Gleitringdichtungsanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft Gleitringdichtungsanordnung für eine um eine Drehachse drehbar antreibbaren Welle mit einem eine Wandung aufweisenden Dichtungsgehäuse, einem durch das Dichtungsgehäuse definierten Dichtungsraum einem in dem Dichtungsraum angeordneten ersten Gleitring einem mit dem ersten Gleitring zusammenwirkenden zweiten Gleitring und einem in dem Dichtungsgehäuse ausgebildeten Kanal zum Zuführen eines Spülmediums in den Dichtungsraum. Die Erfindung betrifft ferner eine Kreiselpumpe mit einer derartigen Gleitringdichtungsanordnung sowie ein Fertigungsverfahren für eine derartige Gleitringdichtungsanordnung.

Bei einer Gleitringdichtungsanordnung bildet wenigstens ein Paar von in abdichtender Weise zusammenwirkenden Gleitringen zwischen deren zueinander gewandten Gleitoder Dichtflächen einen engen Dichtspalt aus, der im Normalbetrieb der Gleitringdichtung von einem Fluid durchströmt wird. Die Gleitringdichtungsanordnung umfasst dabei einen mit einem rotierenden Bauteil, z. B. eine drehbar antreibare Welle, rotierenden ersten Gleitring und einen nicht rotierenden zweiten Gleitring, auch Gegenring genannt, der mit einem stationären Bauteil, beispielsweise mit einem Dichtungsgehäuse, verbunden ist. Das Gleitringdichtungspaar ist in dem Dichtungsgehäuse untergebracht.

Üblicherweise ist einer der Gleitringe axial beweglich angeordnet. Der axial bewegliche Gleitring wird von einem Vorspannelement, beispielsweise einem Federelement, in Richtung des axial feststehenden Gleitrings gedrängt. Die Schließkraft, die die Gleitringe zum abdichtenden Zusammenwirken bringt, wird üblicherweise durch das auf den axial beweglichen Gleitring wirkende Vorspannelement und einer hydraulischen Belastung durch das Fluid, gegen das abgedichtet wird, erzeugt.

Zu den häufigsten Ausfallursachen von Gleitringdichtungen zählt die Mangelschmierung der Gleitflächen an den beiden Gleitringen, welche durch eine Ansammlung von Gasblasen in Form eines Gasrings hervorgerufen wird. Die Gasblasen bilden sich z. B. bei ausgasenden Medien bzw. bei ungünstigen Zulaufbedingungen zum Saugstutzen von Pumpen. Vor Inbetriebnahme einer Pumpe bzw. bei laufendem Betrieb, kann sich durch mangelnde Entlüftung des Dichtungsraums, also dem Raum, in dem die beiden Dichtungsringe angeordnet sind, ein rotierender Gasring bilden, welcher sich auch an den Gleitflächen ansammelt. Der rotierende Gasring sorgt dafür, dass der Flüssigkeitsfilm zwischen den Gleitflächen welche unter anderem aus dem Material Siliziumkarbid/Silizi- umkarbid oder Siliziumkarbid/Kohle bestehen, abreißt und die dann aneinander reibenden Gleitflächen durch die erhöhte Reibung thermisch überlasten. Der Flüssigkeitsfilm zwischen den Gleitflächen ist essenziell für das Funktionsprinzip dieser dynamischen Wellenabdichtung, da dieser die Gleitflächen schmiert und kühlt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kostengünstige und betriebssichere Gleitringdichtungsanordnung mit langer Standzeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer derartigen Gleitringdichtungsanordnung. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß teilt sich im Dichtungsgehäuse der Kanal zum Dichtungsraum hin in eine Mehrzahl von Kanalfortsätzen auf.

In vorteilhafterweise weist einer der Kanalfortsätze eine Mittellinie auf, die zu einer gedachten sich durch die Drehachse senkrecht erstreckenden Ebene in einem Winkel von im Wesentlichen 12° bis 18°, insbesondere 15°, gegen den Uhrzeigersinn versetzt an der Innenmantelfläche des Dichtungsgehäuses endet. Dabei tritt das aus dem Kanalfortsatz in den Dichtungsraum strömende Medium bezüglich der gedachten sich durch die Drehachse senkrecht erstreckenden Ebene in einem Winkel von im Wesentlichen 49° bis 54°, insbesondere 51 ,5°, in den Dichtungsraum ein.

