DE1149209B

DE1149209B - Wellenabdichtung

Info

Publication number: DE1149209B
Application number: DEM40427A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Spiess
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1958-02-19
Filing date: 1959-02-07
Publication date: 1963-05-22
Also published as: US3033577A; NL100311C

Description

Wellenabdichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellenabdichtung, bei welcher ein gegen das Maschinengehäuse abgedichteter, axial verschiebbarer, unter Federwirkung gegen einen Wellenbund gepreßter Dichtungsring Verwendung findet, der mindestens eine durch Kanäle mit Öl versorgte Ölringnut aufweist.
In Fig. 1 der Zeichnung ist eine zum Stand der Technik gehörende Anordnung schematisch wiedergegeben. Mit 1 ist die Maschinenwelle, mit 2 der Wellenbund, mit 3 der Dichtungsring, mit 4 das Gehäuse und mit 5,5' sind flexible Dichtungen bezeichnet. Der Kanal 6 führt zur Ölringnut 7, die Ölzuleitung hat die Bezugsziffer B. Eine Feder 9 preßt den Dichtungsring gegen den Wellenbund. Die Nachteile des Bekannten lassen sich erkennen, wenn man die in axialer Richtung auf den Dichtungsring wirkenden Kräfte näher betrachtet. Hierzu seien die Angaben von Fig.l zugrunde gelegt. Dort bedeutet pL den Luftdruck, p, den Druck des Dichtungsöles und pe den Gasdruck; F stellt die Federkraft dar. Die verschiedenen Durchmesser sind mit Dl bis D5 benannt. Es ist angenommen, daß der Ölfilm zwischen dem Dichtungsring und dem Wellenbund sich bis zum Durchmesser D4 erstreckt. Eine einfache Rechnung ergibt nun, daß die Summe aller horizontalen Kräfte, die am Dichtungsring angreifen, aus folgender Beziehung ermittelt werden kann: Hierbei ist Ap = p, - pG eine Druckdifferenz, welche normalerweise zwischen 0,2 und 1 at variiert wird. Die vorstehende Gleichung für Z H zeigt, daß nicht nur die Federkraft auf den Dichtungsring wirkt, sondern auch die vom Öl- und Gasdruck herrührenden Kräfte. Bei gasgekühlten elektrischen Maschinen wählt man nun zur Verbesserung der Kühlung pG erheblich höher als pL. Dann kann die Anpreßkraft so hoch werden, daß die Bildung eines genügenden Ölfilms auf der Gleitfläche zwischen dem Wellenbund und dem Dichtungsring unmöglich ist, so daß eine unzulässige Erwärmung eintritt. Die Abhängigkeit vom Gas- und Öldruck ist insbesondere bei solchen Maschinen von Nachteil, bei denen der Gasdruck zwecks Anpassung der Kühlung an die Belastung während des Betriebes verändert wird. Ein hoher Gasdruck bringt die vorgenannten Schwierigkeiten mit sich, während ein niedriger Druck dazu führt, daß relativ viel Öl nach der Innenseite der Maschine durchsickert, was zu einer Verunreinigung des Wasserstoffes und einer Verschmutzung des Maschineninneren infolge von Ölnebel führt. Es sind zwar bereits Wellenabdichtungen bekanntgeworden, bei denen die Druckdifferenz 4p zwischen dem Druck des Dichtungsöles und dem Gasdruck auf einen konstanten Wert geregelt wird. Doch bleibt gemäß der Beziehung für -rm die veränderliche Größe pG (D- D3) z/4 bestehen. Es ergeben sich daher große Unterschiede hinsichtlich der auf den Dichtungsring wirkenden Anpreßkräfte, je nachdem, ob der Betrieb mit hohem oder niedrigem Gasdruck erfolgt. Um eine Verdrängung des Ölfilms zu vermeiden, sind besondere Kammern mit Drucköl und mehrere Öldruckreguliereinrichtungen erforderlich.
Schließlich ist es auch schon bekannt, die Durchmesser Dl und D3 näherungsweise einander gleichzumachen, jedoch wird über die Druckverhältnisse nichts dargelegt. In diesem Falle bleibt die Größe 4p (D42- D@) ,-r/4 als Veränderliche in der Gleichung für !H bestehen, und die Unterschiede der Kräfte, die auf den Dichtungsring wirken, können so groß werden; daß eine Verdrängung des Ölfilms eintritt. Es wäre dann mit der Zerstörung der Dichtungsflächen zu rechnen.
