<Desc/Clms Page number 1>
Dichtungseinrichtuug fÜr Kraft. oder Arbeitsmaschinen.
Die Erfindung betrifft Diehtungseimichtungen, die das Austreten von Flüssigkeiten oder Gasen aus Maschinengehäusen oder umgekehrt das Eindringen von Flüssigkeiten oder Gasen in Maschinen-
EMI1.1
anzutreiben u. dgl. mehr.
Die Erfindung bezieht sich auf Dichtungseinrichtungen dieser Art für Kraft-ueer Arteil, n aschinen mit einer durch eine Öffnung des unter einem den Aussendruck übersteigenden Innendruck stebenden Gehäuses herausragenden Welle, welche Dichtungseinrichtungen aus zwei dort angeoidneten, durch Federkraft od. dgl. gegeneinander gedrückten Scheiben oder Ringen bestehen. Nach der Erfindung steht das künstlich belastete Druckglied unter dem Einflrss des Arssendruckes, wctei erst die Son fuie des auf dieses Druckglied lastenden Aussendiuekes und der Zusatzbelastung den Innendruck überwiegt und diese Zusatzbelastung vorzugsweise so gewählt wird, dass die aufeinanderlaufenc'en Druckglied'et sich, praktisch genommen, nicht abnützen.
Unter Summe ist die algebraische Summe zu verstehen, wobei jeder einzelne Summand positiv oder negativ werden kann.
Es sind bereits Dichtungen für Masehinenwellen bekannt, bei denen zwei scheibenförmige Körper, von denen einer ruhig steht und der andere umläuft, mit Druck aufeinanderliegen. Da aber bei diesen bekannten Dichtungen, die z. B. bei Dampfturbinen benutzt worden sind, sich der Innendruck und eine Zusatzbelastung addierten, so dass gegenüber dem äusseren Atmosphärendruck ein sehr grosser Überdruck entstand, so bedurfte eine solche Dichtung einer sorgfältigen Überwachung und Schmierung, wenn sie ihren Zweck erfüllen sollte.
Die Erfindung bezieht sich auch auf Massnahmen, die den Zweck haben, dass in dem Innenraum des Maschinengehäuses oder in dem der Abdichtung benachbarten Teile des Innenraumes des Maschinengehäuses ein Druck aufrechterhalten wird, der nur wenig verschieden ist von dem Druck ausserhalb des Gehäuses, so dass eine geringe Zusatzbelastung genügt, um die Abdichtung wirksam zu erhalten.
Zu diesem Zwecke wird ein Druckregler verwendet, der den Druck im Maschinengehäuse oder in einem Teil davon, der der Dichtungsstelle benachbart ist, so hoch hält, dass ständig eine vorher bestimmte Differenz zwischen dem Innendruck und den die Maschine umgebenden Druck besteht und der Abdichtungs- druck, unter dem das Dichtungsmaterial steht, wird derart geregelt, dass er dieser Differenz zwiscl en dem Innen- und Aussendruck entspricht.
So kann man z. B. das Gehäuse einer Maschine, etwa eines Elektromotors. oder auch nur einen Teil dieses Gehäuses in der Nähe der Abdichtungsstelle mit einem Gas oder einer Flüssigkeit füllen, deren Druck ständig etwas höher gehalten wird als der der Flüssigkeit, die die Maschine umgibt, und an der Stelle, wo die Maschinenwelle aus dem Gehäuse heraustritt, wird eine Abdichtung vorgesehen, die etwa aus zwei Platten oder Scheiben besteht, von denen die eine mit dem Gehäuse verbunden ist und stille steht, während die andere an der Drehung der Welle teilnimmt. Auf diese Platten wird eine konstante Pressung ausgeübt und diese wird in Übereinstimmung mit der Differenz der Drücke innerhalb und ausserhalb des Gehäuses geregelt.
Selbstverständlich soll die Erfindung aber nic. ht auf die Anwendung dieser ganz besonderen Dichtungseinrichtung beschränkt werden.
