DE3544872A1

DE3544872A1 - Gleitringabdichtung

Info

Publication number: DE3544872A1
Application number: DE19853544872
Authority: DE
Inventors: Antti-Jussi Järvenpää Heilala
Original assignee: Safematic Ltd Oy
Current assignee: John Crane Safematic Oy
Priority date: 1985-01-16
Filing date: 1985-12-18
Publication date: 1986-07-17
Also published as: SE8505698D0; SE8505698L; DE3544872C2; FI71396B; FI850190A0; US4613142A; FR2576077A1; SE458471B; FI71396C; FR2576077B1

Description

Gleitringabdichtung

Die Erfindung betrifft eine Gleitringabdichtung zum Abdichten einer hinsichtlich einer Wand rotierenden Achse, welche Abdichtung einen mit Absperrflüssigkeitverbindungen versehenen Rahmenteil und mit Gleitringen versehene Dichtungsringe aufweist, die hinsichtlich einander so angeordnet sind, dass die abdichtenden Gleitflächen der Gleitringe aneinander anliegen und hinsichtlich einander rotieren, wobei jeder Gleitring durch eine Schrumpfverbindung an seinem Dichtungsring so befestigt ist, dass die radiale Presskraft der Sehrumpfverbindung im ganzen gelenkt ist, auf den Massenmittelpunkt der Querfläche des Gleitrings einzuwirken.

Solche Abdichtungen sind auf verschiedenen Gebieten der Technik sehr bekannt. Gleitringabdichtungen eignen sich besonders gut z.B. für Pumpen der Prozessindustrie, mittels welcher Pumpen Flüssigkeiten, die Feststoffe und Verunreinigungen enthalten, gepumpt werden„

Unter abnutzenden Umständen werden als Herstellungsmaterial für Gleitringabdichtungen allgemein z.B. Hartmetalle, Oxidkeramik oder Siliziumkarbide zu eigentlichen Gleitringen benutzt. Obenerwähnte Materialien mit gutem Verschleisswiderstand werden deshalb benutzt, dass die Gleitringe beim Rotieren gegen einander sowohl einer adhäsiven als auch abrasiven Abnutzung ausgesetzt sind. Die Rahmenteile der Abdichtungen werden normalerweise aus z.B. säurebeständigem Stahl hergestellt. Es ist klar, dass die Materialien jedoch immer nach der jeweiligen Gebrauchssituation gewählt werden.

Bei den früher benutzten Lösungen sind die ab-

nutzungsfesten Gleitringe der Gleitringabdichtung durch eine Schrumpfverbindung an ihrem Dichtungsring so befestigt, dass der Dichtungsring zuerst erwärmt wurde, wobei er sich so viel ausdehnte, dass der Gleitring in eine in den Abdichtungsring verarbeitete Vertiefung passte. Beim Abkühlen des Dichtungsrings wird der Gleitring zusammengepresst und auf diese Weise an seinem Platz befestigt. Der Nachteil dieser Befestigungsweise ist eine Deformation der Gleitfläche des Gleitrings, welche Deformation eine Folge einer in der Radialrichtung wirkenden Presskraft ist.Es ist klar, dass eine Deformation durch eine Bearbeitung der Gleitfläche in der Herstellungsphase korrigiert werden kann, in einer Gebrauchssituation aber, wobei die Temperatur sogar bedeutend von der Temperatur bei der obenerwähnten Bearbeitung der Gleitfläche abweichen kann, können sogar bedeutende Deformierungen der Gleitfläche von der ursprünglichen planaren Fläche vorkommen. Es ist klar, dass durch eine solche deformierte Fläche keine effiziente Abdichtung zustandegebracht werden kann. In der Praxis ist dazu festgestellt worden, dass die in der obenbeschriebenen Weise befestigten Gleitringe schnell abgenutzt werden, weil die während des Gebrauchs der Gleitringe einander gegenüberliegenden Gleitflächen nicht über die ganze Fläche ihrer Gleitflächen parallel sind, sondern die einen Kantenteile befinden sich nahe beieinander und die anderen Kantenteile entsprechend weiter von einander. Die Gleitflächen befinden sich also in einem Winkel zu einander. Dieses Problem wird noch dadurch verstärkt, dass der Gleitring die Tendenz hat, im Gebrauch deformiert zu werden. Das geschieht z.B. unter der Einwirkung einer Wärmeausdehnung so, dass die Peripherie des Gleitrings sich wegen des warmen Produkts