Somit strömt das Spülmedium entgegen der Drehrichtung der Welle und des mit der Welle drehenden Gasrings in den Dichtungsraum ein und erzeugt eine starke Verwirbelung, die den Gasring auflöst.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn einer der Kanalfortsätze eine Mittellinie aufweist, die zu einer gedachten sich durch die Drehachse horizontal erstreckenden Ebene in einem Winkel von im Wesentlichen 12° bis 18°, insbesondere 15°, im Uhrzeigersinn versetzt an der Innenmantelfläche des Dichtungsgehäuses endet.

Dabei ist vorgesehen, dass das aus dem Kanalfortsatz in den Dichtungsraum strömende Medium bezüglich der gedachten sich durch die Drehachse horizontal erstreckenden Ebene in einem Winkel von im Wesentlichen 49° bis 54°, insbesondere 51 ,5°, in den Dichtungsraum eintritt.

Auf diese Weise kann das Spülmedium mit der Drehrichtung der Welle in den Dichtungsraum eintreten. Der Winkel ist so gewählt, dass das in den Dichtungsraum einströmende Medium im Wesentlichen die Außenmantelfläche der Welle streift.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist einer der Kanalfortsätze eine Mittellinie auf, die zu einer gedachten sich durch die Drehachse horizontal erstreckenden Ebene in einem Winkel von im Wesentlichen 31 ° bis 36°, insbesondere 33,5°, gegen den Uhrzeigersinn versetzt an der Innenmantelfläche des Dichtungsgehäuses endet.

Das aus dem Kanalfortsatz in den Dichtungsraum strömende Medium tritt bezüglich der gedachten sich durch die Drehachse horizontal erstreckenden Ebene in einem Winkel von im Wesentlichen 77° bis 82°, insbesondere 79,5°, im Uhrzeigersinn in den Dichtungsraum ein. Das Spülmedium tritt somit mit der Drehrichtung der Welle in den Dichtungsraum ein. Der Winkel ist so gewählt, dass das in den Dichtungsraum einströmende Medium im Wesentlichen die Außenmantelfläche der Welle streift.

Die vorstehend genannten Winkelangaben für das in den Dichtungsraum strömende Medium geben die Richtung des Hauptsrahls an, es versteht sich, dass sich der Mediumstrahl beim Austritt aus dem Kanal trichterartig auffächert oder aufweitet. Dies sorgt ebenfalls für eine gute Verwirbelung, die zur Auflösung des Gasrings beiträgt.

Dass die Mittellinie wenigstens eines Kanalfortsatzes einen in etwa etagenbogenförmigen Verlauf aufweist, ermöglicht einen äußerst verlustarmen Durchfluss des Spülmediums durch die Wandung des Dichtungsgehäuses.

Vorteilhafterweise ist in der Wandung des Dichtungsgehäuses ein weiterer Kanal ausgebildet, der mit einem ersten Anschlussstutzen und einem zweiten Anschlussstutzen verbunden ist, wobei über einen der Anschlussstutzen ein Kühl- oder Heizmedium dem Kanal zu- und über den anderen Anschlussstutzen wieder abführbar ist.

Somit kann das Dichtungsgehäuse optimal temperiert werden.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Dichtungsgehäuse einstückig ausgebildet ist und mittels eines metallischen 3D-Druckverfahrens gefertigt ist.

Vorzugsweise ist das Dichtungsgehäuse mittels Selektiven Laser-Schmelzens (SLM) gefertigt.

Hierdurch wird das Fertigungsverfahren gegenüber den herkömmlichen Fertigungsverfahren ähnlicher Dichtungsgehäuse maßgeblich beschleunigt und vereinfacht.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zur Fertigung einer Gleitringdichtungsanordnung gelöst wonach das Dichtungsgehäuse als einstückiges Bauteil mittels 3D-Drucks, insbesondere metallischen 3D-Drucks, oder Feinguss hergestellt wird. Vorzugsweise erfolgt die Fertigung des Dichtungsgehäuses mittels Selektiven Laser- Schmelzens (SLM).

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt die

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Pumpenanordnung mit einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechenden Gleitringdichtungsanordnung in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 eine detaillierte Darstellung des Dichtungsgehäuses der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung in einer dreidimensionalen Darstellung,

Fig. 4 und 5 jeweils eine Schnittansicht des Dichtungsgehäuses der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung,

Fig. 6 und 7 eine schematische Darstellung der in dem Dichtungsgehäuse vorgesehenen Spülknälen.

