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Kolbenringartige Dichtung zwischen sich relativ zueinander drehenden Maschinenteilen
Die Erfindung bezieht sich auf eine kolbenringartige Dichtung zur Abdichtung eines Spaltes zwi- schen zwei sich relativ zueinander drehenden Maschinenteilen gegen ein unter Druck stehendes schmier- fähiges Medium mit einem in radialer Richtung federnden. mit geringem axialem und radialem Spiel in einer Ringnut des einen der beiden Maschinenteile eingesetzten Ring. Die erfindungsgemässe Ausfüh- rung ist besonders für Maschinen mit einem unter hohem Druck arbeitenden Arbeitsmedium und für Ma- schinen mit hohen Relativdrehzahlen, wie z. B. für Strömungskupplungen und Strömungswandler, ge- eignet.
. Unter einem Kolbenring versteht man bekanntlich einen selbstspannenden Dichtungsring aus Metall, insbesondere aus Grauguss, der sich, unterstützt durch den Druck des Arbeitsmediums, an eine Zylinder- wandung des einen und an eine Nutflanke des andern der gegeneinander abzudichtenden Maschinenteile mit nahezu gleichmässigem Druck anlegt und so einen Durchtritt des Arbeitsmediums verhindert oder zu- mindest vermindert. Durch die im Betrieb auftretenden dauernden, hin-und hergehenden oder drehen- den Bewegungen sind die sich berührenden Teile ständig dem Verschleiss durch Reibung unterworfen.
Dieser Verschleiss ist besonders gross bei Kolbenringdichtungen für hohe Relativdrehzahlen oder hohe Be- triebsdrücke, zumal wenn die Gleitflächen ungenügend gekühlt und geschmiert sind. Hiebei kann unter
Umständen sogar eine Zerstörung der Berührungsflächen (Fressen) eintreten.
Zur Vermeidung dieser Nachteile sind bei Kolbenmaschinen, die mit hohen Dampe-odeur Gasdrükken arbeiten, bereits an den Kolben ringförmige Dichtungen vorgeschlagen worden, deren Dichtungsflächen teilweise entlastet sind. Auch ist es bereits bekannt, sich drehende Maschinenteile mittels elastischen, in einem Ring geführten Gummidichtungen oder mittels kolbenringartigen, entlasteten Dichtungskörpern gegeneinander abzudichten. Die Entlastung erfolgt dabei in der Art, dass durch eine Nut oder eine Hinterdrehung (Rücksprung) im Dichtungsring die Flächenpressung an den Gleitflächen vermindert wird. Diese Massnahme reicht jedoch in vielen Fällen nicht zur Behebung der vorgenannten Mängel aus.
Ausserdem wird dabei der tragende Querschnitt der Ringe geschwächt, so dass auch noch aus diesem Grunde bei hohen Betriebsdrücken und hohen Relativdrehzahlen der gegeneinander abzudichtenden Maschinenteile keine ausreichende Betriebssicherheit mehr gewährleistet ist.
Es ist ferner auch bereits ein Dichtring bekanntgeworden, der unter dem Einfluss des unter Druck stehenden Mediums und gegebenenfalls weiterer Kräfte (Kolbenringspann\1n, Fliehkraft usw.) an den beiden Maschinenteilen dichtend anliegt und hiebei gegenüber den beiden Maschinenteilen verschieden grosse Reibmomente aufweist, so dass er betriebsmässig von dem Maschinenteil, demgegenüber er ein grösseres Reibmoment aufweist, auf Drehung mitgenommen wird.
Die vorliegende Erfindung geht von einer derartigen Ausfüllung einer Dichtung zweier sich relativ zueinander drehenden Maschinenteile aus und bezweckt eine vorteilhafte Weiterentwicklung. Diese besteht darin, dass an der Dichtungsfläche mit dem geringeren Reibmoment, u. zw. an dem den Dichtring aufnehmenden Maschinenteil, Schmiertaschen angeordnet werden, die mit dem abzudichtenden Raum in Verbindung stehen, und dass ferner die mit Schmiertaschen versehene Dichtungsfläche und die dazugehörige Gegen-Dichtungsfläche in achssenkrechter Richtung angeordnet werden.