mehr als der von der Absperrflüssigkeit oder Luft abgekühlte Innenumfang ausdehnt. Der Druck des Produkts verursacht auch eine Deformation in derselben Richtung. Diese Nachteile sind schon seit langem bekannt, und mehrere Lösungen sind für die Eliminierung dieser Nachteile entwickelt worden. Als Beispiele für diese Lösungen können die in der US-Patentschrift 4 261 581 erwähnten Lösungen erwähnt werden. Gemäss dieser US-Schrift ist es bekannt, die radiale Presskraft der Schrumpfverbindung auf den Mittelpunkt der Schnittfläche des Gleitrings zu richten. Wie auch in der Schrift festgestellt wird, ist eine solche Lösung doch nicht gut genug, denn achsiale Formänderungen im Dichtungsring deformieren die Gleitfläche des Gleitrings weiter. Gemäss der US-Patentschrift 4 261 581 bezieht sich die Erfindung darauf, einen achsialen Spielraum zwischen dem Gleitring und dem Dichtungsring zustandezubringen, wobei der Gleitring ausschliesslich mittels einer über den Mittelpunkt der Schnittfläche des radialen Gleitrings verlaufenden Stützkraft auf den Dichtungsring gestützt ist.Der Nachteil dieser Lösung ist, dass der Gleitring wegen Mangels an einer achsialen Stütze sehr steif sein soll. Weiter, weil die Stützfläche des Gleitrings klein ist, so ist die Wärmeübertragung von dem Gleitring auf den Dichtungsring bemerkenswert schwer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleitri'ngabdichtung zu schaffen, die die Nachteile der früheren Lösungen nicht aufweist. Dies wurde durch eine erfindungsgemässe Gleitringabdichtung erreicht, die dadurch gekannzeichnet ist, dass die aus den Formänderungen des Dichtungsrings entstehende, achsiale Kraft im ganzen gelenkt ist, auf den Massen-

itiittelpunkt des Querschnittes des Gleitrings einzuwirken.

Der Vorteil der Erfindung ist, dass der Gleitring sowohl radial als auch achsial sehr gut gestützt ist, so dass die Gleitfläche nicht deformiert wird. Die erfindungsgemässe Konstruktion ist ausserdem einfach, wobei die Herstellungskosten sehr vorteilhaft sind. Wegen der vorteilhaften Stützung des Gleitrings werden die Gebrauchskosten auch sehr vorteilhaft. Die Gebrauchskosten sind u.a. deshalb vorteilhaft, dass die gegenübergestellten Gleitflächen in einer Gebrauchssituation genau parallel sind, wobei die Abdichtung gut ist und keine ungleichmässige Abnutzung vorkommt.

Im folgenden wird die Erfindung mittels der in den beigefügten Zeichnungen gezeigten bekannten Technik und einer bevorzugten Aus führung s form der Erfindung genauer beschrieben, wobei

Figur 1 ein Prinzipbild von einem Beispiel für eine bekannte Konstruktion einer Gleitringabdichtung zeigt,

Figur 2 eine im Zusammenhang mit der bekannten Konstruktion gemäss Figur 1 gebrauchte Konstruktion zum Befestigen eines Gleitrings in vergrössertem Massstab zeigt,

Figur 3 ein Prinzipbild von einer erfindungsgemässen Konstruktion zum Befestigen eines Gleitrings zeigt.

