DE1087416B - Beruehrungsfreie Spaltdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine berührungsfreie Spaltdichung für die Gehäusedurchführung einer umlaufenden Welle mit einem senkrecht oder konisch zur Wellenachse verlaufenden, vom abzudichtenden Medium durchströmten Dichtspalt zwischen den parallelen Stirnflächen eines mit der Welle fest verbundenen Flansches oder Bundes und eines im Gehäuse abgedichteten und axial verschieblichen Dichtringes, der auf einem ringförmigen Teil seiner dem Dichtspalt abgewandten Stirnfläche dem Druck des abzudichtenden Mediums ausgesetzt ist. Eine solche Spaltdichtung ist bekannt. Der Dichtring stellt sich dort unter dem Einfluß von im Dichtspalt auftretenden Wanddrücken des abzudichtenden Mediums und ferner von entgegenwirkenden, vom genannten Druck herrührenden Schließkräften selbsttätig auf kleinste Spaltbreite ein.

Bei Erhöhung der Drehzahl der Welle können aber Flansch bzw. Bund und Dichtring infolge unvermeidlicher Deformationen insbesondere der Welle leicht zur ao Berührung kommen, was verhindert werden muß. Die Gefahr der Berührung ist insbesondere dann gegeben, wenn die kritische Drehzahl der Welle hoch liegt. Beim Durchfahren einer solchen hochliegenden kritischen Drehzahl treten Wellenbiegeschwingungen größerer Amplitude und somit Schrägstellungen des Wellenflansches bzw. -bundes auf, wodurch sehr leicht die genannte Berührung eintreten kann.

Bei der bekannten Spaltdichtung auf dem Umfang des Dichtringes vorgesehene Schraubendruckfedern können diesbezüglich keine Abhilfe schaffen, da die Spiralfedern im Sinne der Vermeidung einer Berührung von Dichtring und Wellenflansch bzw. -bund nur für den Fall zur Wirkung kommen, daß der Druck des abzudichtenden Mediums auf den genannten ringförmigen Teil der dem Dichtspalt abgewandten Stirnfläche des Dichtringes im Verhältnis zum Druck im Dichtspalt zu groß wird. Die Gefahr der gegenseitigen Berührung bei genannten Wellendeformationen od. dgl. ist durch die genannten Federeinrichtungen nicht beseitigt. Die genannte Spaltdichtung ist also im Bereich der kritischen Wellendrehzahl nicht als unbedingt berührungsfrei anzusehen.

Um die genannten Nachteile der anfangs beschriebenen Spaltdichtung zu beseitigen oder praktisch zu beseitigen, wird gemäß der Erfindung für eine solche Dichtung vorgeschlagen, auf der Einströmseite des Dichtspaltes in der den Dichtspalt begrenzenden Stirnfläche des Dichtringes radial verlaufende Nuten vorzusehen, die sich nur auf einem Teil der radialen Länge des Dichtspaltes erstrecken. Die Anordnung solcher Radialnuten hat eine Vergrößerung der Dichtspaltbreite bei steigender Drehzahl der Welle zur Folge, und zwar aus folgendem Grund:

Berührungsfreie Spaltdichtung

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

DipL-Ing. Hans Linnecken, Essen,
ist als Erfinder genannt worden

Das in der Nähe der Welle in den Dichtspalt radial einströmende Medium wird durch die Drehung des Wellenbundes bzw. -flansches normal zur Einströmrichtung, also in Umfangsrichtung, mitgerissen. Hierdurch wird das Medium aus dem in wellenaxialer Richtung breiten Radialnutraum in den in wellenaxialer Richtung schmalen Dichtspalt umgelenkt. Der Umlenkwiderstand und somit die Dichtspaltbreite werden um so größer, je größer die Drehzahl wird. Bei jeder Drehzahl herrscht aber Gleichgewicht zwischein den auf die Stirnseiten des Dichtringes wirkenden Mediumdruckkräften. Bei höheren Drehzahlen strömt dann pro Zeiteinheit etwas mehr Medium durch den Dichtspalt, was in Kauf genommen werden muß und wegen der gemäß der Erfindung für höhere Wellendrehzahlen erreichten Berührungsfreiheit auch in Kauf genommen werden kann. Bei Steigerung der Drehzahl entfernt sich der Dichtring immer mehr vom Wellenflansch bzw. -bund. Die Anordnung der Radialnuten hat also eine Vergrößerung des Dichtspaltes bei steigender Drehzahl zur Folge, so daß die Spaltdichtung gemäß der Erfindung für sämtliche Drehzahlen der Welle praktisch berührungsfrei arbeitet. Etwaige Wellendeformationen bei höheren Drehzahlen führen praktisch nicht mehr zur Berührung von Dichtring und Wellenflanschen bzw. -bund.