Die Vorteile dieser Ausführung sind zunächst darin zu sehen, dass an der auf Grund der Verschiedenheit der Reibmomente eindeutig als Gleitfläche in Frage kommenden Dichtungsfläche eine gute Schmierung erzielt wird und dass
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handelsübliche Dichtringe (ohne Schmiertaschen) ohne kostspielige Nachbearbeitung verwendet werden können. Dadurch, dass gemäss der Erfindung die Schmiertaschen in achssenkrechter Ebene angeordnet wer- den, wirken sich ferner Exzentrizitäten der beiden Maschinenteile zueinander oder ein exzentrischer Lauf eines der beiden Maschinenteile lediglich auf eine gut geschmierte Dichtungsfläche aus, wodurch Schä- den, z. B. in bszug auf Fressen, vermieden werden.
Die achssenkrechte Anordnung der Schmiertaschen an dem den Dichtring aufnehmenden Maschinenteil ergab den weiteren Vorteil, dass bei allen nur mög- lichen Exzentrizitäten der beiden Maschinenteile zueinander die Abdeckung der Schmiertaschen zur ab- zudichtenden Seite durch den Dichtring und somit die Abdichtung des unter Druck stehenden Mediums in jedem Fall erhalten bleibt und nicht aufgehoben werden kann.
Bei Schleifringdichtungen zur Abdichtung von Wellendurchführungen ist zwar bereits vorgeschlagen worden, in einem feststehenden Schleifring Nuten anzuordnen, die mit einem Druckraum in Verbindung stehen. Diese Schleifringdichtungen sind aber sehr aufwendig, da sie durch Federdruck ständig an die
Laufflächen angedrückt werden müssen und ausserdem in axialer und radialer Richtung einen grossen
Platzbedarf benötigen. Schon aus diesen Gründen sind Schleifringdichtungen in vielen Fällen zur Ab- dichtung von Wellendurchführungen nicht anwendbar.
Ausserdem haben Schleifringdichtungen gegenüber Kolbenringdichtungen den Nachteil, dass sie auch in den Betriebszeiten, in denen kein Druck und kein abzudichtendes Medium vorhanden sind, infolge des Federdruckes auf der Dichtungsfläche gleiten und dabei nur schlecht oder überhaupt nicht geschmiert werden, was einen höheren Verschleiss bedingt. Kol- benringdichtungen dagegen arbeiten sich in diesem Falle von der Gleitfläche frei, werden somit berührungsfrei und damit auch verschleissfrei.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sollen zwecks guter Schmierung der Gleitflächen die Schmiertaschen in einer in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen zu bestimmenden Teilung gleichmässig auf den Umfang verteilt sein. Die Belastung der Gleitflächen, die Gleitgeschwindigkeit, die Werkstoffpaarung u. dgl. mehr beeinflussen nämlich die Bildung des Schmierfilmes in starkem Masse, so dass, um die gesamte Gleitfläche ausreichend mit Schmiermittel zu versorgen und um die Leckverluste möglichst klein zu halten, jeder Schmiertasche ein von diesen Betriebsbedingungen abhängiges Einflussgebiet zuzuordnen ist. Bei einer rechnerischen Erfassung der Einflussgebiete können die bei Axialgleitlagern bekannten Berechnungsmethoden zugrundegelegt werden.
Die gleichmässig auf dem Umfang verteilten Schmiertaschen haben ferner den Zweck, die Führung des Dichtringes, insbesondere im Hinblick auf eine mögliche Vereckung, zu verbessern.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Hiebei zeigen : Fig. 1 eine erfindungs gemässe Kolbenringdichtung mit an einer achssenkrechten Dichtungsfläche eines Maschinenteiles angeordneten Schmiertaschen, Fig. 2 diesen Maschinenteil im Seitenriss und Fig. 2a einen Schnitt durch eine Schmiertasche.
In Fig. 1 ist mit 1 der stillstehende Maschinenteil (etwa ein Maschinengehäuse) bezeichnet, an dem der Kolbenring 3 durch eigene Spannung sowie auf Grund der radial nach aussen gerichteten Druckwirkung des Arbeitsmediums dichtend anliegt. In dem andern, sich drehenden Maschinenteil 2, etwa einer den Maschinenteil 1 durchdringenden Welle, sind an der achssenkrechten Dichtungsfläche 5 einer den Kolbenring 3 aufnehmenden Nut 4 Schmiertaschen 6 eingearbeitet (s. auch Fig. 2), die mit dem abzudichtenden Raum 8 in Verbindung stehen und somit für das abzudichtende Druckmittel zugänglich sind. Die Nut 4 ist mit einer Hinterdrehung 10 versehen, um die an die Gegen-Dichtungsfläche 9 des Kolbenringes 3 zur Anlage kommende Dichtungsfläche 5 entsprechend klein auszubilden.