Die Fig. 1 zeigt eine in einer Pumpenanordnung 1 eingebaute Gleitringdichtungsanordnung 2. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Pumpenanordnung 1 um eine einstufige Kreiselpumpe mit einer um eine Drehachse A drehbar antreibbaren Welle 3. Die Welle 3 trägt an einem Ende ein Laufrad 4. Das Laufrad 4 ist von einem Hydraulikgehäuse 5 mit einem Gehäusedeckel 6 umgeben. Das Hydraulikgehäuse 5 weist eine Einlassöffnung 7 zum Ansaugen eines Fördermediums und eine Auslassöffnung 8 zum Ausstößen des Fördermediums auf. Der Gehäusedeckel 6 ist an der der Einlassöffnung 7 gegenüberliegende Seite des Hydraulikgehäuses 5 angeordnet. Die Gleitringdichtungsanordnung 2 ist an der dem Hydraulikgehäuse 5 gegenüberliegenden Seite des Gehäusedeckels 6 befestigt. Die Welle 3 erstreckt sich von einer durch Hydraulikgehäuse 5 und Gehäusedeckel 6 begrenzten Strömungskammer 9 durch den Gehäusedeckel 6, die Gleitringdichtungsanordnung 2 sowie durch ein Lagerträgergehäuse 10, welches an dem Gehäusedeckel 6 befestigt ist. An der dem Gehäusedeckel 6 gegenüberliegenden Seite des Lagerträgergehäuses 10 ist ein Wälzlager 11 angeordnet. Ein Lagerdeckel 12 verschließt an der dem Gehäusedeckel 6 gegenüberliegenden Seite das Lagerträgergehäuse 10. Die Welle 3 ist über das Wälzlager 11 und ein in dem Gehäusedeckel 6 untergebrachtes Lager 13 gelagert.

Das dem Laufrad 4 gegenüberliegende Ende der Welle 3 ist aus dem Lagerträgergehäuse 10 herausgeführt und an einer Abtriebswelle eines nicht dargestellten Motors, insbesondere eines Elektromotors, angeschlossen.

Die Fig. 2 zeigt die Gleitringdichtungsanordnung 2 im Detail. Die beispielhafte Ausführungsform der Gleitringdichtungsanordnung 2 umfasst eine auf die Welle 3 aufgesteckte und mit einem Klemmring 14 an dieser befestigten Wellenschutzhülse 15 sowie ein an dem Gehäusedeckel 6 angebrachtes Dichtungsgehäuse 16. Der Klemmring 14 ist mittels Sprengringen 17 gegen eine Verschiebung in axialer Richtung gesichert. Der Klemmring 14 umfasst Gewindebohrungen 18, in die Schrauben 19 eindrehbar sind, mit denen die Wellenschutzhülse 15 dreh-und verschiebesicher an der Welle 3 fixiert ist.

Die Gleitringdichtungsanordnung 2 umfasst ferner einen sich mit der Wellenschutzhülse 15 drehenden ersten Gleitring 20, einen mit dem Dichtungsgehäuse 16 drehfest verbundenen zweiten Gleitring 21 , eine den zweiten Gleitring 21 gegen den ersten Gleitring 20 drängende Federvorrichtung 22 in Form einer an dem Dichtungsgehäuse 16 axial verschieblich angebrachten Scheibe 23, wobei sich um Schrauben 24 windende Federn 25 die Scheibe 23 und somit den zweiten Gleitring 21 gegen den ersten Gleitring 20 vorspannen. Erster Gleitring 20 und Wellenschutzhülse 15 werden mittels eines ersten Dichtungsrings 26 gegeneinander abgedichtet. Zweiter Gleitring 21 und Dichtungsgehäuse 16 werden mittels eines zweiten Dichtungsrings 27 gegeneinander abgedichtet. Bei gezeigten beispielhaften Ausführungsform weist das Dichtungsgehäuse 16 eine einen Dichtungsraum 28 umgebende Wandung 29 auf, in der ein erster Kanal 30 ausgebildet ist, der mit einem in der Fig. 3 gezeigten ersten Anschlussstutzen 31 und einem zweiten Anschlussstutzen 32 verbunden ist. Über einen der Anschlussstutzen kann ein Kühl- oder Heizmedium dem Kanal 30 zugeführt und über den anderen Anschlussstutzen wieder abgeführt werden. Der Kanal 30 ist schraubenartig in der Wandung 29 ausgebildet.

Die Figur 3 zeigt das erfindungsgemäße Dichtungsgehäuse 16 in einer 3D-Ansicht. Zusätzlich zu dem ersten Anschlussstutzen 31 und dem zweiten Anschlussstutzen 32 weist das Dichtungsgehäuse 16 eine Anschlussvorrichtung 33 auf.

