DE1069968B - Wellenspaltdichtumg - Google Patents

Description

Vertreter:

Taten an

DEUTSCHES mmm*> PATENTAMT

KL. 47 f 26
INTERNAT. KL. F 06 j

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AUSLEGESCHRIFT 1069 968

S 54281XII/47 f

ANMELDETAG: 13. JULI 1957

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DEK
AUSLEGESCHRIFT: 26. NOVEMBER 1959

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenspaltdichtung zu schaffen, welche imstande ist, bei einer eine Wand durchquerenden, stets in gleicher Richtung umlaufenden Welle zwischen zwei beiderseits der Wand vorhandenen Gasatmosphären einen Gasü1>ertritt während der Wellendrehung restlos ohne jede Möglichkeit einer gegenseitigen Vermischung oder Berührung zu verhindern.

Eine in diesem Ausmaß vollkommen dichte Trennung zweier Gase durch eine von einer sich drehenden Welle durchquerten Scheidewand ist eine unbedingte Notwendigkeit beispielsweise bei den Fliehkraftverdichtern, welche zur Aufrechterhaltung des Umlaufes eines aggressiven oder radioaktiven Gases, wie z. B. Uran-Hexafluorid, mit niederem Druck dienen sollen. In Fällen dieser Art muß nicht nur jeder Gasverlust nach außen wegen der mit radioaktiven Gasen verbundenen Gefahren vermieden werden, sondern es darf auch in den das radioaktive Gas einschließenden Behälter kein dieses verschlechterndes oder mit ihm ao ungünstig zusammenwirkendes anderes Gas eindringen. Die Wellen von umlaufenden Fliehkraftverdichtern drehen sich aber mit sehr hohen Geschwindigkeiten, weshalb es praktisch sehr schwierig ist, für sie eine Wellenspaltdichtung so auszugestalten, daß sie diesen außerordentlich hohen Anforderungen an Gasabsperrwirkung bei gleichzeitiger Wahrung der notwendigen mechanischen Festigkeit und einer zuverlässigen chemischen Widerstandsfähigkeit genügt.

Um die Möglichkeit der Verluste von aggressivem Gas durch Entweichen aus einem mit dem Gas gefüllten und dabei in seiner Wandung von umlaufenden Wellen durchsetzten Behälter Sowie insbesondere auch die Gefahr des Eindringens von umgebender AiilJenluft in diesen Gasbehälter an der Wellendurchtrittsstelle zu vermindern, hat man schon an der Außenseite der Wandung des Gasbehälters rings um die diese durchquerende Welle eine Kammer angefügt, die mit einem inerten Gas, z. B. Stickstoff, unter einem in der Größenordnung vorzugsweise dem Innendruck des Gasbehälters gleichen Druck gefüllt ist. Indessen wird auf diese Weise das Problem der Verwirklichung einer restlos Leckverluste aus dem Gasbehälter und das Eindringen von umgebendem Gas in diesen über die Wellenumfläche verhindernden Dichtung nicht gelöst, sondern bleibt gegenüber der die Welle umgebenden Kammer bestehen.

-Man hat auch schon versucht, die Abdichtung einer umlaufenden Welle gegen unter Druck stellendes Gas durch die dichte elastische Berührung eines auf der Welle sitzenden Ringkörpers mit der einen Seitenfläche eines an einer feststehenden Muffe, federnd gehaltenen und wie diese die Welle frei umschließenden * weiten Ringe* und «lurch F.rzeu^v*g «ein«·* g*:· wiesen Wellenspaltdichtung

Anmelder:
Societe Alsacienne de Constructions

Mecaniques,
Mülhausen (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 12. Februar 1957

Andre Ertaud, Paris, ~"

ist als Erfinder genannt worden

Unterdruckes um ein den zweiten Ring mit der Muffe verbindendes elastisches Rohr und um den ersten Ring durch an dessen zylindrischer Oberfläche ausgebildete Schraubengänge zu erreichen. Dieser Unterdruck ist aber auf Grund der geringen Länge und der erheblichen Steigung der Schraubennuten ziemlich schwach, so daß es nicht möglich ist, in dem Raum zwischen Muffe und Rohr ein so starkes Vakuum zu erzeugen, wie es zur vollkommenen Verhinderung fies Übergangs auch kleinster Gasmengen längs der Welle erforderlich ist.