In Figur 1 wird die in diesem Bereich bekannte Konstruktion einer Gleitringabdichtung prinzipiell gezeigt. In der Figur ist der Rahmenteil der Abdichtungskonstruktion allgemein mit der Referenznummer 1 bezeichnet. Eine rotierende Achse, beispielsweise die Achse einer Pumpe, ist mit der Referenz 2 bezeichnet.

Das zu pumpende Produkt wieder ist mit der Referenz 3 bezeichnet. Die Dichtungsringe der Gleitringabdichtung sind mit der Referenznummer 4 und die an den Dichtungsringen befestigten Gleitringe entsprechend mit der Referenznummer 5 bezeichnet. Mit der Referenznummer 6 ist in Figur 1 die Absperrflüssigkeit bezeichnet, die einen Schmierfilm zwischen den Gleitflächen der Gleitringe 5 bildet. Mittels der Pfeile M und N sind ausserdem die Eingangs- respektive Ausgangspunkte der Absperrflüssigkeit in der Figur prinzipiell bezeichnet. Das Obige besteht aus für einen Fachmann völlig bekannter Technik, weshalb die Konstruktion gemäss Figur 1 in diesem Zusammenhang nicht genauer beschrieben wird.

In Figur 1 ist die Stelle mit einem Zirkel markiert, die in grösserem Massstab in Figur 2 prinzipiell gezeigt wird. Es ist doch klar, dass Figur 2 jeden beliebigen, in Figur 1 gezeigten Gleitring darstellen kann. In Figur 2 werden die gleichen Referenznummern wie an den entsprechenden Stellen in Figur 1 benutzt. In der bekannten Konstruktion der Figur 2 ist der Gleitring 5 durch eine radial wirkende Schrumpfverbindung an dem Dichtungsring 4 befestigt. Diese Schrumpfverbindung ist in einer bekannten Weise gebildet, und zwar durch Heizen des Dichtungsrings 4, wobei er sich ausdehnt. Darauf wird der Gleitring 5 an dem ausgedehnten Dichtungsring angebracht, der bei der Abkühlung schrumpft, wobei der Gleitrinc 5 an dem Dichtungsring 4 befestigt wird. In Figur 2 wird mit einheitlichen Linien die Situation gezeigt, wo der Gleitring 5 an dem geheizten Dichtungsring 4 angeordnet ist, und mit gebrochenen Linien die Situation, die nach der Abkühlung des Dichtungsrings entsteht. In Figur 2 ist ausserdem die Einwirkung der radialen

Schrumpfkraft mittels Pfeile prinzipiell angegeben. Es ist klar, dass die mit gebrochenen Linien in Figur 2 markierte Situation: stark übertrieben ist, in der Praxis entstehen Deformationen dieser Grössenordnung nicht. Die Tatsache ist jedoch, dass die Gleitfläche des Gleitrings 5, die in Figur 2 von der freien Fläche rechts dargestellt wird, prinzipiell in der in Figur 2 gezeigten Weise deformiert wird» Die nach der Abkühlung im Gleitring 5 entstandene Konizität kann dadurch eliminiert werden, dass die Gleitfläche planar geschliffen wird. Das Problem wird jedoch durch dieses Schleifen nicht abgeschafft, denn in der Praxis wird der Gleitring 5 schalenförmig deformiert, wenn er bei höheren Temperaturen als die Schleiftemperatur benutzt wird, weil der Dichtungsring 4 sich ausdehnt und die auf den Gleitring 5 gerichtete Presskraft sich vermindert. Unter dem Terminus "schalenförmig" versteht man in diesem Zusammenhang, dass die Gleitfläche des Gleitrings eine schalenförmige Fläche bildet, d.h. dass der Innenumfang der Gleitfläche sich tiefer als der Aussenumfang befindet. Die obenerwähnten Erscheinungen und Massnahmen sind völlig bekannte Tatsachen in diesem Bereich.

