DE1102506B - Hydrodynamische Wellendichtung - Google Patents

Hydrodynamische Wellendichtung

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DE1102506B
DE1102506B DEB53868A DEB0053868A DE1102506B DE 1102506 B DE1102506 B DE 1102506B DE B53868 A DEB53868 A DE B53868A DE B0053868 A DEB0053868 A DE B0053868A DE 1102506 B DE1102506 B DE 1102506B
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DE
Germany
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shaft
sleeve
shaft seal
screw grooves
sealing
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Pending
Application number
DEB53868A
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English (en)
Inventor
Dr Adolf Meier
Dipl-Ing Walter Loertsch
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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Publication of DE1102506B publication Critical patent/DE1102506B/de
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
    • F16J15/406Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid by at least one pump

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description

  • Hydrodynamische Wellendichtung Von den bekannten Wellendichtungen in Gehäusewänden sind die Berührungsdichtungen (Packungen, Manschetten, Gleitringe) bei hohen Drehzahlen und Drücken oft nicht brauchbar, weil die entstehende Reibungswärme nicht mehr abgeführt werden kann. Die berührungsfreien Labyrinthdichtungen sind zwar bei hohen Drehzahlen zu verwenden, sie benötigen aber einen zusätzlichen Aufwand und bewirken keine völlige Dichtheit. Deshalb sind sie für die Abdichtung schädlicher Gase und Dämpfe und für Vakuumapparate, bei denen schon geringe Undichtigkeiten stören, nicht brauchbar.
  • Zur Abdichtung von umlaufenden Wellen werden auch Flüssigkeitsringdichtungen angewandt. Bei diesen wird unter dem Einfluß der Fliehkraft in einem Gehäuse ein Flüssigkeitsring gebildet, in den eine mit der Welle verbundene Scheibe eintaucht und der gegen einen vom spezifischen Gewicht der Dichtflüssigkeit und von der Umfangsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsringes abhängigen Druck abdichten kann.
  • Selbst bei Verwendung des oft lästigen Quecksilbers ist eine solche Dichtung aber nicht zur Abdichtung größerer Druckunterschiede geeignet.
  • Es ist auch bekannt, Wellendurchführungen durch eine Gewindewellendichtung hydrodynamisch abzudichten. Diese besteht aus einem Gewinde, das an der Dichtungsstelle auf die Welle oder in das Gehäuse geschnitten ist, so daß ein geringer Spalt zwischen Welle und Gehäuse verbleibt. Die Abdichtung kommt dadurch zustande, daß die sich drehende Welle die in dem Spalt vorhandene Dichtflüssigkeit entgegen dein abzudichtenden Druckgefälle durch die Gehäusewand fördert und der Förderdruck dem entgegenwirkenden Druck das Gleichgewicht hält.
  • Diese Vorrichtung besitzt aber, wie grundsätzlich zunächst jede hydrodynamischeAbdichtung, den Nachteil, daß sie bei abnehmender Drehzahl bzw. bei Stilltand der Welle infolge des fehlenden Förderdruckes nicht mehr dichtet. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten wurde vorgeschlagen, zusätzlich eine ausrückbare mechanische Abdichtung zu Hilfe zu nehmen. Aber hierbei ergeben sich Schwierigkeiten dadurch, daß die Wirksamkeit der hydrodynamischen Dichtung erst aufhören darf, wenn die mechanische Abdichtung voll abdichtet.
  • Bei der obenerwähnten hydrodynamischen Flüssigkeitsringdichtung ist bereits eine Anordnung getroffen worden, bei der durch einen Fremdantrieb der Ringtasse die Abdichtung von der Drehzahl der abzudichtenden Welle unabhängig wird, ohne aber die dieser Abdichtung sonst anhaftenden Nachteile zu beseitigen.
  • Es wurde nun gefunden, daß sich die besprochenen Nachteile dadurch beseitigen lassen, daß man eine hydrodynamisch wirkende Wellendichtung von besonderer Form verwendet, bei der eine Dichtflüssigkeit im Spalt zwischen einem feststehenden und einem umlaufenden Teil durch die Pumpwirkung von in einem dieser Teile angebrachten Schraubennuten gegen den abzudichtenden Druck dadurch gefördert wird, daß die Schraubennuten auf den Zylinderflächen. einer zwischen der Welle und dem Gehäuse angeordneten und unabhängig von der Welle angetriebenen Hülse oder auf deren' zylindrischen Gegenflächen an der Welle bzw. am Gehäuse vorgesehen sind. Es ergeben sich dadurch zwei Spalte, und zwar zwischen Welle und Hülse einerseits und zwischen Hülse und Gehäuse andererseits. Von den zwei Zylinderflächen, die jeweils einen Spalt bilden, ist die der Hülse zugehörende mit Schraubennuten versehen.