Das Arbeitsmedium drückt im Betriebszustand, unter Umständen zusammen mit andern Kräften, wie z. B. der Kolbenringspannung, der Fliehkraft od. dgl., den Kolbenring 3 an die Maschinenteile 1 und 2 an. Die Dichtungsfläche 5 zwischen dem Maschinenteil 2 und dem Kolbenring 3 ist zufolge der Hinterdrehung 10 und den Schmiertaschen 6 so bemessen, dass die zwischen diesen Teilen an der Dichtungsfläche 5 wirkenden Reibkräfte wesentlich kleiner sind als die Reibkräfte an der Anlagefläche 7 zwischen dem Maschinenteil 1 und dem Kolbenring 3. Der Kolbenring wird also durch die grössere Reibung an der Anlagefläche 7 von dem stillstehenden Maschinenteil 1 festgehalten, während der andere Maschinenteil 2 umläuft.
Die Schmiertaschen 6 bewirken hiebei neben der Entlastung unter anderem auch, dass die Dichtungsfläche 5, an der der Kolbenring 3 gleitet, ausreichend mit Schmieröl versorgt und gekühlt wird.
Es ist aus Fig. 1 deutlich ersichtlich, dass eine mögliche Exzentrizität der beiden Maschinenteile 1 und 2 in keinem Falle die Abdichtung in Frage stellt. Auch wenn der Spalt 8 völlig verschwinden würde, würde die Abdichtung bei 5 nicht aufgehoben werden.
In Fig. 2 ist der Maschinenteil 2 im. Seitenriss dargestellt. Die Schmiertaschen 6 sind nach einer bestimmten Teilung t angeordnet und als zylindrische Abschnitte ausgebildet. Die Fig. 2a zeigt ausser-
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dem einen Schnitt durch eine Schmiertasche gemäss der Linie X-X, wobei noch dargestellt ist, wie die Schmiertaschen durch ein Stoss werkzeug 11 (Meissel od. dgl.) auf einfache Weise hergestellt werden können.
Die Erfindung ist auch mehrfach anwendbar, indem etwa zwei oder mehrere erfindungsgemässe Kolbenringdichtungen hintereinander angeordnet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kolbenringartige Dichtung zur Abdichtung eines zwischen zwei sich relativ zueinander drehenden Maschinenteilen liegenden Spaltes gegen ein unter Druck stehendes schmierfähiges Medium, mit einem in radialer Richtung federnden, mit geringem axialem und radialem Spiel in einer Ringnut des einen der beiden Maschinenteile eingesetzten Ring, der so ausgebildet und bemessen ist, dass er zwecks Abdichtung unter dem Einfluss des unter Druck stehenden Mediums und gegebenenfalls weiterer Kräfte (Kolbenringspannung, Fliehkraft usw.) an den beiden Maschinenteilen zur Anlage kommt und hiebei gegenüber den beiden Maschinenteilen verschieden grosse Reibmomente aufweist, so dass er betriebsmässig von dem Maschinenteil, demgegenüber er ein grösseres Reibmoment aufweist, auf Drehung mitgenommen wird,
insbesondere für Maschinen mit einem unter hohem Druck arbeitenden Arbeitsmedium und hohen Relativdrehzahlen, vorzugsweise für Strömungskupplungen oder Strömungswandler, dadurch gekennzeichnet, dass an der Dichtungsfläche (5) mit dem geringeren Reibmoment, u. zw. an dem den Dichtring (3) aufnehmenden Maschinenteil (2), Schmiertaschen (6) angeordnet sind, die mit dem abzudichtenden Raum (8) in Verbindung stehen, und dass ferner die mit Schmiertaschen versehene Dichtungsfläche (5) und die dazugehörige Gegen-Dichtungsfläche (9) in achssenkrechter Richtung angeordnet sind.