Die geschilderten Mängel lassen sich vermeiden und eine auch bei sich änderndem Gasdruck annähernd gleichbleibender Anpreßkraft auf den Gleitring läßt sich erreichen, wenn erfindungsgemäß a) die Differenz zwischen dem Druck des Dichtungsöles und dem Gasdruck auf einen zumindest näherungsweise konstanten Wert geregelt wird und außerdem b) der Durchmesser, der zur Berührungsfläche zwischen dem Maschinengehäuse und der dem Wellenbundaußenumfang näher liegenden Dichtung des Dichtungsringes gehört, zumindest näherungsweise so groß ist wie der zur äußeren Kante der am Wellenbund anliegenden Fläche des Dichtungsringes gehörende Durchmesser.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch bei variablem innerem Gasdruck, wie er bei modernen Maschinen immer Anwendung findet, der Dichtungsring mit konstanter Kraft gegen den Wellenbund gepreßt wird und damit die Dichtung bei jedem inneren Druckzustand einwandfrei gewährleistet ist. Die konstante Anpreßkraft ergibt sich unmittelbar aus der obigen Beziehung für IH. Es ist hierin nämlich D, = D3 und Ap = constant zu setzen, so daß man LEH = c (D4 - Dz) z/4 + F erhält. Damit die auf den Dichtungsring wirkende Kraft eine unveränderliche Größe hat, wird es also erforderlich, bestimmte konstruktive Abmessungen einzuhalten und gewisse Relationen zwischen dem Öldruck und dem Gasdruck herzustellen. Das Letztere läßt sich in einfacher Weise durch ein vom Gasdruck gesteuertes Ventil erzielen, das den Druck des Dichtungsöles so einstellt, daß dieser stets um einen konstanten Betrag über dem Gasdruck liegt.
In den Fig. 2 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht wiedergegeben. Mit 3' ist der Dichtungsring, mit 4' das Maschinengehäuse bezeichnet. Die übrigen Teile haben die gleichen Bezugsziffern wie die entsprechenden Teile der Fig. 1. Fig. 3 stellt eine Ansicht in Richtung A von Fig. 2 dar. Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß D,. annähernd gleich groß D3 gewählt ist.
An Hand von Fig. 4 soll erläutert werden, wie sich das Eindringen von Dichtöl in das Maschineninnere verhindern läßt. Wie zu erkennen ist, wirken auf die Ölscheibe von der Erstreckung a der Öldruck B, der Gasdruck C und die Fliehkraft der Scheibe selbst. Unter Berücksichtigung des erfordlichen Kräftegleichgewichts läßt sich dann der Wert von Ap, d. h. die konstant zu haltende Differenz zwischen Öldruck und Gasdruck, rechnerisch leicht bestimmen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Wellenabdichtung, bei welcher ein gegen das Maschinengehäuse abgedichteter, axial verschiebbarer, unter Federwirkung gegen einen Wellenbund gepreßter Dichtungsring Verwendung findet, der mindestens eine durch Kanäle mit Öl versorgte Ölringnut aufweist, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender, jeweils für sich einzeln bekannter Maßnahmen: a) Die Differenz (Ap) zwischen dem Druck des Dichtungsöles (p,) und dem Gasdruck (pG) wird auf einen zumindest näherungsweise konstanten Wert geregelt; b) der Durchmesser (D,), der zur Berührungsfläche zwischen dem Maschinengehäuse und der dem Wellenbundaußenumfang näher liegenden Dichtung (5) des Dichtungsringes (3) gehört, ist zumindest näherungsweise so groß wie der zur äußeren Kante der am Wellenbund (2) anliegenden Fläche des Dichtungsringes gehörende Durchmesser (D3).
2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein vom Gasdruck gesteuertes Ventil den Druck des Dichtungsöles so einstellt, daß dieser stets um einen konstanten Betrag über dem Gasdruck liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 923 763; französische Patentschriften Nr. 1010 324, 1140522; britische Patentschrift Nr. 690 569; USA: Patentschrift Nr. 2 805 090; Chemie-Ingenieur-Technik, 29. Jahrgang, 1957, Nr. 4, S. 241 bis 243. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 103 5 427,1 035 426, 1032 628.