  • In Umkehrungen dieser Anordung können aber die Schraubennuten auch statt in die Hülse in die beiden Gegenflächen, d. h. in die Welle und das Gehäuse, eingeschnitten werden. Jeder Spalt besteht also einerseits aus einer glatten, andererseits aus einer mit Schraubennuten, versehenen Zylinderfläche.
  • Die Hülse läuft in umgekehrter Drehrichtung als die Welle um, und zwar mit beliebiger Drehzahl. Die Hülse kann auch in derselben Drehrichtung wie die Welle, aber mit anderer Umdrehungszahl als diese umlaufen. Durch ein entgegen dem abzudichtenden Druckgefälle gefördertes Medium kann die Dichtwirkung der Hülse unterstützt werden.
  • Abb. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung für eine senkrechte Welle. Die Welle 1, welche auch stillstehen kann, ist von einer drehbaren Hülse 2 mit geringem Spiel umgeben. Die Hülse wiederum ist an der äußeren Seite mit geringem Spiel in einem Führungsstück 3 des Gehäuses 4 gelagert, welches gleichzeitig als Lager dient und die Trennwand der beiden gegeneinander abzudichtenden, unter verschiedenem Druck stehenden Räume 5 und 6 darstellt. Die Hülset ist außen und innen mit Schraubennuten 7 und 8 versehen. Dadurch wird auch bei stillstehender Welle an der Innen- und Außenwand der sich drehenden Hülse eine Förderwirkung auf -die Dichtflüssigkeit ausgeübt und damit die Abdichtung erzielt. Solange die Hülse umläuft, bleibt die Dichtung bestehen, auch wenn die Welle steht oder nur eine kleine Drehzahl aufweist: '-' Die Gehäusewand ist an -der oberen Öffnung des Führungsstückes 3 erweitert, -so daß eine Rinne 9 zur Aufnahme der Dichtflüssigkeit gebildet wird. Von der Rinne 9 aus führen Bohrungen 10 durch die Verlängerung des Führungsstückes 3 nach innen zur Hülse 2. In gleicher Höhe mit diesen Bohrungen 10 befinden sich auch in der Hülse 2 Bohrungen 11, durch welche die Dichtflüssigkeit aus der Rinne 9 an die Innenseite der Hülse gelangt. Im Raum 5 möge -Atmosphärendruck, im Raum 6 Vakuum herrschen. Die aus der Rinne 9 durch die Bohrungen 10 zur Hülse 2 austretende Flüssigkeit strebt, dem Druckgefälle folgend, längs der Innen- und Außenseite der Hülse dem Raum 6 zu. Die durch die Keilriemenscheibe 12 angetriebene Hülse fördert die Flüssigkeit nach oben, bis sich in den Dichtungsspalten ein Gleichgewicht zwischen dem abzudichtenden Druck und dem Förderdruck der Schraubennuten einstellt.
  • Die im Ringspalt 14 nach oben kriechende Flüssigkeit tritt durch die Bohrung 15 aus und wird zusammen mit der Flüssigkeit, die im äußeren Ringspalt 13 hochläuft, von einem Spritzring 16 abgeschleudert. Das untere Hülsenende ist von einer Ringkammer 17 umgeben, die mit der Welle dicht verbunden ist. Beim Stillsetzen der Hülse 2 fließt die Dichtflüssigkeit durch die Schraubennuten nach unten und wird in der Ringkammer aufgefangen. Diese ist so angeordnet, daß die Hülse in die Flüssigkeit eintaucht. Schaltet man den Hülsenantrieb wieder ein, so wird die Flüssigkeit aus der Ringkammer 17 in die Rinne 9 zurückgefördert. Hierdurch ist die Dichtung wiederhergestellt. Der Klarheit der Zeichnung wegen wurde auf die Darstellung einer gegebenenfalls erforderlichen besonderen Lagerung der Dichtungshülse in dieser und den folgenden Abbildungen verzichtet.
  • Bei dieser hydrodynamischen Wellendichtung kann eine zusätzliche statische Abdichtung vorgesehen werden, die in an sich bekannter Weise die Abdichtung der Welle nach dem Stillsetzen des Antriebes der Hülse übernimmt. Diese zusätzliche Einrichtung hat somit nur ruhende Teile gegeneinander abzudichten.