Es ist auch bekannt, eine Welle gegen heißeDämpfc durch einen gleichzeitig zur Lagerschmierung dienenden ölumlauf abzudichten und dabei durch eine an der Welle innerhalb einer feststehenden Muffe vorgesehene schraubenlinige Nut mit rechteckigem Querschnitt das Abströmen von Kühlflüssigkeit nach einem Hochdruckraum zu verhindern. Die Praxis hat gezeigt, daß weder eine schraubenlinige Nut an der Welle noch ein umständlicher, gleichzeitig lagerschmierender ölumlauf den Gasübertritt zwischen zwei durch eine Wand getrennten Gasatmosphären über eine die Wand durchquerende umlaufende Welle in dem z. B. bei gewissen Fliehkraftverdichtern für radioaktive Gase unerläßlichen Höchstmaß zu verhindern vermag.

, Ferner kennt man auch schon mit viskoser Sperrflüssigkeit arbeitende Wellenspaltdichtungen, bei denen zwei auf der drehbaren Welle ausgebildete und von einer feststehenden Muffe umschlossene, gegenläufig schraubenlinige Nuten von verhältnismäßig geringer Steigung die viskose Flüssigkeit nach einer zwischen ihnen vorgesehenen Ringkammer pumpenartig drücken und nur die eine dieser beiden Nuten ■i-wx Fiü^igkeitsförderung nach der Rmgkanuncr

dient und die andere den Flüssigkeitsübertritt aus dieser Kammer nach ihrem von dieser abgewendeten Ende hin zu verhindern hat. Auch diese binden entgegeiigesetzt gewundenen, in gemeinsamer Ringkammer endenden, flüssigkeitsgefüllten Nuten sind nicht imstande, eine auch kleinste Spuren von Gasentweichungen längs der mit ihnen versehenen umlaufenden Welle sicher vermeidende Abdichtungswirkung auszuüben.

Nach der Erfindung wird nun das eingangs geschilderte Problem der dauernd vollkommenen Abdichtung einer eine Wand durchquerenden, sich drehenden Welle gegen jeden, auch den geringsten Gasübertritt zwischen zwei beiderseits der Wand vorhandenenGasatinosphären dadurch gelöst, daß das Prinzip der umlaufenden Molekularvakuumpumpe der Bauart Holweck in besonderer Weise für die Erzielung der gewünschten maximalen Dichtheit des Wellendurchgangs in der Scheidewand nutzbar gemacht wird.

Bekanntlich dienen diese Molekularluftpumpen zur Erhöhung des durch eine normale. Pumpe in einem Gasbehälter vorbereiteten Vakuums und bestehen aus einem mit großer Geschwindigkeit sich drehenden Läufer und einem von diesem durch einen ziemlich engen Zwischenraum getrennten Ständer. Die Wandung des Läufers nimmt bei ihrer Drehung die angesaugten, auf sie auftreffenden Moleküle mit und, wenn der im Zwischenraum zwischen Ständer und Läufer herrschende Druck genügend niedrig ist, daß die Zahl der Stöße zwischen den Molekülen im Gas verhältnismäßig klein gegenüber der Zahl der Stöße der Moleküle gegen die Wand des Läufers ist, werden diese Moleküle im Mittel in der Drehrichtung des Läufers mitgenommen. Man braucht daher, um ein sehr weit getriebenes Vakuum an der Saugseitc zu erzielen, nur eine Saug- oder eine Förderöffimng in zweckmäßiger Anordnung vorzusehen. Bei der Holweck-Punipe ist der Läufer durch einen glatten Zylinder und der Ständer durch zu diesem gleichachsige zylindrische Kammer gebildet, und in der Innenwandung dieser Kammer sind von einer in der mittleren Querebene der ganzen Pumpe gelegenen Saugöffnung aus zwei schraubenlinige Nuten gefräst. Diese Nuten weisen eine mit ihrer Annäherung an die Säugöffnung zunehmende Tiefe auf und münden an den beiden Enden des Ständers in mit der Druckseite der Pumpe in Verbindung stehende Endkammern aus.