Es war möglich, die früher erwähnten Nachteile mittels der in Figur 3 gezeigten Erfindung zu eliminieren. Figur 3 zeigt ein Prinzipbild von einem entsprechenden Detail, das in Figur 2 gezeigt wird. In Figur 3 sind der Dichtungsring und der Gleitring mit den gleichen Referenznummern wie in Figur 2 gezeigt. Die in Figur 3 beschriebene Erfindung basiert darauf, dass alle auf den Gleitring 5 wirkenden Kräfte auf den Massenmittelpunkt K des rechteckförmigen Querschnitts des Gleitrings 5 gerichtet werden. Wegen dieses Arrangements kommt keine nachteilige Deformation der

ORiGSNAL INSPECTED

Gleitfläche des Gleitrings vor. Die radiale Stützkraft P der Schrumpfverbindung ist dabei in einer an sich bekannten Weise gelenkt, auf die Ringfläche des Gleitrings mittels einer Rippe 8 einzuwirken, die an die achsiale, ringförmige Anschlagfläche 7 des Dichtungsrings 4 ausgeformt ist. Diese Rippe 8 ist so ausgeformt, dass ihre Kante 9, die von der Gleitfläche gesehen weiter entfernt ist, sich auf der radialen Ebene des Gleitrings befindet, welche Ebene über den Massenmittelpunkt K läuft. Mittels dieses Arrangements wird zustandegebracht, dass die radiale Stützkraft über den Massenmittelpunkt K läuft, weil nach der Abkühlung des Dichtungsrings 4 ein Kontakt zwischen dem Dichtungsring 4 und dem Gleitring ausdrücklich mittels der obenerwähnten Kante 9 erfolgt, wie zum Beispiel in der US-Patentschrift 4 261 581 festgestellt wird.

Gemäss der Erfindung ist die aus den Formänderungen des Dichtungsrings 4 entstehende, achsiale Kraft F auch im ganzen gelenkt, auf den Massenmittelpunkt K des Querschnitts des Gleitrings 5 einzuwirken. Dies wird in der Praxis so verwirklicht, dass diese achsiale Stützkraft F_ auf den Gleitring 5 mittels

einer Rippe 11 gelenkt ist, die an die radiale Anschlagfläche 10 des Dichtungsrings 4 ausgeformt ist. Die Rippe 11 ist dabei so angeordnet, dass ihre radial äussere Kante 12 sich an der achsialen Zylinderfläche befindet, die über den Massenmittelpunkt K läuft. Mittels dieses Arrangements wird zustandegebracht, dass die achsiale Stützkraft F_T über den Massenmittelpunkt K läuft, weil ein Kontakt zwischen dem Dichtungsring 4 und dem Gleitring 5 nach der Abkühlung mittels der Kante 12 der Rippe 11 erfolgt.

Gemäss der Erfindung ist es möglich, den Gleit-

ORJGlNAL INSPECTED

ring 5 so auf seinem Platz zu stützen, dass keine Deformierung der Gleitfläche geschieht. Ausserdem ist der Gleitring sowohl in der Achsial- als auch Radialrichtung sehr gut gestützt, weshalb keine besonders steifen Gleitringe nötig sind.

Zur Sicherung der Wärmeübertragung von dem Gleitring 5 auf den Dichtungsring ist es ausserdem vorteilhaft, dass die Flächengrösse der sich auf die Ringfläche des Gleitrings des Dichtungsrings 4 stützenden Rippe 9 wesentlich 1/2 - 1/4 von der Ringfläche des Gleitrings beträgt» Entsprechend beträgt die Flächengrösse der sich auf die Stirnfläche des Gleitrings des Dichtungsrings 4 stützenden Rippe 11 wesentlich 1/2 - 1/4 von der Stirnfläche des Gleitrings. Mittels dieses Arrangements wird eine zureichende Wärmeübertragungsflache zwischen dem Gleitring 5 und dem Dichtungsring 4 gesichert.

