-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer verbesserten Abdichtung an einer Rückseite eines Gleitrings, insbesondere bei gasgeschmierten Gleitringdichtungsanordnungen.
-
Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Im Betrieb kann dabei neben einer Leckage über einen Dichtspalt zwischen einem rotierenden und einem stationären Gleitring auch eine Leckage an einer Rückseite der Gleitringe auftreten. Hierbei wird üblicherweise ein metallischer Gleitringdichtungsträger verwendet, welcher den abzudichtenden Gleitring an der Rückseite kontaktiert und in Axialrichtung an einem äußeren Umfang übergreift, wie bspw. aus der
DE 10 2014 203 336 A1 bekannt. Bei dieser Druckschrift wird der rotierende Gleitring von einem derartigen, im Schnitt L-förmigen Gleitringträger übergriffen. Ein Faltenbalg stellt dabei eine axiale Beweglichkeit des rotierenden Gleitrings sicher, um ein Nachsetzen des Gleitrings bei einer Bewegung der Welle zu ermöglichen. Insbesondere bei Abdichtung von heißen gasförmigen Medien kann jedoch eine Leckage zwischen dem Gleitringträger und dem Gleitring über die Rückseite des Gleitrings auftreten. Aus der
US 2015/0240950 A1 ist eine Gleitringdichtungsanordnung bekannt, welche eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden und einem stationären Gleitring aufweist sowie einen Vorspannring mit einem Vorspannelement aufweist, welches jedoch ein Kippmoment auf den Vorspannring ausübt.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Leckage an einer Rückseite eines Gleitrings verhindern kann.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht eine verbesserte Abdichtung eines Gleitrings an dessen Rückseite. Hierdurch kann eine Leckage eines Mediums, insbesondere eines gasförmigen Mediums, sicher verhindert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Gleitringdichtungsanordnung eine Gleitringdichtung mit einem ersten und einem zweiten Gleitring aufweist, wobei an einer von einem Dichtspalt zwischen den beiden Gleitringen abgewandten Rückseite eines der Gleitringe eine erste Kontaktfläche ausgebildet ist. Ferner umfasst die Gleitringdichtungsanordnung einen Vorspannring mit einer zweiten Kontaktfläche, welche die erste Kontaktfläche berührt. Weiterhin ist ein Vorspannelement vorgesehen, welches eine Vorspannung auf den Vorspannring in Richtung auf die Rückseite des Gleitrings ausübt, um eine sichere Anlage der zweiten Kontaktfläche an der ersten Kontaktfläche zu erreichen. Der Vorspannring ist dabei aus einem Material hergestellt, dessen Härte größer ist als eine Härte des Materials des Gleitrings. Somit kann durch die Wahl von unterschiedlichen Härten und des Aufbringens einer Vorspannung auf die Kontaktflächen eine sichere Abdichtung im Betrieb erreicht werden. Die erste und zweite Kontaktfläche weisen eine sehr kleine mittlere Rauheit auf, die in einem Bereich von 0,01 μm bis 0,5 μm liegt.
-
Besonders bevorzugt weisen die erste und zweite Kontaktfläche eine mittlere Rauheit in einem Bereich von 0,01 μm bis 0,5 μm, insbesondere 0,1 μm bis 0,3 μm auf und bevorzugt 0,15 μm. Weiter bevorzugt ist eine mittlere Rauheit der ersten Kontaktfläche gleich einer mittleren Rauheit der zweiten Kontaktfläche. Vorzugsweise ist eine mittlere Rauheit der ersten Kontaktfläche des Gleitrings gleich einer mittleren Rauheit einer Gleitfläche dieses Kontaktrings.
-
Die beiden Kontaktflächen werden vorzugsweise mittels eines Feinbearbeitungsverfahrens bearbeitet, um eine geringe mittlere Rauheit herzustellen. Besonders bevorzugt werden dabei spanende Verfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide, insbesondere Schleifen oder Polieren, verwendet.
-
Besonders bevorzugt ist der Gleitring, an dessen Rückseite die erste Kontaktfläche ausgebildet ist, der stationäre Gleitring.
-
Als Materialien für den Vorspannring wird vorzugsweise ein Metallmaterial verwendet. Der weichere Gleitring ist vorzugsweise ein Kohlering, welcher zu 100% aus Kohlenstoff besteht.
