AT519531A1

AT519531A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: AT519531A1
Application number: ATA51187/2016A
Authority: AT
Inventors: Kastler Helmut
Original assignee: Avl Commercial Driveline & Tractor Eng Gmbh
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-07-15
Also published as: AT519531B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung (1) mit zumindest einer Labyrinthdichtung (8) und zumindest einem mit einer drehbaren Welle (2) fest verbundenen Radialwellendichtring (3), wobei Labyrinthdichtung (8) und Radialwellendichtring (3) nacheinander angeordnet sind und durch die Drehung der Welle (2) eine Fliehkraft (F) auf den Radialwellendichtring (3) wirkt, so dass ein von einer Drehzahl abhängiger Spalt (13) zwischen Radialwellendichtring (3) und einer Dichtfläche (6) an einem Gehäuse (7) gebildet ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtungsanordnung (1) bereitzustellen, deren Dichtwirkung verbessert ist und die bei niedrigen und bei hohen Drehzahlen dicht bleibt. Das wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Labyrinthdichtung (8) zumindest eine erste radiale Erstreckung (9) der Welle (2) von einer Wellenachse (A) nach außen und zumindest eine zweite radiale Erstreckung (10) von dem Gehäuse (7) nach innen zur Wellenachse (A) aufweist, die ineinander greifen, ohne einander zu berühren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, mit zumindest einer Labyrinthdichtung und zumindest einem mit einer drehbaren Welle fest verbundenen Radialwellendichtring, wobei Labyrinthdichtung und Radialwellendichtring nacheinander angeordnet sind und durch die Drehung der Welle eine Fliehkraft auf den Radialwellendichtring wirkt, so dass ein von einer Drehzahl abhängiger Spalt zwischen Radialwellendichtring und einer Dichtfläche an einem Gehäuse gebildet ist.

Radialwellendichtringe (RWDR) sind zur Abdichtung von Wellen allgemein bekannt und sind ein gängiges Mittel zur Abdichtung. Allerdings bringt die Anwendung von RWDR einige Nachteile mit sich. So ist eine hohe Genauigkeit bei der Fertigung gefordert, vor allem hohe Maßgenauigkeit bei den Eigenschaften der Dichtfläche auf der eine Dichtlippe des RWDR aufliegt.

Weiters ist ein RWDR direkt nach Montage nicht dicht. Erst nach einer "Einlaufzeit" nach dem der Radialwellendichtring sich auf der Welle eingelaufen hat, dichtet er gut ab. Außerdem sind durch den dauernden Kontakt von dem RWDR mit der drehenden Welle starke Abnutzungserscheinungen und große Reibung gegeben.

Labyrinthdichtungen sind beispielsweise für Dampf- oder Gasturbinen im Einsatz. Vor allem bei hohen Drehzahlen bieten sie eine gute Möglichkeit zur Abdichtung, die wenig Verluste durch Reibung erzeugen, und die quasi frei von Verschleiß sind. Bei Stillstand und niedrigen Drehzahlen, kommt es trotzdem zu Flüssigkeitsdurchtritten durch die Dichtung.

Aus der DE 199 21 211 Al ist eine Dichtungsanordnung bekannt bei der ein RWDR und eine Labyrinthdichtung miteinander kombiniert werden. Dabei ist der RWDR über ein Blech mit der drehenden Welle verbunden. Bei höheren Drehzahlen der Welle hebt der RWDR von der Dichtfläche am Gehäuse ab. Radial nach außen ist von der Dichtfläche weg eine Labyrinthdichtung vorgesehen. Diese ist jedoch so angeordnet, dass durch die Schleuderwirkung durch die Drehung der Welle und vom Blech, das Schmiermittel ohne weiteres Hindernis radial nach außen und in die Umgebung befördert wird. Obwohl zur Vermeidung von Reibung und Verschleiß der abhebende RWDR vorgesehen ist, ist noch eine, an der drehenden Welle anliegende Primärdichtlippe vorgesehen. Die Primärdichtlippe ist fest mit dem Gehäuse verbunden und steht somit still. Durch diese Primärdichtlippe kommt es somit erst recht zu Reibung und vorzeitigem Verschleiß der Dichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Dichtungsanordnung bereitzustellen, deren Dichtwirkung verbessert ist und die bei niedrigen und bei hohen Drehzahlen dicht bleibt.