Das obenbeschriebene Ausführungsbeispiel ist keineswegs zur Begrenzung der Erfindung beabsichtigt, sondern die Erfindung kann in vielen verschiedenen Weisen im Rahmen der Patentansprüche variiert werden. Somit ist es klar, dass in den sich zwischen den Rippen 8 und 9 bildenden, geschlossenen Raum jedes beliebige, geeignete, elastisch bleibende Dichtungsoder Klebemittel angebracht werden kann, wenn es für notwendig gehalten wird. Ausserdem ist es klar, dass die verschiedenen Teile nicht unbedingt gerade so sein brauchen, wie sie in den Figuren gezeigt sind, sondern auch Teile anderer Art benutzt werden können. Zusätzlich kann in den geschlossenen Raum zwischen der Rippe 9 und der Rippe 11 bei Bedarf ein Abkühlungskanal oder mehrere Abkühlungskanäle geleitet werden.

ORIGINAL INSPECTED

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Leerseite -

Claims

Patentanwalt· DIPU-ING, R. SPlANEMANS OY SAFEMATIC LTD Dr. B. REITZNER PL 10 8000MONCHEk 2 SF-40 951 Muurame/Finnland T L ZiÄ207/322Ä2C? unser Zeichen: 1-13.036 18. Dezember 1985 Patentansprüche:

1. Gleitringabdichtung zum Abdichten einer hinsichtlich einer Wand rotierenden Achse (2), welche Abdichtung einen mit Absperrflüssigkeitverbindungen versehenen Rahmenteil und mit Gleitringen (5) versehene Dichtungsringe (4) aufweist, die hinsichtlich einander so angeordnet sind, dass die abdichtenden Gleitflächen der Gleitringe (5) aneinander anliegen und hinsichtlich einander rotieren, wobei jeder Gleitring (5) durch eine Schrumpfverbindung an seinem Dichtungsring (4) so befestigt ist, dass die radiale Presskraft (F ) der Schrumpfverbindung im cranzen gelenkt ist, auf den Massenmittelpunkt (K) der Querfläche des Gleitrings (5) einzuwirken, dadurch gekennzeichnet , dass die aus den Formänderungen des Dichtungsrings (4) entstehende, achsiale Kraft (F ) im ganzen gelenkt ist, auf den Massenmittelpunkt (K) des Querschnitts des Gleitrings (5) einzuwirken.

2. Gleitringabdichtung nach Patentanspruch 1, wobei die radial verlaufende Presskraft (F^) der Schrumpfverbindung auf die Ringfläche des Gleitrings (5) mittels einer Rippe (9) gelenkt ist, welche Rippe an die achsiale, ringförmige Anschlagfläche (7) des Dichtungsrings (4) ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Formänderungen des Dichtungsrings (4) entstehende, achsiale Kraft (F_T) mittels einer Rippe (11) auf den Gleit-

XJ

ring (5) gelenkt ist, welche Rippe an die radial verlaufende Anschlagfläche (10) des Dichtungsrings (4) ausgeformt ist.

3. Gleitringabdichtung nach Patentanspruch 2, wobei die Grosse der sich auf die Ringfläche des Gleit—

rings (5) des Dichtungsrings (4) stützenden Fläche wesentlich 1/2 - 1/4 von der Ringfläche des Gleitrings (5) beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Grosse der sich auf die Stirnfläche des Gleitrings (5) des Dichtungsrings (4) stützenden Fläche 1/2 - 1/4 von der Stirnfläche des Gleitrings (5) beträgt.

4. Gleitringabdichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhlung zwischen der Rippe (9), die die radiale Presskraft (F ) vermittelt, und der Rippe (11), die die achsiale Kraft (F_ ) vermittelt, mit elastischem

Klebe- oder Dichtungsmittel gefüllt ist.

5. Gleitringabdichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass in die Höhlung zwischen der Rippe (9) und der Rippe (11) ein Abkühlungskanal oder mehrere Abkühlungskanäle geleitet sind.