  • Abb.2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung, bei der eine Rückkühlung der Dichtungsflüssigkeit vorgesehen ist. Bei der Ausführung nach Abb. 1 muß die kleine, die Abdichtung bewirkende Flüssigkeitsmenge die Verlustwärme aufnehmen, die durch den hohen Geschwindigkeitsunterschied zwischen den gegeneinander bewegten Zylinderflächen infolge innerer Flüssigkeitsreibung erzeugt wird. Dadurch nimmt die Flüssigkeitstemperatur zu und zugleich die Zähigkeit ab, so daß die Wirksamkeit der Abdichtung in Frage gestellt ist. Die unerwünschte Steigerung der Flüssigkeitstemperatur kann zwar durch eine Kühlung des Gehäuses vermieden werden. Bei hohen Gegendrücken ' oder hoher Umfangsgeschwindigkeit der Welle genügt aber diese Maßnahme nicht mehr. In an sich bekannter Weise wird deshalb die Schraubennutdichtung so ausgeführt, da.ß die Dichtflüssigkeit in stetem Strom die Dichtvorrichtung durchläuft und im äußeren Rücklauf durch einen besonderen Flüssigkeitskühler gekühlt wird. Hierbei dienen erfindungsgemäß die Schrauben der Wellendichtung gleichzeitig als Förderpumpen für den Kreislauf der Dichtflüssigkeit.
  • Bei,der als Beispiel in Abb. 2 dargestellten Ausführungsform ist zwischen der Welle 1, welche hier horizontal gelagert ist, und dem Führungsstück 3 die Hülse 2 drehbar angeordnet. Die Gehäusewand 4 trennt auch bei dieser Ausführung die gegeneinander abzudichtenden Räume 5 und 6. Der Druck im Raum 5 soll über dem im Raum 6 liegen. Die Hülse wird über einen mit ihr verbundenen Zahnkranz 12a angetrieben. Die Dichtflüssigkeit fließt aus einem Vorratsbehälter 18 über ein Regelventil 19, eine Leitung 20 und eine Bohrung 21 zu der Hülse. Ringnuten 22 und 23 sowie einige Verbindungsbohrungen 24 sorgen für eine gleichmäßige Flüssigkeitszufuhr zu den beiden Schraubennuten. Die Dichtflüssigkeit wird an dieser Stelle von den Schraubennuten erfaßt und entgegen dem abzudichtenden Druck in die Dichtungsspalte gefördert, wie es durch Pfeile angedeutet ist.
  • Die Pumpwirkung der Schraubennuten ist durch deren Gestaltung und durch die Wahl der Hülsendrehzahl so zu bemessen, daß die Dichtflüssigkeit bis zum druckseitigen Ende der Nuten gefördert und dort in einem Ringraum 25 aufgefangen wird, welcher die Austrittsstelle umgibt. Durch einen Spritzring 26 wird verhindert, daß die Flüssigkeit die Welle entlangläuft. Unter der Wirkung des höheren Druckes im Raum 5 kann die Flüssigkeit über eine Abflußleitung 27 einem Kühler 28 zugeleitet werden. Aus diesem fließt sie über ein Rückschlagventi129 dem Vorratsbehälter 18 wieder zu. Bei dieser Anordnung der äußeren Flüssigkeitsführung steht der Vorratsbehälter etwa unter dem Druck des Raumes 5. Beim Stillsetzen des Hülsenantriebes ist daher das Regelventil 19 zu schließen, was durch eine automatische Kopplung der beiden Vorgänge erreicht wird. Wie Abb. 2 zeigt, ist der zwischen den Ringnuten 22, 23 und dem Raum 6 liegende Teil 2a der Hülse 2 auf der Antriebsseite ebenfalls mit Schraubennuten versehen, die verhindern, daß Leckflüssigkeit an diesem Hülsenende austritt.