<Desc/Clms Page number 2>
Mitunter kann das Abdiehtungsproblem nicht dadurch gelöst werden, dass man den Druck im
Gehäuse konstant erhält ; denn, wenn sich der äussere Druck ändert, so würde in einem solchen Falle der Innendruck bald höher und bald niedriger sein als der Aussendruck. Da aber im Innern des Gehäuses immer ein gewisser Überdruck bestehen soll, wenn das Eindringen des die Maschine umgebenden Mittels verhindert werden soll, so soll es natürlich nicht zugelassen werden, dass der Aussendruck auch nur zeitweise den Innendruck überschreitet. Wenn schon überhaupt an der Abdichtungsstelle eine Strömung zugelassen werden soll, so darf es nur eine von innen nach aussen sein, und es muss daher der Innendruck im Gehäuse immer etwas höher sein als der höchstmögliche Aussendruck.
Wenn aber ein konstanter
Innendruck aufrecht erhalten wird und dieser unter allen Umständen den höchstmöglichen Aussendruck überragen soll, so kann zu Zeiten, wo der Aussendruck sinkt, ein ganz beträchtlicher Verlust an dem inneren
Druckmittel durch Abströmen bei der Dichtungsstelle entstehen, was nicht bloss unökonomisch ist, sondern auch noch andere Übelstände hervorruft, wie insbesondere ein Durcheinanderwirbeln des die
Maschine umgebenden Mittels und wohl auch eine Verunreinigung dieses Mediums, was insbesondere dann vermieden werden soll, wenn es sich um eine unter Wasser arbeitende Pumpe handelt.
Es ist daher vorzuziehen, eine gleichbleibende Druckdifferenz zwischen innen und aussen anstatt eines gleichbleibenden Innendruckes aufrecht zu erhalten, der immer höher sein soll als der höchstmögliche
Aussendruck, und auf diese Weise kann das Mass des Ausfliessens des Druckmittels aus dem Maschinen- gehäuse verhindert, in der Regel sogar gänzlich vermieden werden. Es ist aber nötig, eine geeignete
Abdichtung zu verwenden, und wenn eine solche unter eine gewisse Pressung gesetzt wird, wie sie oben gekennzeichnet worden ist, und mit der Anwendung einer gewissen Druckdifferenz zwischen innen und aussen kombiniert wird, so ist eine vollkommene Lösung des Problems gegeben.
Würde eine solche
Abdichtung dort verwendet werden, wo die Druckdifferenz zwischen innen und aussen schwankt, so würde sie wie ein selbsttätiges federbelastetes Ventil wirken und könnte ihren Zweck nicht erfüllen.
Wäre der die Maschine umgebende Druck viel höher als jener innerhalb des Gehäuses, so würden die
Platten der Dichtungseinriehtung infolge übermässiger Reibung zerstört werden. Daraus ergibt sich, dass die Druckdifferenz und der Abdichtungsdruck einander entsprechen müssen.
Die Zeichnungen zeigen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung, Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsformen eines Elektromotors im Längsschnitt mit der Einrichtung zur Druckregelung und zur Abdichtung. Die Fig. 3 und 4 zeigen je eine Anlage mit einer Tiefbrunnenpumpe, bei der der Druckregler über Tag angeordnet ist ; die Fig. 5 und 6 eine Pumpe mit kreisendem Kolben in Axial-und Querschnitt. Die Fig. 7-9 zeigen Axialschnitt von verschiedenen Typen von Schleuderpumpen, die alle mit Druckregelungseinriehtungen versehen sind. Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform der Abdichtungeinrichtung in grösserem Massstabe.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 bedeutet 1 das Gehäuse des Elektromotors, 2 die Welle, 8 den Rotor und 7 den Stator. Die Dichtungsscheibe 3 ist an der Durchtrittsstelle der Welle in das Gehäuse 1 eingesetzt und die Dichtungsscheibe 4 ist mit der Welle 2 verbunden. Beide Scheiben werden durch eine Feder 5 gegeneinander gepresst, deren Spannung durch eine Mutter 6 verändert werden kann.
Was nun insbesondere die Ausführungsform nach Fig. 1 anbelangt, so ist zu bemerken, dass in das Gehäuse 1 des Motors ein Rohr 9 hineingeführt wird, welches ein Gas unter Druck, z. B. Druckluft, einem im Innern des Gehäuses angeordneten Ventil 10 zuführt, welches unter dem Einfluss einer Regelungsvorrichtung 11 steht. Dieser Druckregler besteht aus einem Gehäuse 12 und einer darin eingespannten Membran 13, die mit der Spindel 10'des Ventils 10 verbunden ist. Das Innere des Gehäuses des Druckreglers 11 steht durch eine Öffnung 14 mit dem Innenraum des Gehäuses 1 des Motors und durch einen Stutzen 15, der ebenso wie die Öffnung 14 immer offen ist, mit dem die Maschine umgebenden Raum in Verbindung.