Es können zusätzlich in der dem Dichtspalt zugekehrten Stirnfläche des Dichtringes in an sich be-

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kannter Weise ring- oder ringsegmentförmige Nuten angeordnet sein, die in der Nähe der Ablaufseite des Dichtringes liegen und in ebenfalls bekannter Weise mit dem Raum höheren Druckes verbunden sein, wobei die Verbindung durch leitungen erfolgt, in die ■drosselbare Absperrhähne oder Ventile eingeschaltet sind. Dies bringt den Vorteil, daß die durch die beschriebene Wirkung der Radialnuten in Abhängigkeit von der Drehzahl sich einstellende Dichtspaltbreite wunschgemäß oder nach Erfordernis verändert werden kann. Eine Vergrößerung kann z. B. erforderlich sein, wenn die die Dichtspaltbreite mitbestimmenden, bei einer fertigen Spaltdichtung unveränderbaren radialen und zirkulären Abmessungen der Radialnuten zu klein geraten sind, so daß bei einer hohen Drehzahl der Welle die Dichtspaltbreite noch zu klein ist. Hierzu sei bemerkt, daß die Dichtspaltbreite als Funktion der Drehzahl bei gegebenen genannten Radialnutabmessungen und gegebener Radiamutenzahl im voraus nicht genau ermittelt werden kann, und zwar insbesondere wegen der mathematisch nicht genau berechenbaren Strömungsverhältnisse in dem aus den Radialnuten und dem Dichtspalt bestehenden Strömungsraum und der nicht vorausberechenbaren Reibungsverhältnisse an der Abdichtung des Dichtringes im Gehäuse.

Bei Anordnung mehrerer ringsegmentförmiger Nuten kann jede dieser Nuten durch eine absperr- und drosselbare Leitung an den Raum höheren Druckes angeschlossen sein. Biegt sich nämlich die Welle unter der Last nach einer Seite durch, so wird dadurch der Flansch oder Bund schräggestellt. Für den Fall, daß die Durchbiegung nach einer Richtung wirkt und nicht mit der Welle umläuft, kann man durch unterschiedliche Beaufschlagung der ringsegmentförmigen Nuten eine Anpassung des Dichtringes an die Schräglage des Flansches oder Bundes erzielen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Spaltdichtung gemäß der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer solchen Dichtung, wobei oberhalb der Welle eine andere Ausführung einer Druckraum-Ringsegmentnut-Verbindung und eine andere Ausführung der Abdichtung des Dichtringes im Gehäuse als unterhalb der Welle dargestellt ist;

Fig. 2 und 3 zeigen Ansichten des Dichtringes vom Dichtspalt her, wobei gemäß der Fig. 2 ringförmige und gemäß der Fig. 3 ringsegmentförmige Nuten an der dichtspaltseitigen Stirnfläche des Dichtringes vorgesehen sind.

Die Welle 1 weist einen festen Bund 2 auf. Ein im dargestellten Schnitt L-förmiger Dichtring 3 mit den Schenkeln 18 und 19 ist so· gegen das Gehäuse 9, das den abzudichtenden Raum 23 umschließt, abgedichtet, daß er wellenaxial verschieblich ist. Zur Abdichtung dient entweder eine Berührungsdichtung in Form einer Packung 10 oder ein Wellrohr 11 nach Art eines Faltenbalges. In der Stirnfläche 17 des axialen Dichtringschenkels 18 befinden sich radial verlaufende Nuten 4, von deren »radialen, zirkulären und axialen Abmessungen die Spaltbreite 22 des Dichtspaltes 24 beeinflußt wird. Die Wirkung dieser Nuten bei Steigerung der Wellendrehzahl ist oben ausführlich beschrieben worden. Die Spaltbreite 22 ist der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Bundes 2 und des Dichtringes 3.