Diese Aufgabe wird durch eine eingangs erwähnte Dichtungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Labyrinthdichtung zumindest eine erste radiale Erstreckung der Welle von einer Wellenachse nach außen und zumindest eine zweite radiale Erstreckung von dem Gehäuse nach innen zur Wellenachse aufweist. Durch die radialen Erstreckungen ist bei Drehung der Welle der Strömungswiderstand in Richtung der Wellenachse erhöht und die Strömung eines Schmiermittels entlang der Welle ist dadurch stoppbar. Bei hohen Drehzahlen hebt der RWDR ab und es besteht kein Kontakt zwischen drehenden und stehenden Teilen der Dichtungsanordnung. Die Verluste durch Reibung sind dadurch nicht mehr gegeben. Der Verschleiß ist auf ein Minimum reduziert. Außerdem kommt es dadurch zu einer Minimierung der Kontamination von außen. Des Weiteren haben RWDR in den meisten Fällen spezifisch angeordnete Rillen an der Kontaktfläche, welche so angeordnet sind, dass sie das abzudichtende Medium vom RWDR wegleiten, dies hat jedoch den Nachteil, dass das drehrichtungsabhängig ist. Bei einer kontaktlosen Dichtung wie in unserer Erfindung ist die Dichtwirkung unabhängig von der Drehrichtung. Bei berührenden Dichtungen entsteht durch Reibung eine hohe Wärmeentwicklung insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen. Daher ist eine berührungslose Dichtung wie in unserem Fall insbesondere für sehr hohe Drehzahlen geeignet, bzw. nicht durch die Wärmeentwicklung über Drehzahl limitiert.

Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass der Radialwellendichtring von einer Schmiermittelseite her vor der Labyrinthdichtung angeordnet ist. Dadurch ist ein Eintritt zwischen Labyrinthdichtung und RWDR von Schmiermittel bei Stillstand der Welle verhinderbar.

Es ist günstig, wenn die Welle zwischen Radialwellendichtring und Labyrinthdichtung einen konischen Bereich aufweist, wobei ein erster Wellendurchmesser, der dem Radialwellendichtring zugewandt ist, größer ist, als ein zweiter Wellendurchmesser, der der Labyrinthdichtung zugewandt ist. Dadurch entsteht der Vorteil, dass bei Eintritt des Schmiermittels zwischen Labyrinthdichtung und RWDR bei Drehung der Welle eine ableitende Wirkung durch den konischen Bereich entsteht. Durch die Drehung wird das Schmiermittel von der Wellenachse weg befördert und wandert durch den konischen Bereich zurück in Richtung RWDR.

Um auch bei abgehobenem RWDR bei höherer Drehzahl einen Eintritt von Schmiermittel zwischen RWDR und Labyrinthdichtung zu verhindern, ist es günstig, wenn der von der Drehzahl abhängige Spalt zwischen Radialwellendichtring und dem Gehäuse eine Breite aufweist, die so klein ist, dass kein Schmiermittel durch Zentrifugalkraft hindurchgelangen kann, und die vorzugsweise kleiner ist, als ein Durchgangsspalt der Labyrinthdichtung. Günstige Formen für die Labyrinthdichtung ergeben sich, wenn sie durch die zumindest eine erste radiale Erstreckung und die zumindest eine zweite radiale Erstreckung eine im Wesentlichen sägezahnartige Form aufweist oder, wenn sie durch die zumindest eine erste radiale Erstreckung und die zumindest eine zweite radiale Erstreckung einen im Wesentlichen mäanderförmigen Durchgangsspalt aufweist.

Die Erfindung wird anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in einem Schnitt durch eine Symmetrieebene durch eine Wellenachse bei niedriger Drehzahl;

Fig. 2 die Dichtungsanordnung analog zu Fig. 1 bei hoher Drehzahl; und

Fig. 3 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung analog zu Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 1 gezeigt. Dabei ist eine Welle 2 drehbar um eine Wellenachse A. Ein Radialwellendichtring 3 (RWDR) mit Feder 4 ist über ein Blech 5 mit der Welle 2 verbunden. Der RWDR 3 ist in Fig. 1 mit einer Dichtfläche 6 eines Gehäuses 7 in Kontakt.