Die Membran 13 steht unter der Belastung einer Feder 16, deren Spannung durch eine Schraube 17 geregelt werden kann.
Befindet sich die Membran in ihrer normalen Stellung, so ist das Ventil 10 geschlossen und die Drücke oberhalb und unterhalb der Membran und infolgedessen innerhalb des Gehäuses und in dem die Maschine umgebenden Mittel werden sich um einen Betrag voneinander unterscheiden, welcher proportional ist dem Druck der Feder 16. Da die Feder 16 in dem Teil 12 des Druckreglergehäuses angeordnet ist, welcher mit dem umgebenden Mittel in Verbindung steht, so wird der Druck im Gehäuse immer höher sein als der umgebende Druck im Verhältnis zu der Federspannung, Wird der Druck im Gehäuse und daher auch die Druckdifferenz vermindert, so wird das Ventil 10 geöffnet und lässt Druckluft ein, so lange, bis die Druckdifferenz, die der Spannung der Feder 16 entspricht, wieder hergestellt ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Teile des Druckreglers mit den gleichen Ziffern bezeichnet, wie in Fig. 1. Was aber durch den Druckregler beeinflusst wird, ist dort nicht ein Ventil, sondern ein Verdichter (Kompressor) 18, der an die Welle 2 der Maschine durch eine Kupplung 20 angeschlossen werden kann. Das Rohr 19 ist mit der Saugseite und der Stutzen 19'mit der Druckseite des Verdichters verbunden. Die Welle 18'des Verdichters kann durch die Membran 13 axial verschoben werden, so dass die Kupplung 20 je nach dem Bewegungssinn ein-oder ausgerückt wird.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<Desc/Clms Page number 4>
und die Lichtweite der Bohrungen 46 und 46'sind massgebend für den Druck an der Gleitfläche der Dichtungsplatte 39.
Wenn die Lichtweite zwischen der Stange 45 und der Bohrung 46 verhältnismässig gross ist, kann das durch die Nut 41 zugelassene Druckmittel rasch abfliessen und der Druck auf die Platte 39 wird klein sein. Ist umgekehrt die Lichtweite der Bohrung 46 klein, so wird der Druck auf die Gleitfläche der Diehtungsplatte 39 grösser.
Statt der Nut 41 kann der Durchgang zwischen der Welle 2 und ihrem Lager 33 so eingerichtet werden, dass er eine entsprechende Menge Druckflüssigkeit in den Raum 42,43 strömen lässt. Durch geeignete Einstellung und Wahl der Abmessungen ist es leicht, ein solches Gleichgewicht der Kräfte zu erhalten, dass die Platte 39, obwohl sie dicht an der Fläche 40 anliegt, doch nur eine geringfügige Reibung erfährt. Eine solche Abdichtung kann lange Zeit ohne jede Störung wirken und jede Abnützung wird durch die Spannung der Feder 5 ausgeglichen. Diese Art der Regelung des Verhältnisses des Innenund Aussendruckes unter Berücksichtigung des von der Feder 5 ausgeübten Druckes ist dort von Nutzen, wo der Innen- und Aussendruck einen konstanten Wert haben.
Fig. 7 zeigt eine Schleuderpumpe mit einer ähnlichen Abdichtungseinrichtung. Dabei bedeuten 47 den Saugstutzen der Pumpe, 48 das Laufrad, welches auf der Welle 2 sitzt, 49 das Gehäuse, welches in eine Büchse 50 ausläuft, 51 und 52 die Lager der Welle 2,2'eine axiale Bohrung in der Welle 2, 42 und 43 die Kammern am Ende des Lagers 51, die den gleichbezeichneten Räumen in Fig. 5 entsprechen.