Nach der Erfindung wird die Abdichtung einer eine Wand durchquerenden, in gegebener unveränderlicher Richtung umlaufenden Welle gegen durch die Wand getrennte Gasatmosphären mit Hilfe einer feststehenden, vollständig dicht mit der Wand vereinigten, die Welle mit sehr geringem Spiel umschließenden und an der Stelle ihrer mittleren Ouerebene eine ringförmige Kammer aufweisenden Muffe und zweier von der Kammer ausgehender, gegensinnig schraubenliniger, in der Innenfläche der Muffe oder der Außenfläche der Welle mit rechteckigem Querschnitt und in vielfachen Windungen ausgebildeter und an den Muffenenden in die Gasatmosphären ausmündender Nuten dadurch erhalten, daß die ringförmige Kammer vollständig geschlossen ist und die beiden schraubcnlinigen Nuten in ihrer Tiefe von der Ringkammer nach den Enden der Muffe hin abnehmen und einen für die Erzeugung eines hohen Vakuums in der Ringkammer durch die Drehung der Welle bemessenen Gang aufweisen.

Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Wellenspaltdichtung werden durch das in der Ringkammer beim Umlauf der Welle entstehende hohe Vakuum die Gasmoleküle entgegen ihrer Neigung zu einer von der einen oder der anderen Seite aus zwischen Muffe und Welk· erfolgenden Diffusion nach ihrem Ausgangsraum zurückgedrückt. Die schraubenlinigen Nuten sind vorzugsweise an der Innenfläche der als Ständer wirksamen Muffe herausgearbeitet, wenngleich sie auch in der Außenfläche der als Läufer arbeitenden Welle vorgesehen sein können. Auch die initiiere Ringkammer kann in der Muffe allein oder teils in ίο dieser und teils in der Welle ausgespart sein. Zur Steigerung der linearen Geschwindigkeit der Umfläche der drehbaren Welle in den beiderseits der Ringkammer gelegenen Bereichen kann der von der Muffe umschlossene Teil der Welle eine doppelkonisclie Form erhalten, welche ihren Höchstdurchmesser au der Stelle der mittleren Kammer aufweist und die der innenfläche der Muffe angepaßt ist.

Zur Sicherung der Abschlußwirkung der Wellenspaltdichtung nach der Erfindung beim Anhalten der umlaufenden Welle kann als zusätzliche Dichtung beispielsweise eine an die Ringkammer angeschlossene Vakuumpumpe vorgesehen sein. Vorzugsweise wird hierfür aber in an sich bekannter Weise ein außen konischer Dichtungsring verwendet, der die Welle am einen Ende der Muffe umgibt und bei stillstehender Welle zwischen die Welle und einen in der Scheidewand zwischen den beiden Gasatmosphären oder in einem damit verbundenen Körper vorgesehenen Sitz eingepreßt wird. Eine Vorrichtung zum Einpressen des konischen Dichtungsringes oder auch die mit der mittleren Ringkammer verbundene Vakuumpumpe kann von einem Auslöser gesteuert sein, der beim Stillsetzen der Welle oder bei Unterschreitung einer bestimmten Umlaufgeschwindigkeit zur Wirkung kommt.

