DE3843288A1 - Gleitringdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung für eine flüssige Medien fördernde Pumpe, die während des Betriebes hydro­ dynamisch abgedichtet wird, und die mittels Hilfsenergie beispielsweise durch Luft oder Anlegen einer elektrischen Spannung bei Stillstand axial verstellbar ist und diese abdichtet und die ein Entlastungsrad und einen flexiblen Dichtungseinsatz aufweist. Solche Gleitringdichtungen werden in Pumpen einge­ setzt, die vorzugsweise in chemischen Anlagen, klima- und kälte­ technischen Maschinen und Anlagen eingesetzt werden. Das betrifft insbesondere Kreisel-, Zahnrad-, Drehkolbenpumpen und Rührwerke.

Es ist eine Stillstandsabdichtung bekannt, die im wesentlichen aus einem balgartigen Labyrinth, vorzugsweise aus Teflon­ material gefertigt, besteht. Dieses balgartige Labyrinth weist von zwei Seiten eingebrachte, gegeneinander versetzte Nuten auf, deren trennende Zwischenwände im allgemeinen mäander­ förmig zueinander verlaufen, wobei sich das balgartige Labyrinth im wesentlichen axial um eine Wellenhülse erstreckt, die mit einer rotierenden Welle verbunden ist. Über eine Lufteintritts- bzw. -austrittsöffnung, die bis in den Bereich des balgartigen Labyrinths führt, wird Luft durch diese Öffnung auf das balg­ artige Labyrinth gepreßt. Während des Betriebes der Pumpe wird diese durch das Entlastungsrad hydrodynamisch abgedichtet. Durch die Rotation des Entlastungsrades bildet sich in dessen peripheren Umfangsbereich ein Flüssigkeitsring durch das zu fördernde flüssige Medium. Wird die Pumpe abgeschaltet, wird nun gleichzeitig über ein 3/2-Wegeventil das balgartige Labyrinth über seine gesamte Länge mit seinen nach innen weisenden Mäanderflächen radial gegen die starr mit der Welle verbundene Wellenhülse gedrückt. Das balgartige Labyrinth bremst dabei die Rotation an der Welle der Pumpe bis zum Stillstand ab. Dabei erfolgt eine Abdichtung der Atmosphärenseite zur Produktseite der Stillstandsabdichtung gegenüber dem zu fördernden Medium.

Dadurch läuft sich das balgartige Labyrinth, das aus dem relativ weichen Kunststoff besteht, an der Oberfläche der Wellenhülse stark ein und wird dabei erheblich abgenutzt. Erfahrungsgemäß hält eine solche Abdichtung durch das balgartige Labyrinth etwa 20 bis 25 Schaltungen aus bis diese dann ausgetauscht werden muß.

Nachteilig bei dieser Lösung ist vor allem die geringe Standzeit der Stillstandsabdichtung, sodaß ein häufiger Austausch vorge­ nommen werden muß, da das balgartige Labyrinth die im Still­ stand befindliche Pumpe nicht mehr ausreichend abdichtet. Um eine große Abdichtfläche zu erreichen, weist das balgartige Labyrinth eine große Anzahl von mäanderförmig angebrachten Nuten auf. Dadurch ist ein großes Bauvolumen für die Gleitring­ dichtung notwendig. Darüberhinaus sind die Gleitringdichtungen in der Regel so ausgebildet, daß bei einem Austausch die gesamte Dichtung und nicht nur lediglich die Verschleißteile ausgetauscht werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringdichtung für eine flüssige Medien förndernde Pumpe zu schaffen, bei der das Bauvolumen minimiert ist und die im Stillstand die Pumpe gegen das Fördermedium vollständig abdichtet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, die Standzeit der Gleitringdichtung wesentlich zu erhöhen und die Austauscharbeit der Verschleißteile zu vereinfachen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der flexible Dichtungseinsatz eine um seine äußere Umfangsfläche umlaufende Nut aufweist, die radial nach innen gerichtet ist und einen umlaufenden axial bewegbaren Dehnungskanal enthält und die eine zur Atmosphärenseite gerichtete flexible Wandung bildet, an der ein Gegenring angeordnet ist, der infolge der Beaufschlagung der Gleitringdichtung mit Hilfsenergie mit seiner atmosphärenseitigen Stirnfläche gegen einen Gleitring auf einer Rotationswelle drückbar ist. Der flexible Dichtungseinsatz besteht aus einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise aus Teflon.