  • Im Bedarfsfall kann eine weitere Sicherung vorgesehen werden, wie sie Abb. 3 zeigt, in der eine andere Ausführungsform des Antriebsendes der in Abb.2 dargestellten Wellendichtung wiedergegeben ist. Das Führungsstück 3 endet hier in einem Ringraum 30, in welchem die Dichtflüssigkeit aufgefangen wird, welche beim wiederholten Abschalten des Hülsenantriebes möglicherweise ausgetreten ist. Das äußere Ende der Hülse 2 trägt einen Bund 31, der sich mit Spiel zum Ausgleich axialer Verschiebungen vor der tunnelseitigen Innenwand des Ringraumes befindet und auf seiner dieser Innenwand zugekehrten Stirnseite radiale Schlitze 36 aufweist. Die zylindrische Fläche des Bundes ist mit Schraubennuten 32 versehen, die mit der inneren zylindrischen Fläche des Ringraumes 30 zusammenwirken. Eine wellenseitige Ringnut 33 der Hülse 2 und Bohrungen 34 sorgen für die Verbindung der inneren und äußeren Schraubennuten. Sobald sich Leckflüssigkeit in dem Ringraum 30 angesammelt hat, wird diese von den Schraubennuten 32 des Bundes 31 erfaßt und durch die radialen Schlitze 36 zu den inneren Schraubennuten 35 gefördert, wo sie sich mit dem Flüssigkeitsstrom, welcher den Abdichtungsvorgang bewirkt, wieder vereinigt.
  • Abb. 4 zeigt beispielsweise die Anordnung eines die Leckflüssigkeit rückfördernden Bundes 31 bei senkrechter Welle. Die radial genutete Stirnseite des Bundes gleitet hier auf dem Boden der schon aus Abb. 1 ersichtlichen Ringkammer 17, während Schraubennuten am Umfang des Bundes mit der zylindrischen Innenfläche der Ringkammer zusammenwirken.
  • Eine zusätzliche mechanische Abdichtungseinrichtung kann mit jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Dichtung kombiniert werden. Da diese mechanische Dichtung nur ruhende Teile, nämlich die Welle im Stillstand gegen das Gehäuse abzudichten braucht, ist sie sicher und einfach auszuführen. Abb.5 zeigt schematisch eine Abdichtung, bei der neben einer hydrodynamischen Wellenabdichtung in an sich bekannter Weise zusätzlich eine ausrückbare mechanische Dichtung angebracht ist. Hierzu trägt die Welle 1 einen Bund 37, während ein Wellrohr 38 mit dem Gehäuse 3 dicht verbunden und am freien Ende mit einem Dichtungsring 39 versehen ist. Zur statischen Abdichtung wird der Dichtungsring 39 bei noch rotierender Hülset, jedoch bereits stillstehender Welle 1 gegen den Bund 37 gedrückt, wodurch die beiden Räume5 und 6 gegeneinander abgeschlossen werden.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Hydrodynamische Wellendichtung, bei der eine Dichtflüssigkeit im Spalt zwischen einem feststehenden und einem umlaufenden Teil durch die Putnpwirkung von in einem dieser Teile angebrachten Schraubennuten gegen den abzudichtenden Druck gefördert wird, dadurch gekennzeidmet, daß die Schraubennuten (7, 8) auf den Zylinderflächen einer zwischen der Welle (1) und dem Gehäuse (4) angeordneten und unabhängig von der Welle (1) angetriebenen Hülse (2) oder auf deren zylindrischen Gegenflächen an der Welle (1) und am Gehäuse (4) vorgesehen sind.
  2. 2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) in umgekehrter Drehrichtung als die Welle (1) umläuft.
  3. 3. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) in derselben Drehrichtung, aber mit anderer Umdrehungszahl als die Welle (1) umläuft.
  4. 4. Wellendichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflüssigkeit in an sich bekannter Weise über eine außenliegende Rückführung (20, 27) einen Kreislauf ausführt und hierbei einen Kühler (28) durchströmt, wobei die Schraubennuten der Wellendichtung gleichzeitig als Förderpumpen für den Kreislauf der Dichtflüssigkeit dienen. (Abb. 2).
  5. 5. Wellendichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückförderung etwaiger Leckflüssigkeit am äußeren Ende der Hülse (2) ein Bund (31) vorgesehen ist, der in einem Ringraum (30) umläuft und am Umfang Schraubennuten (32) sowie an einer Stirnseite Radialnuten (36) aufweist (Abb. 2).
  6. 6. Wellendichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß neben der hydrodynamischen Wellenabdichtung (2, 3) in an sich bekannter Weise zusätzlich eine ausrückbare mechanische Dichtung (37, 38, 39) angebracht ist, welche die Abdichtung bei stillgesetzter Hülse übernimmt (Abb.5). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 843 813; britische Patentschriften Nr. 375 400, 680045; USA.-Patentschriften Nr. 2 065 283, 2 650 116.
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Cited By (1)

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