsring 37 angeordnet, der eine radial verlaufende geläppte Dichtungsfläche aufweist, die der Dichtungsfläche 36 des stationären Dichtungsrings zugewandt ist· Der umlaufende Dichtungsring besteht beispielsweise aus Kohlenstoff«

Der umlaufende Dichtungsring ist auf der Wellenhülse 16 axial gleitend geführt. Ein O-Ring 39 dichtet den umlaufenden Dichtungsring 37 gegenüber der Wellenhülse 16 ab, so daß unter Druck stehendes Strömungsmittel in der Stopfbüchse 11 durch die Verbindungsstelle zwischen dem umlaufenden Dichtungsring und der Wellenhülse nicht nach außen gelangen kann.

Ferner ist eine Vorrichtung zum Antrieb des umlaufenden Dichtungsrings und zum Andrücken des umlaufenden Dichtungsrings gegen den stationären Dichtungsring 33 vorgesehen*

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Diese Vorrichtung weist ein Federgehäuse 41 von etwa zylindrischer Form auf. Das Federgehäuse 41 enthält einen Basisabschnitt 42 mit einer Bohrung 43» durch die das Federgehäuse auf der Wellenhülse 16 angebracht werden kann. Das Federgehäuse ist durch Schrauben 44 mit der WeHtohülse verriegelt· Das Federgehäuse weist einen nach vorne ragenden htilsenförmigen Abschnitt 45 auf, der den umlaufenden Dichtungsring 37 umgibt» Angrenzend an das vordere Ende 46 des Federgehäuses und innerhalb der zylindrischen Ausnehmung 47 des Federgehäuses befinden sich Leisten 48 einer Vielnutverbindung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Leisten vorgesehen, die jeweils einen Winkelabstand von 120° zueinander haben. Die Leisten können beispielsweise durch Schweißen oder in anderer Weise bei 49 an der Innenfläche 64 des Federgehäuses befestigt sein. Die Leisten 48 greifen in entsprechende Nuten 51» die am äußeren Umfang des umlaufenden Dichtungsrings 37 gebildet sind. Das Federgehäuse, das durch die Schrauben 44 mit der Wellenhülse 16 verriegelt ist, läuft mit der Wellenhülse um und treibt den umlaufenden Dichtungsring 37 über die in die Nuten 51 greifenden Leisten 48 an.

Die Mittel zum elastischen Andrücken des umlaufenden Dichtungsringes 37 gegen den stationären Dichtungsring 33 bestehen aus mehreren Schraubenfedern 52, die zwischen dem.

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Federgehäuse 41 und einer Abstützplatte 53 abgestützt sind. Die Abstützscheibe 53 liegt an der Rückseite 54 des umlaufenden Dichtungsringes 37 an. Die Federn 52 sind in Federtaschen 55 aufgenommen, die im Basisabschnitt 42 des Federgehäuses 41 gebildet sind und parallel zur Achse des Federgehäuses verlaufen. Die Federn sitzen lose in den Federtaschen. Die inneren Enden der Federtaschen sind im wesentlichen durch die Rückseite des Federgehäuses geschlossen, die eine Anlagefläche 56 zum Abstützen der inneren Enden der Schraubenfedern 52 bildet.

In dem hülsenförmigen Abschnitt 45 des Federgehäuses sind Öffnungen 57 für den Strömungsmittelumlauf vorgesehen. Die Federtaschen 55 stehen über Strömungsmittelkanäle 58 mit der Außenseite des Federgehäuses in Verbindung.