-
Weiter bevorzugt ist das Vorspannelement ein Faltenbalg, insbesondere ein Metallfaltenbalg. Hierdurch kann die Vorspannung auf einfache Weise auf die Kontaktflächen ausgeübt werden.
-
Um eine möglichst hohe Kontaktkraft zwischen den beiden Kontaktflächen zu erreichen, ist vorzugsweise die erste Kontaktfläche kleiner als die zweite Kontaktfläche vorgesehen. Hierbei ist besonders bevorzugt die erste Kontaktfläche in einem Bereich von 50% bis 90% kleiner als die zweite Kontaktfläche.
-
Um zu vermeiden, dass die gesamte Rückseite des Gleitrings bearbeitet werden muss, ist die erste Kontaktfläche am Gleitring an einem in Axialrichtung X-X vorstehenden Ringabsatz vorgesehen.
-
Weiter bevorzugt ist ein erster mittlerer Durchmesser am Kontaktbereich zwischen der ersten und zweiten Kontaktfläche ungefähr gleich groß wie ein zweiter mittlerer Durchmesser an den Gleitflächen der Gleitringe. Hierdurch wird insbesondere verhindert, dass ein Verkippen der Gleitringe durch die mittels des Vorspannelements aufgebrachte Kraft auf den Vorspannring auftritt.
-
Weiter bevorzugt ist ein dritter mittlerer Durchmesser des Vorspannelements kleiner als der erste mittlere Durchmesser des Kontaktbereichs.
-
Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner einen Wellendichtring mit einer ersten und einer zweiten Dichtlippe. Die beiden Dichtlippen dichten dabei am gleichen Bauteil ab. Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine Wellenhülse, wobei der rotierende Gleitring mit der Wellenhülse verbunden ist. Vorzugsweise dichten dabei die beiden Dichtlippen des Wellendichtrings an der Wellenhülse ab.
-
Weiter bevorzugt liegt der Vorspannring direkt an einem Gleitringträger an. Hierdurch kann eine einfache Zentrierung des Vorspannrings während der Montage der Gleitringdichtungsanordnung ermöglicht werden.
-
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner einen Drosselring, welcher am äußeren Umfang des zweiten Gleitrings derart angeordnet ist, dass ein Ringspalt zwischen dem Drosselring und dem zweiten Gleitring vorhanden ist, welcher kleiner oder gleich 0,2 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,08 mm bis 0,2 mm und bevorzugt in einem Bereich von 0,05 mm bis 0,15 mm, ist. Durch diese Maßnahme wird eine Leckage eines abzudichtenden Mediums, welche am äußeren Umfang des zweiten Gleitrings auftreten könnte, signifikant reduziert.
-
Besonders bevorzugt ist eine Härte eines Materials des Drosselrings kleiner als eine Härte des Materials des zweiten Gleitrings. Hierdurch können insbesondere bei möglicherweise auftretenden Wellenbewegungen sogenannte Anläufer oder radialen Auslenkungen der Welle, d. h. ein Kontakt zwischen dem äußeren Umfang des zweiten Gleitrings und dem Drosselring, ohne große Beschädigungen des zweiten Gleitrings ermöglicht werden, da durch das weichere Material des Drosselrings bei einem Kontakt mit dem zweiten Gleitring zuerst eine Verformung des Drosselrings auftritt. Der Drosselring ist vorzugsweise ein Kohlering. Weiter bevorzugt steht der Drosselring in Axialrichtung der Gleitringdichtungsanordnung etwas über den zweiten Gleitring vor, insbesondere vorzugsweise über eine Rückseite des zweiten Gleitrings vor. Besonders bevorzugt ist der Drosselring in Axialrichtung der Gleitringdichtungsanordnung länger als der zweite Gleitring vorgesehen und steht vorzugsweise zu beiden Seiten des zweiten Gleitrings in Axialrichtung vor. Hierdurch können unerwünschte Kontakte des zweiten Gleitrings mit benachbarten Bauteilen, insbesondere einem rotierenden Element, welches mittels der abzudichtenden Welle angetrieben wird, vermieden werden. Besonders bevorzugt ist ein Überstand des Drosselrings an einer Rückseite des zweiten Gleitrings kleiner oder gleich 0,15 mm und insbesondere in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 0,15 mm.