In radialem Abstand von den äußeren Enden der Radialnuten 4 ist auf der Stirnfläche 17 des Dichtringes 3 eine Ringnut 5 angebracht, in die eine oder mehrere Bohrungen 6 münden. Die Bohrungen 6 stehen über Leitungen 7 und drosselbare Absperrhähne oder Ventile mit dem abzudichtenden Raum 23 höheren Druckes in Verbindung. Die Ringnut 5 kann auch in Ringsegmentnuten Sa aufgeteilt sein (Fig. 3), wobei dann an jede Ringsegmentnut 5 a mindestens eine drosselbare Leitung 7 über eine Bohrung 6a (s. Fig. 1) angeschlossen ist. Die Leitungen 7 verbinden den Spalt 24 über die Bohrungen 6 a mit dem Raum 23. Sie sind an Gehäusebohrungen 6 & angeschlossen. Über ein Ventil 8 kann durch Drosselung des Durchgangsquerschnittes die Spaltbreite 22 verändert werden. Die Nuten 5 oder Sa können auch über Bohrungen 12 im Dichtring 3 mit dem Raum 23 verbunden sein. Ein schematisch dargestelltes Ventil 21 dient hier als Drosselorgan.

Der Innendruck des Raumes 23 wirkt auf die dem Dichtungsspalt abgekehrte Stirnseite 20 des axialen Dichtringschenkels 19 und sucht den Dichtring 3 gegen den Bund 2 zu drücken. Im Dichtspalt 24 stellt sich bei jeder Drehzahl in radialer Richtung ein anderer Druckverlauf ein, der in entgegengesetzter Richtung auf den Dichtring 3 wirkt wie der Innendruck. Der Druckverlauf im Dichtspalt 24 hängt bei einer Drehzahl auch von den Abmessungen der Radialnut 4 ab. Bei jeder Drehzahl stellt sich die Spaltbreite 22 so ein, daß Gleichgewicht zwischen der gesamten axialen Druckkraft des durch den Dichtspalt strömenden Mediums und der vom Innendruck auf die Stirnseite 20 ausgeübten Axialkraft herrscht. Nach Erreichen dieses Gleichgewichtszustandes steht der Dichtring 3 bei jeder Drehzahl wieder still. Bei Drehzahlerhöhung wird die Dichtspaltbreite auf Grund der beschriebenen Wirkung der Radialnuten (Umlenkwiderstand) größer.

Durch öffnen der Ventile 8 oder 21 kann zusätzlich

Gas oder Flüssigkeit in die Ringnuten 5 bzw. Ringsegmentnuten Sa strömen. Es entsteht ein Stau im Dichtspalt 24. Dadurch stellt sich ein größerer Dichtspalt 24 ein als bei geschlossenen Leitungen 7. Hierdurch können also z. B. Mißverhältnisse der Abmessungen der Nuten 4 zur Größe der dichtspaltseitigen Stirnflächen des Dichtringes 3 nachträglich korrigiert werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Berührungsfreie Spaltdichtung für die Gehäusedurchführung einer umlaufenden Welle mit einem senkrecht oder konisch zur Wellenachse verlaufenden, vom abzudichtenden Medium durchströmten Dichtspalt zwischen den parallelen Stirnflächen eines mit der Welle fest verbundenen Flansches oder Bundes und eines im Gehäuse abgedichteten und axial verschieblichen Dichtringes, der auf einem ringförmigen Teil seiner im Dichtspalt abgewandten Stirnfläche dem Druck des abzudichtenden Mediums ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Einströmseite des Dichtspaltes (24) in der den Dichtspalt (24) begrenzenden Stirnfläche (17) des Dichtringes (3) radial verlaufende Nuten (4) vorgesehen sind, die sich nur über einen Teil der radialen Länge des Dichtspaltes (24) erstrecken.

2. Berührungsfreie Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in der dem Dichtspalt (24) zugekehrten Stirnfläche (17) des Dichtringes (3) in an sich bekannter Weise ring- oder ringsegmentförmige Nuten (5, 5 a) angeordnet sind, die in der Nähe der Ablaufseite des Dichtspaltes (24) liegen und in ebenfalls bekannter Weise mit dem Raum (23) höheren Druckes verbunden sind, wobei die Verbindung durch Leitungen (7) erfolgt, in die

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drosselbare Absperrhähne oder Ventile (8., 12) eingeschaltet sind.

3. Berührungsfreie Wellendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer ringsegmentförmiger Nuten (5 a) jede dieser Nuten (Sa) durch eine absperr- und drosselbare Leitung (7) an den Raum (23) höheren Druckes angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 451079, 524 515, 026;

schweizerische Patentschrift Nr. 181325; französische Patentschrift Nr. 610 942; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1683 969;

deutsche Patentanmeldung L 13801 XII/47 f (bekanntgemacht am 31. 12. 1953).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen