DE1249035B - - Google Patents

Description

ÜNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

RUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl

F16j

Deutsche KF: 47 f - 22/80

Nummer: 1249 035

Aktenzeichen: B 78320 XII/47 f

Anmeldetag: 17. März 1959

Auslegetag: 31. August 1967

Die Erfindung betrifft: eine Gleitringdichtung für Wellen zur Abdichtung gegen insbesondere hohe Drücke mit zwei Gleitringen, von denen der eine mit der Welle umläuft und der andere druckfest im Maschinengehäuse angeordnet ist und von denen einer federnd axial verschiebbar gegen die Gleitfläche des anderen gedrückt wird und gegenüber der ihm zugeordneten Welle bzw. dem ihm zugeordneten Maschinengehäuse mittels einer Sekundärdichtung abgedichtet ist, die eine axiale Verschiebung zuläßt, und bei der sich weiterhin in der Dichtfläche eines der Ringe eine Ringnut befindet, in der sich ein Druck einstellt, der zwischen den beiden an den Gleitringspalt anliegenden Drücken liegt.

Bei Gleitringdichtungen zum Abdichten von Stangen und Wellen gegen Drücke ist es vielfach bekannt, mehrere Dichtungsringe bzw. Dichtungspackungen axial hintereinander und gegeneinander abgestützt anzuordnen und die Ringräume zwischen diesen Packungen mit abgestuftem Druck zu belasten, um den Druck stufenweise abzufangen und den Gesamtdruck auf die einzelnen Dichtungen zu verteilen. Die Druckabstufung kann dabei entweder mehr oder weniger dem Zufall überlassen bleiben,' wobei die durch die Packungen sickernde Dichtungsflüssigkeit den Zwischemaum zwischen den Packungen anfüllt, oder durch Drosseln über Druckventile oder Differentialkolben erzielt werden, die auf irgendeine Weise einen kontrollierbaren Druck im Raum zwischen den Dichtungspackungen aufrechterhält. Solche Anordnungen haben aber den Nachteil, daß sie, wie im ersten Fall, eine reproduzierbare und von der Betriebsdauer unabhängige Dichtkraft sich nur schwer erzielen läßt oder daß, wie im zweiten Fall, die kontrollierte Aufrechterhaltung der abgestuften Drücke komplizierte Hilfseinrichtungen erfordern, die die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit der gesamten Anordnung verschlechtern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden, indem die Druckabstufung zwischen den Dichtungsringelementen auf besonders einfache Weise unter Kontrolle gehalten wird.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß bei einem Gleitring der eingangs erwähnten Art die Sekundärdichtung aus zwei hintereinandergeschalteten, für diesen Zweck bekannten elastischen Dichtungsringen besteht und der Raum zwischen diesen beiden Ringen durch eine Druckausgleichsleitung, die den axial verschiebbaren Gleitring durch- dringt, mit dem in der Gleitfläche befindlichen Ringnutraum in Verbindung steht.

Gleitringdichtung für Wellen

Anmelder:

Borg-Warner Corporation,
Chicago, JH. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. Η. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:

Herbert E. Tracy, Alhambra, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 31. März 1958

(725 051, 725 052)—

Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß keine zusätzliche Leckmenge anfällt und daß sie konstruktionsmäßig wesentlich einfacher ausgebildet ist als bekannte Anordnungen, weil auf Differentialkolben verzichtet werden kann und trotzdem eine kontrollierte Druckverteilung erhalten wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen 1 bis 3 näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine in das Gehäuse einer zugeordneten Maschine eingebaute erfindungsgemäße Gleitringdichtung, bei der einige Teile in die Zeichenebene projiziert sind,

Fig. 2 einen vergrößerten Teillängsschnitt der Ausführungsart nach F i g. 1 und

F i g. 3 in einem entsprechend F i g. 2 vergrößerten Teillängsschnitt eine abgewandelte Ausführungsart.