-
Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine Außenhülse, in welche der Drosselring eingeschrumpft ist.
-
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorbaugruppe, welche eine erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung umfasst und in gewissem Umfang vormontierbar ist, sodass ein Einbau der Gleitringdichtungsanordnung bei einem Kunden vereinfacht werden kann.
-
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
-
1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung,
-
2 eine schematische, perspektivische Schnittansicht der Gleitringdichtungsanordnung von 1, und
-
3 eine schematische, vergrößerte Darstellung der Gleitringdichtung der Gleitringdichtungsanordnung der 1 und 2.
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
-
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Gleitringdichtung 2 mit einem ersten Gleitring 3 und einem zweiten Gleitring 4. In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Gleitring 3 der stationäre Gleitring und der zweite Gleitring 4 der rotierende Gleitring. Zwischen den beiden Gleitringen ist ein Dichtspalt 5 vorhanden, welcher durch die Gleitflächen der beiden Gleitringe 3, 4 begrenzt wird.
-
Die Gleitringdichtung 2 dichtet dabei eine Medienseite 40 zu einer Seite, an welcher ein unterschiedliches Druckniveau, insbesondere Umgebungsdruck, herrscht, ab. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Abdichtung zu einem Lagerraum 21, welcher mit Öl gefüllt ist, um ein Lager 20 zu schmieren.
-
Die Gleitringdichtungsanordnung 1 dieses Ausführungsbeispiels ist ferner als Vorbaugruppe ausgebildet, d. h. es ist eine, zumindest teilweise, Vormontage möglich, sodass ein späterer Einbau am Einsatzort erleichtert wird.
-
Die Gleitringdichtungsanordnung 1 dichtet dabei an einer Welle 18, welche ein rotierendes Bauteil 19 antreibt, ab.
-
Der zweite Gleitring 4 (rotierender Gleitring) ist an einer Wellenhülse 10, welche mit der Welle 18 verbunden ist, angeordnet. Die Gleitringdichtungsanordnung 1 ist dabei in einem Gehäusebauteil 31 eingebaut.
-
Weiterhin ist eine Außenhülse 23 vorgesehen, welche eine einfache Handhabung der Vorbaugruppe ermöglicht.
-
Ein Gleitringträger 13 hält dabei den ersten Gleitring 3 (stationären Gleitring). Der Gleitringträger 13 nimmt ferner ein Vorspannelement auf, welches als Faltenbalg 8 ausgebildet ist. Der Faltenbalg 8 übt eine Vorspannkraft F in Richtung des ersten Gleitrings 3 aus (vgl. 1).
-
Der Faltenbalg 8 ist an einem Vorspannring 7 fixiert, vorzugsweise mittels einer Schweißverbindung. Ein entgegengesetztes Ende des Faltenbalgs 8 ist an einem Abstützring 17, welcher sich am Gleitringträger 13 abstützt, fixiert.
-
Zwischen dem ersten Gleitring 3 und dem Vorspannring 7 ist ein Kontaktbereich 50 vorgesehen. Hierbei ist an einer Rückseite 6 des ersten Gleitrings 3 eine erste Kontaktfläche 11 vorgesehen und an einer zum ersten Gleitring gerichteten Seite des Vorspannrings 7 eine zweite Kontaktfläche 12 vorgesehen (vgl. 3).
-
Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner zusätzlich noch einen Wellendichtring 9, welcher eine erste Dichtlippe 91 und eine zweite Dichtlippe 92 aufweist. Die beiden Dichtlippen 91, 92 dichten dabei an einem gleichen Bauteil ab, in diesem Ausführungsbeispiel an der Wellenhülse 10. Die erste Dichtlippe 91 dichtet dabei gegenüber einem von der Medienseite 40 über Spalte bis zum Wellendichtring 9 gelangten Medium ab und die zweite Dichtlippe 92 dichtet gegenüber dem im Lagerraum 21 befindlichen Öl ab. Der Wellendichtring 9 ist über ein Zwischenbauteil 90 an der Außenhülse 23 abgestützt.