Eine Labyrinthdichtung 8 ist zwischen der Welle 2 und dem Gehäuse 7 angeordnet. Dazu weist die Welle 2 mehrere erste radiale Erstreckungen 9 auf. Diese ersten radialen Erstreckungen 9 weisen von der Welle 2 nach außen zum Gehäuse 7. Am Gehäuse 7 sind mehrere zweite radiale Erstreckungen 10 angeordnet. Die ersten radialen Erstreckungen 9 und die zweiten radialen Erstreckungen 10 greifen ineinander, ohne sich zu berühren. Zwischen den ersten radialen Erstreckungen 9 und den zweiten radialen Erstreckungen 10 ist ein labyrinthartiger Durchgangsspalt 11.

Die Welle 2 weist von dem Blech 5 zu der Labyrinthdichtung 8 einen konischen Bereich 12 auf, wobei sich die Welle 2 zu der Labyrinthdichtung 8 hin verjüngt.

Die Welle 2 weist im Bereich des Bleches 5 einen ersten Wellendurchmesser D auf. Im Bereich der Labyrinthdichtung 8 ist ein zweiter Wellendurchmesser d messbar. Der erste Wellendurchmesser D ist größer als der zweite Wellendurchmesser d.

In Fig. 1 ist eine Drehzahl der Welle 2 gering oder gleich null. In Fig. 2 ist die Dichtungsanordnung 1 bei einer höheren Drehzahl gezeigt, die eine Abhebedrehzahl übersteigt. Dabei ist eine Fliehkraft F durch die Drehung der Welle 2 auf den RWDR 3 so groß, dass zwischen RWDR 3 und Dichtfläche 6 am Gehäuse 7 ein Spalt 13 mit einer Breite b entsteht. Wobei in den gezeigten Ausführungen der Spalt 13 so klein ist, dass durch Zentrifugalkräfte kein Schmiermittel durch den Spalt 13 dringt. Die Zentrifugalkräfte wirken auf das Schmiermittel durch die Drehung der Welle 2.

Sollte Schmiermittel durch den Spalt 13 gelangen, so wird es durch die Drehung der Welle 2 mithilfe der Zentrifugalkräfte entlang des konischen Bereiches 12 von der Labyrinthdichtung 8 weg in Richtung RWDR 3 bewegt.

In der ersten Ausführung ist die Labyrinthdichtung 8 sägezahnartig ausgebildet. In einer zweiten Ausführung ist die Labyrinthdichtung 8 kammartig ausgebildet, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Gemäß der zweiten Ausführung weist die Labyrinthdichtung 8 einen mäanderförmigen Durchgangsspalt 11 auf.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Dichtungsanordnung (1), mit zumindest einer Labyrinthdichtung (8) und zumindest einem mit einer drehbaren Welle (2) fest verbundenen Radialwellendichtring (3), wobei Labyrinthdichtung (8) und Radialwellendichtring (3) nacheinander angeordnet sind und durch die Drehung der Welle (2) eine Fliehkraft (F) auf den Radialwellendichtring (3) wirkt, so dass ein von einer Drehzahl abhängiger Spalt (13) zwischen Radialwellendichtring (3) und einer Dichtfläche (6) an einem Gehäuse (7) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (8) zumindest eine erste radiale Erstreckung (9) der Welle (2) von einer Wellenachse (A) nach außen und zumindest eine zweite radiale Erstreckung (10) von dem Gehäuse (7) nach innen zur Wellenachse (A) aufweist.
2. Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialwellendichtring (3) von einer Schmiermittelseite (14) her vor der Labyrinthdichtung (8) angeordnet ist.
3. Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) zwischen Radialwellendichtring (3) und Labyrinthdichtung (8) einen konischen Bereich (12) aufweist, wobei ein erster Wellendurchmesser (D), der dem Radialwellendichtring (3) zugewandt ist, größer ist, als ein zweiter Wellendurchmesser (d), der der Labyrinthdichtung (8) zugewandt ist.
4. Dichtungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Drehzahl abhängige Spalt (13) zwischen Radialwellendichtring (3) und dem Gehäuse (7) eine Breite (b) aufweist, die so klein ist, dass kein Schmiermittel durch Zentrifugalkraft hindurchgelangen kann, und die vorzugsweise kleiner ist, als ein Durchgangsspalt (11) der Labyrinthdichtung (8).
5. Dichtungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (8) durch die zumindest eine erste radiale Erstreckung (9) und die zumindest eine zweite radiale Erstreckung (10) eine im Wesentlichen sägezahnartige Form aufweist.
6. Dichtungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (8) durch die zumindest eine erste radiale Erstreckung (9) und die zumindest eine zweite radiale Erstreckung (10) einen im Wesentlichen mäanderförmigen Durchgangsspalt (11) aufweist.