Die Strömungsmittelkanäle 58 werden in der Weise gebildet, daß zunächst die Federtaschen 55 gebohrt werden und anschließend in den Außenumfang des Federgehäuses 41 eine Nut 59 gedreht wird, die die inneren Enden der Federtaschen 55 an ihren radial äußeren Abschnitten schneidet, d.h. an einer Stelle, die neben den inneren Enden der Federtaschen liegt und von der Längsachse des Federgehäuses 41 den größten Abstand hat. Die Nut 59 ist zur Rückseite des Federgehäuses hin offen. Durch die Strömungsmittelkanäle 58 wird verhindert,

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daß die Federtaschen 55 Sackbohrungen bilden, so daß sich, in den Federtaschen kein Schmutz oder andere Fremdkörper, die die Wirkungsweise der Federn beeinträchtigen könnten, ansammeln. Der Schmutz wird vielmehr aus den Federtaschen herausgewaschen und aus dem Federgehäuse 41 herausgespült·

Wie in Fig.1 gezeigt, weist der Flansch 22 eine Radialbohrung 65 mit einem Gewinde 66 auf. Von dieser Bohrung geht ein Kanal 67 weg, durch den Kühl- oder Schmiermittel in den Hohlraum 68, der das vordere Ende der Dichtungsanordnung 10 umgibt, gelangt. Wenn die Dichtungsanordnung zum Abdichten heißer, in dem Gehäuse 12 unter Druck stehender Flüssigkeit verwendet wird, kann zur Kühlung der Dichtungsanordnung Kühlflüssigkeit durch die Bohrung 65 und den Kanal 67 in die Stopfbüchse 11 eingeführt werden. Durch den schmalen Spalt zwischen den Dichtungsflächen 36 und 38 leckt dann etwas Flüssigkeit hindurch. Diese wenn auch geringe leckage dient zum Schmieren und Kühlen der Dichtungsflächen 38,36 der Dichtungsringe 37»33· Das durchgeleckte Strömungsmittel fließt in die ringförmige Drainagekammer 29, von der es durch den Drainagekanal 31 nach außen gelangt.

Fig·2 zeigt eine gesondert zusammensetzbare Baueinheit, die von dem Federgehäuse 41 mit seinen Schrauben 44, den Schraubenfedern 52 und der Abstützscheibe 53 gebildet wird»

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Wie in den Fign· 2 bis 5 dargestellt, ist die Abstützscheibe 53 Hi^ einem Außendurchmesser D_w versehen, der größer als der von den Innenflächen der Leisten 48 gebildete Innendurchmesser D^ ist. Wenn die Abstützscheibe 53 (wie in fig·2 gezeigt) senkrecht zur Achse des Federgehäuse s 41 verläuft, liegen die Außenränder der Abstützscheibe 53 an den inneren Enden 62 der Leisten 48 an, da der Außendurchmesser D_w der Abstützscheibe 53 größer als der von den Leisten 48 definierte Innendurchmesser D^ ist· Wenn jedoch die Abstützscheibe 53 bezüglich der Achse des Federgehäuses 41 schräggestellt and in diesem Zustand in den Hohlraum 47 eingeführt wird, so daß ein Teil der Federn

52 zusammengedrückt ümd die Abstützscheibe hinter einen Teil der Leisten 48 gelangt (Fign.3,4,5), kann die Abstützscheibe

53 wegen des entsprechend bemessenen Außendurchmessers D_w der Abstützscheibe 53 an den übrigen Leisten 48 vorbei in den Hohlraum 47 hineinbewegt werden. Sie Fign. 3, 4 und 5 zeigen die Art und Weise, in der das Federgehäuse 41 zusammengebaut wird. Hierbei werden zunäohst die Federn 52 in ihre entsprechenden Federtaschen 55 eingesetzt, und die Abstütζscheibe 53 wird bezüglich der Achse des Federgehäuses 41 gekippt und in den Hohlraum 47 hineingedrückt, wobei die Vorderkante der Abstützscheibe 53 hinter einen Teil der Leisten 48 gelangt, wodurch ein Teil d«r Federn 52 zusammengedrückt wird. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Vorderkante der