-
Im Gleitringträger 13 ist ferner noch ein Leckagekanal 30 vorgesehen, über welchen, wie in 1 durch den Pfeil I angedeutet, Leckage, welche in einen Zwischenraum 70 zwischen der Gleitringdichtung 2 und dem Wellendichtring 9 gelangen kann, abgeführt werden kann. Eine Leckage kann dabei von der Medienseite 40 über einen Medienspalt 22 zwischen dem rotierenden Bauteil 19 und dem Gehäusebauteil 31 über einen Ringspalt 15 und den Dichtspalt 5 zwischen den beiden Gleitringen 3, 4 zum Zwischenraum 70 gelangen.
-
Der Ringspalt 15 ist dabei zwischen einem äußeren Umfang des zweiten Gleitrings 4 und einem Drosselring 14 vorgesehen. Der Drosselring 14 ist mittels einer Schrumpfverbindung 80 am inneren Umfang der Außenhülse 23 fixiert. Der Drosselring 14 ist dabei aus einem Material hergestellt, welches eine kleinere Härte als der zweite Gleitring aufweist. Der Drosselring 14 ist vorzugsweise als Kohlering vorgesehen.
-
Wie aus 3 ersichtlich ist, ist am Kontaktbereich 50 an der Rückseite 6 des ersten Gleitrings 3 und dem Vorspannring 7 ein möglichst enger Kontakt ohne Spalt zwischen dem ersten Gleitring 3 und dem Vorspannring 7 vorgesehen, um möglichst keine Leckage über diesen Weg in den Zwischenraum 70 zuzulassen. Hierzu sind die erste Kontaktfläche 11 und die zweite Kontaktfläche 12 mittels Feinbearbeitungsmaßnahmen bearbeitet. Dadurch ergibt sich eine sehr geringe Rautiefe der ersten Kontaktfläche 11 am ersten Gleitring 3 und der zweiten Kontaktfläche 12 am Vorspannring 7. Die Rauhtiefe beträgt an beiden Kontaktflächen ca. 0,15 μm.
-
Wie aus 3 ersichtlich ist, ist die erste Kontaktfläche 11 an einem Ringabsatz 60 an der Rückseite 6 des ersten Gleitrings 3 vorgesehen. Der Ringabsatz 60 ist dabei in Axialrichtung X-X der Gleitringdichtungsanordnung in Richtung zum Vorspannring 7 vorstehend ausgebildet.
-
Ferner ist eine Fläche der ersten Kontaktfläche 11 deutlich kleiner als eine Fläche der zweiten Kontaktfläche 12. Dadurch kann durch die Vorspannung F des Faltenbalgs auf eine kleine Ringfläche der ersten Kontaktfläche 11 ausgeübt werden, sodass eine hohe Flächenpressung im Kontaktbereich 50 erreicht wird.
-
Der Vorspannring 7 ist ferner aus einem Material mit größerer Härte als ein Material des ersten Gleitrings 3 ausgebildet. Vorzugsweise ist der Gleitring 3 ein Kohlering, welcher zu 100% aus Kohlenstoff hergestellt ist, und der Vorspannring 7 ist ein Stahlring.
-
Durch die unterschiedlichen Härten zwischen den beiden Kontaktpartnern wird eine Abdichtung in Verbindung mit der Vorspannkraft F, welche auf den Kontaktbereich 50 wirkt, noch vergrößert.
-
Um ein Verkippen von Bauteilen der Gleitringdichtungsanordnung möglichst zu vermeiden, ist vorzugsweise der Kontaktbereich 50 auf einem ersten mittleren Durchmesser D1 angeordnet, welcher gleich einem zweiten mittleren Durchmesser D2 an den Gleitflächen der beiden Gleitringe 3, 4 ist. Ein dritter mittlerer Durchmesser D3 am Faltenbalg 8 ist dabei kleiner als der erste und zweite Durchmesser D1, D2. Die drei Durchmesser D1, D2 und D3 sind dabei schematisch in 3 eingezeichnet.
-
Somit kann durch die verbesserte Abdichtung an der Rückseite 6 des ersten Gleitrings 3 eine reduzierte Leckage in den Zwischenraum 70 erreicht werden. Durch die unterschiedlichen Materialien zwischen dem ersten Gleitring 3 und dem Vorspannring 7 kann eine weiter verbesserte Abdichtung ermöglicht werden.