In einer Ausführungsform ist in die umlaufende Nut des flexiblen Dichtungseinsatzes ein Stützelement, das beispielsweise aus zwei halbkreisförmigen Schalen bestehen kann, eingebracht, das an seiner Umfangsfläche mit wenigstens einer Durchtrittsöffnung für die Hilfsenergiezu- und -abführung versehen ist.

ln einer anderen Ausführungsform ist am Umfangsbereich des flexiblen Dichtungseinsatzes eine mit diesem starr verbundene Scheibe angeordnet, die an ihrer zur Produktseite weisenden Stirnfläche eine Anzahl Elektromagnete aufweist. Diese Stirn­ fläche der Scheibe ist durch Federbelastung mit einer gegenüber­ liegenden metallischen Fläche verbunden.

In besonderer Ausbildung ist der Gegenring mit dem flexiblen Dichtungseinsatz und/oder der Gleitring mit der Pumpenwelle bzw. der Wellenhülse lösbar und austauschbar verbunden.

Die Gleitringdichtung wird durch ein flüssiges oder gasförmiges Medium oder elektromechanisch beaufschlagt.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen können Pumpen, die meistens aggressive flüssige Medien fördern, ausreichend gegen diese Medien insbesondere beim Stillstand der Pumpen abgedichtet werden, ohn daß diese aggressiven Medien die ab­ dichtenden Teile angreifen oder aus den Pumpen in die Umwelt ablaufen können.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der flexible Dichtungseinsatz nicht mehr unmittelbar mit einem rotierenden Teil in Berührung kommt, sondern um einen geringen Betrag einen Gegenring gegen einen Gleitring drückt. Lediglich die atmosphärenseitige Stirnfläche kommt mit dem Gleitring in Berührung. Der Verschleiß der Gleitringdichtung ist also extrem gering und die Standzeit sehr hoch. Die verschleißenden Teile, wie Gegenring und Gleitring, sind dabei austauschbar ausgebildet, damit lediglich diese ausgetauscht werden können.

Dadurch, daß der flexible Dichtungseinsatz lediglich einen axial bewegbaren Dehnungskanal enthält, ist das axiale Bauvolumen der Gleitringdichtung auf ein Minimum beschränkt worden.

Durch die axiale Wirkung und Bewegung des flexiblen Dichtungs­ einsatzes schadet ein Schließen der Gleitringdichtung auch dann nicht, wenn die Welle nach dem Abstellen noch ausläuft. Dadurch wird auch nicht die Standzeit der Gleitringdichtung beschränkt.

Anhand von zwei Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher beschrieben werden. Dabei zeigen die beigefügten Zeichnungen in

Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform im Quer­ schnitt, wobei als Hilfsenergie zur Beaufschlagung der Gleitringdichtung ein flüssiges oder gasförmiges Medium verwendet wird,

Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform im Quer­ schnitt, wobei als Hilfsenergie zur Beaufschlagung der Gleitringdichtung eine elektrische Spannung angelegt wird, und

Fig. 3 eine Vorderansicht der die Elektromagneten enthaltenden Scheibe.

Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 besteht darin, daß die Ausführung nach Fig. 1 mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium als Hilfsenergie und die Ausführung nach Fig. 2 durch Anlegen einer elektrischen Spannung als Hilfsenergie beaufschlagt wird, um eine geringe axiale Bewegung des flexiblen Dichtungseinsatzes zur Atmosphärenseite der Gleitringdichtung zu bewirken. Der Grund­ aufbau der beiden Ausführungsformen ist jedoch gleich, sodaß gleiche Bezugszeichen gleiche Teile betreffen.

So ist in den Fig. 1 und 2 mit dem Bezugszeichen 1 eine rotierende Welle bezeichnet, an deren produktseitige Ende ein Entlastungsrad 2 drehfest aufgebracht ist. An dieses Entlastungs­ rad 2 schließt sich zur Atmosphärenseite der Gleitringdichtung eine Wellenhülse 3 an, die ebenfalls drehfest mit der rotierenden Welle 1 verbunden ist.

Die mit Wellenhülse 3 verbundene Welle 1 dreht sich in einem Stopfbuchsgehäuse 4, an dem die gesamte Gleitringdichtung befestigt ist. Die Befestigung ist mit der Strich-Punkt-Linie angedeutet. Desweiteren ist auf der Wellenhülse 3 ein Gleitring 5 aufgebracht, dessen produktseitige Stirnfläche eine Abdichtfläche bildet. Dieser Gleitring 5 kann lösbar mit der Wellenhülse 3 durch geeignete Befestigungsmittel, wie Schrauben (z. B. Maden- oder Imbußschrauben), Nieten oder dergl. verbunden sein. Diese Verbindung ist wiederum mit der Strich-Punkt-Linie angedeutet. Dadurch ist die Austauschbarkeit und Nachstellbarkeit des Gleitringes 5 gewährleistet.