In der Zeichnung ist bei 201 eine Pumpe oder ein anderes Gehäuse dargestellt, das eine Bohrung 202 aufweist, durch die eine abzudichtende Drehwelle 203 führt. Diese Welle besitzt am einen Ende einen Wellenabschnitt 204 verringerten Durchmessers. Konzentrisch um die Welle ist ein ringförmiger DichtungsflanscH 205 angeordnet, der an der Außenfläche des Gehäuses 201 mitels einer geeigneten Anzahl von Schrauben 206 befestigt ist. Dabei ist zwischen dem Gehäuse und dem Flansch ein O-Ring

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207 oder eine andere geeignete Dichtung eingelegt, um ein Aussickern von Flüssigkeit durch die Bohrung 202 und zwischen Gehäuse und Flansch hindurch zu vermeiden.

Der Flansch 205 ist mit einer die Gleitringdichtung aufnehmenden Kammer 208 versehen, die in einen Kammerabschnitt 209 verringerten Querschnittes und in einen weiteren Kammerabschnitt 210 noch weiter verringerten Querschnittes übergeht. In dem Abschnitt 209 der Kammer 208 ist ein Gleitring 211 angeordnet, der einen Endabschnitt 212 verringerten Querschnittes hat, der in den Abschnitt 210 der Kammer 208 hineinreicht, wobei ein O-Dichtring 212 a oder eine andere Dichtung ein Aussickern von Flüssigkeit zwischen dem Flansch 205 und dem Dichtungsringelement 211 verhindert. Der O-Dichtiing 212 a ist gleichzeitig eine Vorrichtung, um den Gleitring 211 gegen Verdrehung zu halten, so daß dieser ein sich nicht drehendes Teil ist.

Auf der Welle 203 ist der andere sich drehende Gleitring 213 angeordnet. Er ist mit einem sich in Radialrichtung erstreckenden Endabschnitt 214 versehen, an dem eine verhältnismäßig breite Radialdichtfläche 215 ausgebildet ist, die zwei verhältnismäßig schmalen ineinanderliegenden Radialdicht- flächen 216 und 217 des Gleitringes 211 gegenüberliegt. Zwischen diesen beiden verhältnismäßig schmalen Radialdichtflächen 216, 217 erstreckt sich im Gleitring 211 eine Ringkammer 218.

Um den Gleitring 213 mit der Welle 203 zu verbinden, damit er mit ihr umläuft, ist er mit einer geeigneten Anzahl von Mitnehmeransätzen 219 versehen, die auf der der Radialdichtfläche abgewandten Seite in Axialrichtung in Längsschlitze 220 einer Verbindungshülse 221 eingreifen.

Die Welle 203 besitzt eine Ringschulter 222, gegen die eine Ringschulter 223 eines Ringes 224 anliegt. Dieser Ring besitzt radiale öffnungen 225, durch die eine geeignete Anzahl von Mitnehmerbolzen 226 greift. Diese Mitnehmerbolzen 226 haben Köpfe 227, die in Axialschlitzen 228 sitzen, welche von der Ringschulter 222 aus in Axialrichtung in die Welle eingearbeitet sind. Am anderen Ende greifen die Mitnehmerbolzen 226 in die Längsschlitze 220 der Verbindungshülse 221. Auf diese Weise ist der Gleitring 213 mit der Welle 203 über die Mitnehmeransätze 219, die Verbindungshülse 221 und die Mitnehmerbolzen 226 unverdrehbar verbunden, so daß er mit der Welle umläuft.

Am einen Ende der Verbindungshülse 221 ist ein Druckring 229 angebracht, der ein verjüngtes Ende 230 besitzt, das auf eine als Umfangsdichtelement wirkende, im Querschnitt U-förmige Manschettenpackung 231 derart wirkt, daß er die Schenkel der letzteren in enge Berührung mit der Innenwand des Gleitringes 213 und der Außenwandung der Welle 203 drückt In axialem Abstand zu der ersten U-Packung 231 ist eine zweite, ebenfalls als Umfangsdichtelement wirkende U-Packung 232 um die Welle herum angeordnet. In dem dazwischenliegenden axialen Abstandsraum sitzt ein Distanzring 233 auf der Welle, der einerseits mit einem gewölbten Sitz 234 für die U-Packung 231 versehen ist. Andererseits ist er mit einem verjüngten Ende 235 versehen, das auf die U-Packung 232 drückt, um diese auseinanderzuspannen. Die U-Packung 232 sitzt in einem gewölbten Sitz 236, der in den Gleitring 213 eingearbeitet ist. Die U-Packungen 231 und 035

232 dienen als Sekundärdichtung zwischen dem Gleitring 213 und der Welle.