-
Weiterhin kann durch das Vorsehen des Drosselrings 14 ein möglichst kleiner Ringspalt 15 am Außenumfang des zweiten Gleitrings 4 erhalten werden. Der Ringspalt 15 weist eine Breite von kleiner oder gleich 0,2 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,08 mm bis 0,2 mm, vorzugsweise ca. 0,1 mm bis 0,15 mm auf.
-
Durch die Anordnung des Kontaktbereichs 50 auf dem ersten mittleren Durchmesser D1, welcher größer ist als der dritte mittlere Durchmesser D3 am Faltenbalg 8, ergibt sich eine hydraulische Belastung an der Rückseite 6 des ersten Gleitrings 3. Durch die Anordnung des Kontaktbereichs 50 auf dem gleichen ersten mittleren Durchmesser D1 wie der zweite mittlere Durchmesser D2 zwischen den Gleitringen 3, 4 ergibt sich jedoch eine hydraulische Entlastung an Dichtspalt 5.
-
Der aus bspw. Kohle hergestellte erste Gleitring 3 kann dabei lose in den Gleitringträger 13 eingelegt werden und über einen geringen Radialspalt am Gleitringträger 13 zentriert werden.
-
Das Vorsehen des weicheren Drosselrings 14, welcher ebenfalls aus Kohle hergestellt ist, verhindert ferner eine zu große Leckage über den Medienspalt 22 und den Ringspalt 15 zur Gleitringdichtung 2. Die im Betrieb immer vorhandene Leckage über den Dichtspalt 5 zwischen den beiden Gleitringen 3, 4 kann dabei minimiert werden und ggf. über den Leckagekanal 30 abgeführt werden.
-
Die Gleitringdichtung 2 und der Wellendichtring 9 und das Vorspannelement 8 können gemeinsam in einer Vorbaugruppe angeordnet werden, sodass eine Montage der Gleitringdichtungsanordnung 1 erleichtert werden kann.
-
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, steht der Drosselring 14 in Axialrichtung X-X um einen Überstand 16 über eine Rückseite 41 des zweiten Gleitrings 4 über. Dadurch wird verhindert, dass bei Wellenbewegungen und/oder Wellenauslenkungen ein Kontakt zwischen dem rotierenden Bauteil 19 und dem zweiten Gleitring 4 auftritt, sodass der zweite Gleitring 4 durch den Drosselring 14 vor derartigen Kontakten geschützt ist. Der Überstand 16 in Axialrichtung ist dabei kleiner oder gleich 0,15 mm und liegt insbesondere in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 0,15 mm.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gleitringdichtungsanordnung
- 2
- Gleitringdichtung
- 3
- erster Gleitring (stationärer Gleitring)
- 4
- zweiter Gleitring (rotierender Gleitring)
- 5
- Dichtspalt
- 6
- Rückseite des ersten Gleitrings
- 7
- Vorspannring
- 8
- Vorspannelement (Faltenbalg)
- 9
- Wellendichtring
- 10
- Wellenhülse
- 11
- erste Kontaktfläche
- 12
- zweite Kontaktfläche
- 13
- Gleitringträger
- 14
- Drosselring
- 15
- Ringspalt
- 16
- Überstand
- 17
- Abstützring
- 18
- Welle
- 19
- rotierendes Bauteil
- 20
- Lager
- 21
- mit Öl gefüllter Lagerraum
- 22
- Medienspalt
- 23
- Außenhülse
- 30
- Leckagekanal
- 31
- Gehäusebauteil
- 40
- Medienseite
- 41
- Rückseite des zweiten Gleitrings
- 50
- Kontaktbereich
- 60
- Ringabsatz
- 70
- Zwischenraum
- 80
- Schrumpfverbindung
- 90
- Zwischenbauteil
- 91
- erste Dichtlippe
- 92
- zweite Dichtlippe
- L
- Leckageabfuhr
- F
- Vorspannung
- X-X
- Axialrichtung
- D1
- erster mittlerer Durchmesser am Kontakbereich
- D2
- zweiter mittlerer Durchmesser der Gleitflächen
- D3
- dritter mittlerer Durchmesser des Faltenbalgs