Die Zeichnung veranschaulicht die Wellenspaltdichtung nach der Erfindung beispielsweise in einer Ausführungsform in Anwendung für die gasdichte Trennung zwischen dein Körper eines ein (ras, z. B. Uran-Hexafhiorid, mit niederem Druck bei der Strahlung eines Kernreaktors in Umlauf setzenden Verdichters einerseits und einer mit Stickstoff von geringem Druck gefüllten Zwischenkammer anderseits. Dabei sind nur die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile des Verdichters und der Zwischenkanimer wiedergegeben.

Gemäß der Zeichnung durchquert die senkrechte umlaufende Welle 1 eines Verdichters eine Wand 2, unterhalb welcher eine Atmosphäre von Uran-HexailuoridUFg unter einem absoluten Druck von einigen Zentimetern Quecksilbersäule und über der eine Atmosphäre von Stickstoff N unter dem gleichen oder einem ähnlichen Druck herrscht. Die eine glatte Oberfläche aufweisende Welle 1 ist als Läufer mit einem Spiel von 0,025 bis 0,030 mm von einer Muffe 3 umgeben, die eine zylindrische Innenfläche besitzt und vollkommen fest und dicht in die Wand 2 eingefügt ist.

An der Innenseite der Muffe 3 sind einerseits eine mittlere Ringkammer 4 mit einer radialen Tiefe von 6 mm und anderseits zwei von dieser Ringkammer 4 ausgehende schraubenlinige Nuten 5a und 5ft vorgesehen. Diese Ringnuten 5σ und 5/' setzen sich bis an die beiden Enden der Muffe 3 im Drehsinn der Welle 1 fort und nehmen in ihrer Tiefe von der Mittelkarn-πι er 4 aus nach den Muffenenden hin ab. Die Tiefe und die Ganghöhe dieser Nuten ist in der Zeichnung der Deutlichkeit halber stark übertrieben dargestellt, und in Wirklichkeit kann die Ganghöhe der schraubenlinigen Nuten z. B. 15 mm und die Nutentiefe zwisehen 5 und 0,5 mm betragen.

Claims (6)

An die obere Außenfläche der Wand 2 ist eine Metallplatte 6 angesetzt, deren kreisrunde Öffnung 7 für die Welle 1 in eine kegelige Erweiterung 8 übergeht, in welche unter der Einwirkung einer nicht dargestellten Stoßvorrichtung ein schwach elastischer Dichtungsring 9, z. B. aus Polytetrafluoridäthylen, eingepreßt werden kann, der mit geringem Spiel die Welle 1 umgibt und eine der Erweiterung 8 angepaßte konische Außenfläche besitzt. Die z, B. elektromechanisch arbeitende Stoßvorrichtung für den Dichtungs- to ring 9 ist in an sich bekannter Art so ausgebildet, daß sie den Dichtungsring 9 fest auf die kegelige Erweiterung 8 der kreisrunden Aussparung 7 drückt und dadurch an die Welle 1 anpreßt, sobald diese sich zu drehen aufhört oder ihre Geschwindigkeit unter einen bestimmten festgelegten Wert sinkt, während der Dichtungsring 9 in entgegengesetzter Richtung durch die Stoßvorrichtung verschoben wird, wenn die Welle 1 wieder anläuft oder ihre Geschwindigkeit von neuem über den vorbestimmten unteren Grenzwert ansteigt. Wenn die Welle 1 umläuft, arbeitet die ganze Abdichtung in der Art der Holweck-Pumpe, von der sie sich nur dadurch unterscheidet, daß ein weit getriebenes hohes Vakuum in der mittleren Ringkammer 4 erzeugt wird, ohne daß die in dieser befindlichen Gasmoleküle durch andere ersetzt werden, wie dies bei der Hol weck-Pumpe der Fall ist. Auf Grund der Wirkung der schraubenlinigen Nuten 5ff, 5fr werden alle U I"ß-Moleküle oder N-Moleküle, welche längs der 30 Welle 1 von der einen nach der anderen Seite der Wand 2 vordringen wollen, nach ihrem Ausgangsraum zurückgedrängt. Beispielsweise kann man, wenn die beiderseits der Wandung 2 vorhandenen Gase einen Druck von 70 mm I Ig aufweisen und wenn das Spiel zwischen der Muffe 3 und der Welle 1 0,025 mm beträgt, ein Vakuum in der Größenordnung· von 1,4· 1O-5 mm Hg in der mittleren Ringkammer 4 erreichen,, was eine praktisch vollkommene Scheidung ohne jede gegenscitige Vermischung zwischen den beiden Gasen dureh die Abdichtung der Stelle des Wellendurchtritts durch die Wand 2 beim Umlauf der Welle 1 gewährleistet, während bei Stillstand der Welle die gleiche vollkommene Abschlußwirkung durch den Dichtungsring 9 erreicht ist. Weil jede Reibung zwischen der Muffe 3 und der Welle 1 vermieden ist,wird der Wirkungsgrad des Verdichters durch die erfindungsgemäße Dichtung nur unwesentlich beeinflußt. Pa τεν τα ν s γ h ccη κ :