Die Kammer 42 steht mit der Bohrung 2'durch eine radiale Bohrung 53 in der Welle 2 in Verbindung und in dem erweiterten Ende der Bohrung 2'ist eine Drosselungsstange 45 eingelegt. Die Lager 51, 52 können entweder mit Nuten versehen sein oder bieten entsprechenden Spielraum.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist das Laufrad 48 mit Durchbrechungen 54 zum Ausgleich der Drücke auf der Vorder-und Hinterseite versehen. An dem Rand der Büchse 50 des Pumpengehäuses befindet sich eine ringförmige Kammer 55, die mit der Saugseite der Pumpe durch Nuten (ähnlich 41 nach Fig. 5) oder einen Spielraum in den Lagern 51 und 52 in Verbindung steht. Diese Kammer 55 ist durch einen Deckel 56 abgeschlossen, auf welchem sich die Abdichtungsplatte 39 abstützt. Dabei ist zu bemerken, dass in diesem Falle die Lage der Abdichtungsplatte 39 und der Einstellmutter 6 verkehrt ist im Vergleich mit den vorher beschriebenen Ausführungsformen. Die Kammer 55 ist durch einen Durchgangsraum 59 mit der Druckseite der Pumpe verbunden und diese Verbindung wird durch ein Drosselorgan 58 geregelt.
Der Druck in der Kammer 55 und die Kraft der Feder 5 wird so gehalten, dass der resultierende Druck auf die Dichtungsplatte 39 verhindert, dass atmosphärische Luft bei der Dichtungsplatte 39 eingesaugt wird.
Im Raum 49 herrscht der höchste von der Pumpe erzeugte Druck. Die Anzapfstelle, mit welcher der Raum 59 gegen den Raum des Laufrades mündet, erfährt bereits einen wesentlich geringeren Druck, als der in 49 herrscht. Jedoch handelt es sich hier immer noch um positiven Überdruck. Im Raum 47 und'also auch in den Bohrungen 54 und dem nach dem Lager zu anschliessenden Ausgleichraum herrscht volle Saugspannung, die bis zu 8 m Wassersäule betragen kann. Durch die Schmiernuten bzw. Spielräume 52 und 51 teilt sich diese Saugspannung dem Raum 55 mit.
Auf den Ring 56 wirken also folgende positive und negative Kräfte : von links : positiv : Aussendruck-atmosphärische Spannung, von rechts : negativ : Zusatzbelastung durch die Federn und der Innendruck, der jedoch negatives Vorzeichen hat, also in diesem Falle in der Richtung des Aussendruckes wirkt.
Wäre keine Drosselschraube 58 oder ein sonstiges Mittel zur Abdrosselung des Druckes im Raum 59 vorhanden, so würde selbstverständlich das Vakuum im Raum 55 zerstört werden. So aber wird durch das Drosselglied 58 ein wünschenswerter Rest der Saugspannung aufrechterhalten. Mit anderen Worten : der Ring 56 erfährt eine endgültige Belastung nach links, die gerade so gross ist, dass er trotz guter Abdichtung ohne nennenswerten Normaldruck auf seiner dichtenden Unterlage reibend aufliegt.
Die Ausführungsform nach Fig. 9 ist ähnlich der nach Fig. 7 ; es sind jedoch die Bohrungen 2', 53 und die Drosselstange 45 weggelassen. Die Drosselung wird hier durch den Widerstand der Flüssigkeit bei ihrem Durchströmen der Nuten oder des Spielraumes in den Lagern 51, 52 bewirkt und so der gewünschte Druck an der Platte 39 erreicht.
'Bei allen beschriebenen Ausführungsformen wird der Druck, den die Platte 4 bzw. 39 auf die Platte 3 bzw. 56 oder auf die Platte 40 des Gehäuses ausübt, durch die Mutter 6 geregelt und die Spannung der Feder 5 muss daher genügend gross sein, um zusammen mit dem Druck des umgebenden Mittels den Druck innerhalb des Gehäuses um ein geringes zu überschreiten, so dass ein kleiner resultierender Druck zwischen den aufeinander gleitenden Dichtungsflächen erreicht wird, wobei der Druck innerhalb und ausserhalb des Gehäuses jeder für sich einen konstanten Wert haben kann.
Der innere Druck hat das Bestreben, die bewegliche Platte von der festen abzuheben ; aber die Summe des äusseren Druckes und des von der Feder 5 ausgeübten Druckes verhindert dieses Abheben und drückt die Platte gegen ihre feststehende Unterlage mit einem Druck, der gerade so gross ist, dass er keine schädliche Reibung und Abnützung zur Folge hat.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform einer Stopfbüchse, die besonders für Tiefbrunnen oder andere, unter ähnlichen Verhältnissen arbeitende Maschinen geeignet ist. Bei solchen Pumpen, die oft monatelang
EMI4.1
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1