Der Abdichtfläche des Gleitringes 5 gegenüber befindet sich in einem bestimmten spaltbildenden Abstand (bei Betrieb der Pumpe) die Abdichtfläche eines Gegenringes 6. Während dieser Gegenring 6 vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise Teflon, besteht, ist der Gleitring 5 vorzugsweise aus einem sehr harten Material, wie Siliziumcarbid, Hartmetall o. ä. ausgebildet. Andererseits kann auch der Gegenring 6 aus dem gleichen Material bestehen wie der Gleitring 5. Dieses Material ist recht teuer, sodaß die Forderung nach Austauschbarkeit dieser Teile besteht.

Der Spalt 7 zwischen den Abdichtflächen des Gleitringes 5 und des Gegenringes 6 wird vorbestimmt und stellt einen Abstand dar, der durch Betätigen der Gleitringdichtung durch Beaufschla­ gung mit einer Hilfsenergie gegen Null verringert werden soll, wenn die Pumpe abgeschaltet wird.

Der Spalt 7 ist in den vorliegenden Zeichnungen der Übersicht halber extrem breit dargestellt. Tatsächlich bewegt sich der Spalt 7 in einer Größenordnung von etwa 0,3 mm.

Der Gegenring 6 ist an der atmosphärenseitigen Stirnfläche eines flexiblen Dichtungseinsatzes 8 angeordnet. Dabei kann der Gegenring 6 als separates Teil ausgebildet sein, das beispiels­ weise über eine Überwurfmutter 9, vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff, wie Teflon, bestehend, mit dem flexiblen Dichtungs­ einsatz 8 verbunden ist und gegebenenfalls mit einer O-Ring­ dichtung 10 gegenüber diesem abgedichtet ist. Der Gegenring 6 kann aber auch Bestandteil des Dichtungseinsatzes sein und mit diesem eine Einheit bilden. Durch die Verbindung mit der Überwurfmutter 9 ist der Gegenring 6 lösbar und austauschbar ausgeführt.

Der flexilbe Dichtungseinsatz 8 besteht ebenfalls aus Kunststoff, vorzugsweise Teflon, da dieses flexibel und trotzdem widerstandsfähig ist und Temperaturen im Bereich von 220° unbeschadet aushält. Dieser flexible Dichtungseinsatz 8 befindet sich zwischen dem Gegenring 6 und dem Stopfbuchsgehäuse 4, wobei letzteres über eine O-Ringdichtung 11 gegenüber dem flexiblen Dichtungseinsatz abgedichtet ist. Der Dichtungseinsatz 8 weist eine um seine äußere Umfangsfläche umlaufende Nut 12 auf, die radial nach innen zur rotierenden Welle 1 gerichtet ist. Weiterhin weist der Dichtungseinsatz 8 einen umlaufenden axial bewegbaren Dehnungskanal 13 auf, der bis in die Nut 12 hineinragt.

Gemäß Fig. 1 ist in die umlaufende Nut 12 ein Stützelement 14 eingebracht, das aus zwei halbkreisförmigen Schalen bestehen kann und somit abnehmbar gestaltet ist. Dieses Stützelement soll das flexible Dichtelement 8 stabilisieren und wird vom Dichtele­ ment 8 selbst gehalten. Das Stützelement 14 besitzt an seiner peripheren Umfangsfläche mehrere Durchtrittsöffnungen 15.

Oberhalb des Stützelementes 14 ist ein Klemmring 16 ange­ ordnet, der den flexiblen Dichtungseinsatz 8 klemmt und mit dem Stopfbuchsgehäuse 4 verbunden ist. An diesem Klemmring 16 befindet sich eine Lufteintritts- und -austrittsöffnung 17, durch die Luft hohen Druckes zu- und abgeführt wird, wobei die Luft durch eine im Klemmring 16 befindliche Bohrung und die Durchtrittsöffnungen 15 des Stützelementes 14 strömt.

Während des Pumpenbetriebes bildet sich am Entlastungsrad 2 ein Flüssigkeitsring durch das zu fördernde Medium. Wird über ein Zeitrelais (nicht dargestellt) die Pumpe angehalten, so wird gleichzeitig Druckluft über die Lufteintritts- und -austrittsöffnung 17, durch die Bohrung im Klemmring 15 und die Durchtrittsbohrungen 15 in Stützelement 14 in die Nut 12 des flexiblen Dichtelements 8 geleitet. Durch den Luftdruck wird der Bereich des Dehnungskanals 13 axial zur Atmosphärenseite um einen geringen Betrag, nämlich etwa 0,3 mm, verschoben, sodaß der Gegenring 6 mit der Überwurfmutter 9 mit dessen Stirn­ fläche gegen die gegenüberliegende Stirnfläche des Gleitringes 5 gedrückt, sodaß der Spalt 7 verschlossen wird und dadurch die Pumpe gegenüber der Umwelt abgedichtet ist und keine aggressiven Medien austreten können. Wird die Pumpe wieder in Betrieb genommen, wird die Druckluft über die Öffnung 17 mittels eines 3/2-Wegeventils abgezogen, das über ein Zeitrelais (nicht dargestellt) mit dem Elektromotor der Pumpe verbunden ist. Die Dichtflächen des Gegenringes 6 und des Gleitringes 5 weisen wieder den Spalt 7 auf.