1. Wellenspaltdichtung, bei der zur Verhinderung eines Gasübertritts zwischen beiderseits einer Wand vorhandenen Gasatmosphären während der Drehung einer diese Wand durchquerenden, in gegebener unveränderlicher Richtung umlaufenden Welle eine feststehende, vollständig dicht mit der Wand vereinigte, die Welle mit sehr geringem Spiel umschließende Muffe an der Stelle ihrer mittleren Querschnittsebene eine ringförmige Kammer aufweist und von dieser zwei gegensinnig schraubenlinige, an der Innenfläche der Muffe oder der Außenfläche der Wellemit rechteckigem Querschnitt und in vielfachen Windungen ausgebildete Nuten ausgehen und an dem einen bzw. dem anderen Ende der Muffe in die dort vorhandene Gasatmosphäre ausmünden, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Kammer (4) vollständig geschlossen ist und die beiden schraubenlinigen Nuten (5 o, 5 fr) in ihrer Tiefe von der Ringkammer (4) nach den Enden der Muffe (3) hin abnehmen und einen für die Erzeugung eines hohen Vakuums in der Ringkammer (4) durch die Drehung der Welle (1) bemessenen Gang aufweisen.

2. Wellenspaltdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Muffe (3) ausgesparten beiden gegensinnig schraubenlinigen Nuten (5 α, 5 fr) im Drehsinn der Welle (1) nach den Muffenenden hin fortschreiten.

3. Wellenspaltdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Welle (1) ausgebildeten gegenläufig schraubenlinigen Nuten (5 a, 5 fr) in zur Umlauf richtung der Welle (1) entgegengesetzten Windungssinn nach den Muffenenden hin fortschreiten.

4. Wellenspaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Ringkammer (4) nur in der Muffe (3) oder lediglich in der Welle (1) oder teils in dieser (1) und teils in der Muffe (3) ausgespart ist.

5. Wellenspaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Muffe (3) und der von ihr umschlossene Teil der Welle (1) doppelkonisch gestaltet sind und ihr größter Durchmesser an der Stelle der mittleren Ringkammer (4) liegt.

6. Wellenspaltdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung des Wellenspaltes bei stillstehender W^rel-Ie in an sich bekannter Weise ein die Welle (1) umgebender, außen konischer Dichtungsring (9) vorgesehen ist, der durch axiale Verschiebung mit einer entsprechenden konischen Gegenfläche (8) in der Gehäusebohrung (7) in Eingriff gebracht und wieder davon gelöst werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 843 813, 491 366,
848, 353 815;

österreichische Patentschrift Nr. 123 283;
schweizerische Patentschrift Nr. 96 717;
britische Patentschrift Nr. 341 966.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

■ 909 650/275 11.59