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OFttÖiNAL INSPECTED

Abstützscheibe 53 weit genug in den Hohlraum 47 hineingeschoben worden ist, so daß die Hinterkante der Abstützscheibe 53 von den übrigen Leisten 48 freikommt (Fign.3,4,5), wird die Hinterkante der Abstützscheibe an den übrigen Leisten 48 vorbeigedrückt, wodurch die übrigen Federn 52 bis zu einem gewissen Grad zusammengedrückt werden. Die Abstützscheibe 53 wird dann innerhalb des Hohlraums 47 hinter den Leisten 48 in eine Lage "manipuliert¹¹, in der sie senkrecht zur Achse des Federgehäuses 41 liegt, und sie wird dann losgelassen, worauf die Federn 52 die Abstützscheibe 53 gegen die inneren Enden 62 der Leisten 48 andrücken (Fig·2)· Im zusammengebauten Zustand kann das Federgehäuse 41 in einfacher Weise verpackt, verladen, transportiert und ohne Schwierigkeiten in eine Dichtungsanordnung gemäß Fig.1 eingebaut werden«

Das Federgehäuse 41 läßt sich ohne Verwendung von Werkzeugen in einfacher Weise von Hand zusammenbauen und kann sich dennoch nicht unbeabsichtigt "auflösen", da die Abstützscheibe 53 erst entgegen der Vorspannkraft der Federn 52 bezüglich des Federgehäuses 41 gekippt werden muß, um an den Leisten 48 vorbeigelangen zu können. Am äußeren Umfang der Abstützscheibe 53 sind keine zu den Leisten 48 ausrichtbare Freiräume in Form von Nuten oder Eindrückungen vorgesehen, die ein unbeabsichtigtes Zerlegen der Baueinheit begünstigen würden.

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BORG-WARNER CORPORATION

South Michigan Avenue Anwaltsakte M-1771

Chicago. Illinois 60604, USA 15. Oktober 1971

Patentansprüche

Vorrichtung zum Antrieb eines an einer Welle angebrachten umlaufenden Dichtungsringes und zum Andrücken des umlaufenden Dichtungsringes gegen einen stationären Dichtungsring, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Ein auf der Welle (14) angebrachtes Federgehäuse (41), das einen an seinem vorderen Ende offenen zylindrischen Hohlraum (47) aufweist;

b) eine Nutverbindung (48,51) mit am umlaufenden Dichtungsring (37) angebrachten Nuten (51) und am Federgehäuse angebrachten Leisten, die von dem vorderen Ende des Hohlraums aus längoverJaufend in den Hohlraum hineinragen;

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c) eine in dem Hohlraum hinter den Leisten angeordnete Abstützscheibe (53), deren Außendurchmesser (D_Tr)

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größer als der von den Leisten definierte Innendurchmesser (Dj₅.) ist und die keine zu den Leisten ausrichtbare Nuten oder andere Freiräume aufweist;

d) eine in dem Hohlraum angeordnete Federeinrichtung (52), die zwischen der Abstützscheibe (53) und dem Federgehäuse (41) abgestützt ist und die Abstützscheibe (53) elastisch gegen die inneren Enden der Leisten (48) andrückt;

e) die Federeinrichtung (52) ist durch eine nach innen gerichtete Bewegung der Abstützscheibe zusätzlich zusammendrückbar;

f) die umlaufende Abstützscheibe ist in einer bezüglich der Achse des Hohlraums (47) gekippten Lage in das offene Ende des Hohlraums einführbar, derart, daß die Abstützscheibe zunächst hinter einen Teil der Leisten (48) und anschließend an den übrigen Leisten vorbei gelangt und dann in eine Lage zurückbewegt wird, in der sie senkrecht zu der Achse des Hohlraums verläuft und an den inneren Enden (62) der Leisten anliegt.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (52) mehrere über den Umfang verteilte, in Längsrichtung verlaufende Schraubenfedern (52) aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federgehäuse (41) mit Federtaschen (55) zur Aufnahme der inneren Enden der Federn versehen ist und daß die Federn nach Entfernen der Abstütζscheibe (53) aus den Federtaschen und dem Hohlraum (47) entfernbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (48) der Nutverbindung durch Schweißen (49) an dem Federgehäuse (41) befestigt sind.

5· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federgehäuse Befestigungsmittel (44) zur Befestigung der Vorrichtung an der umlaufenden Welle (14) aufweist.

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