Zwischen dem Ring 224 und dem Druckring 229 ist eine Schraubenfeder 237 angeordnet, die die U-Packungen 231 und 232 und den Druckring 229 sowie den Distanzring 233 axial in Richtung auf den Flansch 205 drückt, so daß der sich mit der Welle drehende Gleitring 213 gewöhnlich gegen den sich nicht drehenden Gleitring 211 gedrückt wird.

Es bestehen ferner Einrichtungen, um Flüssigkeit unter Druck in die Ringkammer 218 des Gleitringes 211 einzuleiten, um auf diese Weise teilweise den Druckabfall über die Radialdichtflächen 215 und 216,217 auszugleichen. Es ist zu bemerken, daß die Druckdifferenz gewöhnlich die Differenz zwischen dem Gehäusedruck, d. h. dem Druck in der Bohrung 202, und dem atmosphärischen Druck ist. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel besteht eine solche Einrichtung aus einer Flüssigkeitszuführleitung 238, die radial durch den Flansch 205 in den Kammerabschnitt 209 verringerten Querschnittes seiner Kammer 208 führt, und aus einer Flüssigkeitsableitung 239, die von der im Gehäuseinneren liegenden Kammer 208 ausgeht und ebenfalls radial durch den Flansch 205 führt.

Der Gleitring 211 ist mit einem O-Dichtring 240 oder einer anderen geeigneten Dichtung versehen,, der gegen die Innenwandung des Kammerabschnittes 209 der Kammer 208 derart anliegt, daß die Ableitung 239 wirksam von der Zuführleitung 238 getrennt ist.

Aus der Gehäusebohrung 202 kann also Flüssigkeit durch die Kammer 208 und die Ableitung 239 hindurch aus dem Flansch 205 abgeleitet und einer bei 241 schematisch dargestellten Drosselrohrschlange zugeführt werden. Aus dieser führt der Weg zurück zur Zuführleitung 238 des Flansches 205, die auf der anderen Seite des O-Dichtringes 240 liegt. Innerhalb des Gleitringes 211 ist ein Kanal 242 ■angeordnet, der die Zuführleitung 238 mit der Ringkammer 218 verbindet, so daß Flüssigkeit aus dem? Gehäuseinneren über die Drossel in die RingkammeK' 218 geleitet wird.

Im Ausführungsbeispiel ist die Drosselrohrschlange 241 vorzugsweise derart gestaltet, daß in bekannter Weise auf Grund des Reibungswiderstandes beim Durchfluß ein so großer Druckabfall erreicht wird, daß die Flüssigkeit in der Ringkammer 218 etwa die Hälfte des Druckes im Gehäuseinneren oder einen anderen vorherbestimmten Teildruck hat. Auf diese Weise wird der Druckabfall über die Radialdichtflächen 215 und 216 teilweise ausgeglichen werden, und die Druckdifferenz über die Radialflächen 215 und 217 wird die Differenz zwischen dem in der Ringkammer 218 herrschenden Druck und dem Atmosphärendruck sein.