In der Ausführung gemäß Fig. 2 befindet sich oberhalb der Nut 12 eine Scheibe 18, die durch einen Sicherungsring 19 am flexiblen Dichtungseinsatz 8 gehalten wird. Die Scheibe 18 weist an ihrer zur Produktseite weisenden Stirnfläche im äußeren Umfangsbereich eine Anzahl Elektromagnete 20 auf, wie sie beispielhaft in Fig. 3 dargestellt sind.

Diesen Elektromagneten 20 gegenüber befindet sich am Stopf­ buchsgehäuse 4 eine Andruckscheibe 21, die starr mit diesem verbunden ist. Die Scheibe 18 ist mittels Federn 22, die ebenfalls gemäß Fig. 3 im äußeren Umfangsbereich der Scheibe 18 angeordnet sind, gegen die Andruckscheibe 21 abgestützt.

Beim Betrieb der Pumpe sind die Elektromagnete 20 vorzugs­ weise mit Gleichstrom beaufschlagt, sodaß diese die Feder­ spannung der Federn 22 überwinden und sich an die Andruckscheibe 21 anlegen, sodaß der Spalt 7 zwischen Gleitring 5 und Gegenring 6 entsteht. Durch die Verwendung von Gleich­ strom sind die Elektromagnete 20 explosionsgeschützt, sodaß die Sicherheit der Gleitringdichtung erhöht wird. Beim Abschalten der Pumpe werden die Elektromagnete 20 stromlos geschaltet, sodaß die Federn, die etwa 0,4 mm Vorspannung aufweisen, die Scheibe 18 und den Dehnungskanal 13 des flexiblen Dichtungsein­ satzes und den daran angeordneten Gegenring 6 gegen den Gleitring 5 drücken, sodaß der Spalt 7 beseitigt wird. Die Gleit­ ringdichtung dichtet wie in Ausführungsform gemäß Fig. 1 ab.

Vorzugsweise wird eine Spannung von 24 Volt an die Elektromagnete angelegt.

Claims (10)

1. Gleitringdichtung für eine flüssige Medien fördernde Pumpe, die während des Betriebes hydrodynamisch abgedichtet wird, und die mittels Hilfsenergie beispielsweise durch Luft oder Anlegen einer elektrischen Spannung bei Stillstand axial ver­ stellbar ist und diese abdichtet und die ein Entlastungsrad und einen flexiblen Dichtungseinsatz aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der flexible Dichtungseinsatz (8) eine um seine äußere Umfangsfläche umlaufenden Nut (12) aufweist, die radial nach innen gerichtet ist und einen umlaufenden axial bewegbaren Dehnungskanal (13) enthält und die eine zur Atmosphärenseite gerichtete flexible Wandung bildet, an der ein Gegenring (6) angeordnet ist, der infolge der Beauf­ schlagung der Gleitringdichtung mit Hilfsenergie mit seiner atmosphärenseitigen Stirnfläche gegen einen Gleitring (5) auf einer Rotationswelle (1) drückbar ist.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Dichtungseinsatz (8) aus einem Kunststoff­ material, vorzugsweise aus Teflon besteht.

3. Gleitringdichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die umlaufende Nut (12) des flexiblen Dichtungseinsatzes (8) ein Stützelement (14) eingebaut ist, das an seiner Umfangsfläche mit wenigstens einer Durchtrittsöffnung (15) für die Hilfsenergiezu- und -abführung versehen ist.

4. Gleitringdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (14) aus zwei halbkreisförmigen Schalen besteht.

5. Gleitringdichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfangsbereich des flexiblen Dichtungseinsatzes (8) eine mit diesem starr verbundene Scheibe (18) angeordnet ist, die an ihrer zur Produktseite weisenden Stirnfläche eine Anzahl Elektromagnete (20) aufweist.

6. Gleitringdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Elektromagneten (20) aufweisende Stirnfläche der Scheibe (18) durch Federbelastung (22) mit einer gegenüber­ liegenden metallischen Fläche (21) verbunden ist.

7. Gleitringdichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenring (6) mit dem flexiblen Dichtungseinsatz (8) lösbar und austauschbar verbunden ist.

8. Gleitringdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungselement eine Überwurfmutter (9) vorge­ sehen ist.

9. Gleitringdichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitring (5) lösbar und austauschbar mit der Pumpenwelle (1) bzw. der Wellenhülse (3) verbunden ist.

10. Gleitringdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gleitringdichtung durch ein flüssiges oder gasförmiges Medium oder elektromechanisch beaufschlagt wird.