Wie in Fig. 4 und Fig. 5 im Detail zu sehen ist, kommuniziert die Anschlussvorrichtung 33 mit einem zweiten Kanal 34 zum Zuführen eines Mediums in den Dichtungsraum 28. Über die Anschlussvorrichtung 33 kann von außerhalb des Dichtungsgehäuses 16 ein Spülmedium über ein nicht gezeigtes Rohr oder einen Schlauch zugeführt werden. Innerhalb der Wandung 29 teilt sich der Spülkanal 34 in einen ersten Kanalfortsatz 35, einen zweiten Kanalfortsatz 36 und einen dritten Kanalfortsatz 37 auf, wobei die drei Kanalfortsätze an der Innenmantelfläche des Dichtungsgehäuse 16 in den Dichtungsraum 28 münden.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine schematische Darstellung des Verlaufs der Mittellinien der Kanalfortsätze 35, 36 und 37 in der Wandung 29. Die Mittellinie M1 zeigt den Verlauf des ersten Kanalfortsatzes 35, die Mittellinie M2 den Verlauf des zweiten Kanalfortsatzes 36 und die Mittellinie M3 den Verlauf des dritten Kanalfortsatzes 37. Es ist ersichtlich, dass die Mittellinien M1 und M2 im Wesentlichen einen symmetrischen Verlauf aufweisen. Die Mittellinien M1 und M2 und somit der erste Kanalfortsatz 35 und der zweite Kanalfortsatz 36 weisen einen in etwa etagenbogenförmigen Verlauf auf. Die Mittellinie M1 des ersten Kanalfortsatzes 35 endet zu einer gedachten sich durch die Drehachse A senkrecht erstreckenden Ebene X in einem Winkel a von im Wesentlichen 12° bis 18°, insbesondere 15°, gegen den Uhrzeigersinn versetzt an der Innenmantelfläche des Dichtungsgehäuses 16.

Das aus dem ersten Kanalfortsatz 35 in den Dichtungsraum 28 strömende Medium tritt bezüglich der gedachten sich durch die Drehachse A senkrecht erstreckenden Ebene X in einem Winkel ß von im Wesentlichen 49° bis 54°, insbesondere 51 ,5°, im Uhrzeigersinn in den Dichtungsraum 28 ein. Der Winkel ist so gewählt, dass das in den Dichtungsraum 28 einströmende Medium die Außenmantelfläche der Welle 3 streift.

Die Mittellinie M2 des zweiten Kanalfortsatzes 36 endet zu einer gedachten sich durch die Drehachse A horizontal erstreckenden Ebene Y in einem Winkel y von im Wesentlichen 12° bis 18°, insbesondere 15°, im Uhrzeigersinn versetzt an der Innenmantelfläche des Dichtungsgehäuses 16.

Das aus dem zweiten Kanalfortsatz 36 in den Dichtungsraum 28 strömende Medium tritt bezüglich der gedachten sich durch die Drehachse A horizontal erstreckenden Ebene Y in einem Winkel ö von im Wesentlichen 49° bis 54°, insbesondere 51 ,5°, gegen den Uhrzeigersinn in den Dichtungsraum 28 ein. Der Winkel ist so gewählt, dass das in den Dichtungsraum 28 einströmende Medium im Wesentlichen die Außenmantelfläche der Welle 3 streift.

Die Mittellinie M3 des ditten Kanalfortsatzes 37 endet zu einer gedachten sich durch die Drehachse A horizontal erstreckenden Ebene Y in einem Winkel £ von im Wesentlichen 31 ° bis 36°, insbesondere 33,5°, gegen den Uhrzeigersinn versetzt an der Innenmantelfläche des Dichtungsgehäuses 16.

Das aus dem dritten Kanalfortsatz 37 in den Dichtungsraum 28 strömende Medium tritt bezüglich der gedachten sich durch die Drehachse A horizontal erstreckenden Ebene Y in einem Winkel von im Wesentlichen 77° bis 82°, insbesondere 79,5°, im Uhrzeiger- sinn in den Dichtungsraum 28 ein. Der Winkel ist so gewählt, dass das in den Dichtungsraum 28 einströmende Medium im Wesentlichen die Außenmantelfläche der Welle 3 streift. Das beschrieben Dichtungsgehäuse 16 ist vorteilhafterweise einstückig ausgebildet und mittels eines metallischen 3D-Druckverfahrens gefertigt.

Das Dichtungsgehäuse 16 kann beispielsweise mittels Selektiven Laser-Schmelzens (SLM) gefertigt werden.