Der Gleitring 211 besitzt ferner einen Auslaßkanal 243, der von der Ringkammer 218 abgeht und zwischen den O-Dichtringen 212 a und 240 mit einer radial durch den Flansch 205 hindurchführenden Auslaßleitung 244 in Verbindung steht. Von da aus läuft die aus der Ringkammer 218 kommende Flüssigkeit durch eine schematisch bei 245 angedeutete Drosselschlange, die in der üblichen Weise so gebaut ist, daß sie den Druck der hindurchfließenden Flüssigkeit vom Druck in der Ringkammer 218 auf Atmosphärendruck herabsetzt. Die unter Druck stehende Flüssigkeit kann natürlich

Claims (2)

auch noch auf andere Weise, als hier dargestellt, in die Ringkammer 218 geleitet werden. Zum Beispiel kann Flüssigkeit aus einer getrennten Vorratsquelle in die Zuführleitung 238 mit. einem Druck geleitet werden, der zwischen dem Gehäuseinnendruck und dem Atmosphärendruck liegt. Um gemäß der Erfindung den Flüssigkeitsdruck in der Ringkammer 218 zu benutzen, um den Druck abzustufen, der über die U-Packungen 231 und 232 wirkt, ist der sich drehende Gleitring 213 mit einer geeigneten Anzahl von gebohrten oder auf andere Weise eingearbeiteten Leitungen 246 versehen, die von der Ringkammer 218 bis zu einer Zone radial außerhalb des Distanzringes 233 führen. Dort ist eine Ringrinne 247 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Rinne 247 in die Innenwandung des Gleitringes 213 eingearbeitet und steht mit dem axialen Abstandsraum zwischen den U-Packungen 231, 232 über eine geeignete Anzahl von radialen Kanälen 248 in Verbindung, die durch den Distanzring 233 hindurchführen, so daß Flüssigkeit unter einem dem in der Ringkammer 218 herrschenden Druck entsprechenden Druck in den Abstandsraum zwischen die U-Packungen 231, 232 geleitet wird. Falls entsprechend dem eingangs angeführten Beispiel der Druck in der Ringkammer 218 die Hälfte des Gehäuseinnendruckes, der 140 atü ist, beträgt, so wird die Flüssigkeit mit einem Druck von 70 atü zwischen die entsprechenden U-Packungen 231 und 232 geleitet, und diese wird die Hälfte des auf die U-Packung 231 lastenden Druckes aufheben. Die U-Packung 232 wird dementsprechend nur unter einem Flüssigkeitsdruck von 70 atü stehen. Bei der abgewandelten Ausführungsart nach F i g. 3 weist der sich mit der Welle mitdrehende Gleitring 213 ein Paar von konzentrisch ineinanderliegenden Dichtungsringen 250 und 251 auf. Der Ring 250 ist auf den Ring 251 aufgesetzt, um sich mit diesem zu drehen und dabei jedoch diesem gegenüber axial verschieblich zu sein. Der Ring 251 besitzt einen sich axial erstreckenden Trägerabschnitt 252, in dem der oben beschriebene Sitz 236 für die U-Packung 232 ausgebildet ist. Zwischen dem Trägerabschnitt 252 und einem die Radialdichtfläche 215 aufweisenden Endabschnitt 253 des Ringes 251 besitzt dieser einen sich radial erstreckenden Mittelabschnitt mit einer Radialfläche 255, die in axialem Abstand einer Radialfläche 256 gegenüberliegt, welche sich auf der inneren Oberfläche des Ringes 250 befindet. Auf diese Weise wird zwischen den Radialflächen 255 und 256 der Dichtungsringe 250, 251 eine Druckkammer 257 gebildet, die über einen zwischen den Dichtungsringen 250 und 251 liegenden Ringspalt 258 mit der Ringkammer 218 des sich nicht drehenden Glettringes 211 in Verbindung steht. Zwischen der Außenwandung des Dichtungsringes 251 und der Innenwandung des Dichtungsringes 250 ist ein geeignetes Dichtungselement, z. B. ein O-Dichtring 259, angeordnet, wodurch die Flüssigkeit daran gehindert wird, zwischen den Dichtungsringen 250 und 251 ungewollt hindurchzutreten. Der Dichtungsring 251 besitzt außerdem eine geeignete Anzahl von sich axial erstreckenden Aussparungen 260, in die eine gleiche Anzahl von am Dichtungsring 250 ausgebildeten Mitnehmeransätzen 261 greifen. Diese Ansätze dienen dazu, die Dichtungsringe 250, 251 miteinander zu verbinden, damit sie sich als Einheit drehen, während sie sich axial zueinander bewegen können. Bei diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel befindet sich die Flüssigkeit in der Ringkammer 218 unter einem nicht bestimmten Druck, der jedoch zwischen dem Gehäusedruck und dem Atmosphärendruck liegt, wie es sich auf Grund des Druckabfalles über die Radialdichtfläche 216 ergibt. Falls im praktischen Betrieb die Dichtung unter normalen Betriebsbedingungen steht, kann der Druck in der Ringkammer 218 etwa die Hälfte des Gehäuseinnendruckes betragen, aber in jedem Fall wirkt dieser Teildruck auf die in der Druckkammer 257 befindlichen Radialflächen 255, 256 der Dichtungsringe 250, 251. Der Druck in der Druckkammer 257 wird teilweise die Wirkung des Gehäuseinnendruckes ausgleichen, der den Dichtungsring 251 in F i g. 3 nach rechts zu drücken sucht. Zusätzlich wird der Druckgradient über die Radialdichtfläche 215, 216 eine Kraft erzeugen, die die Dichtungsringe 250, 251 in F i g. 3 nach links zu schieben sucht. Diese letztgenannte Kraft ist eine Funktion des Druckabfalles über den Radialflächen 215 und 216. Schwankungen in den wirkenden Kräften, die durch den Druck in der Druckkammer 257 und durch die Druckgradienten über den Radialdichtflächen 215 und 216 erzeugt werden, bewirken automatisch eine Selbstanpassung der gegenseitigen axialen Lage der Dichtungsringe 250 und 251. Um gemäß der Erfindung die Druckflüssigkeit in der Ringkammer auszunutzen, ist der Dichtungsring durchbohrt oder auf andere Weise mit einer sich axial erstreckenden Leitung 262 versehen, die mit der bei der Ausführungsart nach F ig. 1 und 2 beschriebenen Ringrinne 247 verbunden ist. Auf diese Weise wird der in der Ringkammer 218 herrschende Flüssigkeitsdruck wirksam und gleicht zu einem Teil den Druckunterschied über die Umfangsdichtelemente 231,232 aus. Der übrige Aufbau der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsart entspricht demjenigen nach F i g. 1 und 2. Patentansprüche:

1. Gleitringdichtung für Wellen zur Abdichtung gegen insbesondere hohe Drücke mit zwei Gleitringen, von denen der eine mit der Welle umläuft und der andere druckfest im Maschinengehäuse angeordnet ist, und von denen einer federnd axial verschiebbar gegen die Gleitfläche des anderen gedrückt wird und gegenüber der ihm zugeordneten Welle bzw. dem ihm zugeordneten Maschinengehäuse mittels einer axialen Verschiebung zulassenden Sekundärdichtung abgedichtet ist und bei der sich weiterhin in der Dichtfläche eines der Ringe eine Ringnut befindet, in der sich ein Druck einstellt, der zwischen den beiden an dem Gleitringspalt anliegenden Drücken liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärdichtung aus zwei hintereinandergeschalteten, für diesen Zweck bekannten elastischen Dichtungsringen (231, 232) besteht und der Raum (248) zwischen diesen beiden Ringen durch eine Druckausgleichsleitung (246), die den axial verschiebbaren Gleitring (213) durchdringt, mit dem in der Gleitfläche befindlichen Ringnutraum (218) in Verbindung steht.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem elastischen Dich-

tungsring (231) ein Druckring (229) zugeordnet ist, der vom Federdruck der Feder (237) gegen den Dichtungsring 231 gedrückt wird, und daß zwischen den elastischen Dichtungsringen (229 und 232) ein Distanzring (233) angeordnet ist, der vom Federdruck der Feder (237) und vom

Innendruck gegen den Dichtungsring (231) drückt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 595 926; »Konstruktion«, H. 6, 1954, S. 239.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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