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Wellendichtung für eine im wesentlichen senkrecht angeordnete Welle
Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung für eine im wesentlichen senkrecht angeordnete
Welle und insbesondere eine Wellendichtung für Tauchmotoren.
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Bei Tauchmotoren, beispielsweise für den Antrieb von Unterwasserpumpen,
muß normalerweise das Innere des Motorgehäuses zuverlässig gegen das den Motor umgebende
Medium abgedichtet werden. Dabei soll sowohl ein Verlust der normalerweise im Motor
befindlichen Schmier- und Kühlflüssigkeit als auch ein Eindringen des äußeren Mediums
in den Motor verhindert werden, da in beiden Fällen Betriebsstörungen auftreten.
Da eine Demontage der meist in beträchtlichen Tiefen eingebauten Pumpeinheiten nur
unter erheblichem Arbeits- und Zeitaufwand möglich ist, soll eine möglichst große
störungsfreie Betriebsdauer erzielt werden.
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Es sind Wellendichtunggen bekanntgeworden, bei denen die Welle von
mindestens einer Sperrkammer umgeben ist, die mit einem bestimmten Sperrmedium beschickt
und an beiden Enden durch Bewegungsdichtungen verschlossen ist. Bei den bekannten
Wellendichtum,en kann das Sperrmedium beispielsweise aus der im Inneren des Gehäuses
befindlichen Kühl- und Schmierflüssigkeit oder aus dem umgebenden Medium bestehen
und auch unter Druck gesetzt sein.
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Bei den bekannten Wellendichtungen ist jedoch nicht ausreichend dafür
Sorge getragen, daß trotz der durch Temperaturänderungen hervorgerufenen Volumenänderungen
kein merklicher Verlust der im Gehäuse befindlichen Kühl- und Schmierflüssigkeit
und des Sperrmediums eintritt. Für einen längeren störungsfreien Betrieb sind diese
Dichtungen deshalb nicht geeignet.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Wellendichtung der
eingangs angegebenen Art zu schaffen, die auch bei längerem Betrieb wartungsfrei
arbeitet und einen zu Betriebsstörungen führenden Verlust an Kühl- und Schmierflüssigkeit
oder Sperrmedium praktisch vollständig verhindert.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe geht die Erfindung von einer Wellendichtung
für eine im wesentlichen senkrecht angeordnete Welle aus, die nach oben durch ein
Gehäuse geführt ist, auf dessen Außenseite eine erste Flüssigkeit und in dessen
Innenraum eine zweite Flüssigkeit, die spezifisch leichter als die erste Flüssigkeit
und im wesentlichen nicht mit ihr mischbar ist, vorhanden ist, und bei der die Abdichtung
zwischen den beiden Flüssigkeiten durch mehrere hintereinander angeordnete, durch
Bewegungsdichtungen begrenzte Sperrkaminern erfolgt, die mit dem abzudichtenden
Innenraum verbunden sind und ein aus der ersten undfoder der zweiten Flüssigkeit
bestehendes Sperrmedium enthalten.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe im wesentlichen dadurch,
daß in einer solchen Dichtung zwei übereinanderliegende, an ihren Enden durch inechanische
Bewegungsdichtungen gegeneinander und gegen die Welle abgedichtete Sperrkammern
vorgesehen und über Ausgleichsleitungen mit einer im Gehäuse gebildeten Vorratskammer
verbunden sind, daß die Ausgleichsleitungen dicht über dem Boden der Vorratskammer
enden, daß die Vorratskammer durch eine weitere, ebenfalls dicht über dem Boden
der Vorratskammer endende Verbindungsleitung mit dem Raum außerhalb des Gehäuses
verbunden ist und daß im Gehäuse eine überlaufkammer für die zweite Flüssigkeit
vorgesehen ist, deren überlauf mit dem oberen Abschnitt der Vorratskammer in Verbindung
steht.
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Bei der erfindungsgemäßen Dichtung kann sich somit die im Inneren
des Gehäuses befindliche zweite Flüssigkeit in der überlaufkammer und in der Vorratskammer
frei ausdehnen und zusammenziehen, ohne daß dabei Verluste auftreten würden. Die
Sperrkammern sind mit der Vorratskammer so verbunden, daß ein Druckausgleich gewährleistet
ist und bei etwaigen Undichtigkeiten der Dichtungen zuerst
nahezu
die ganze in der Vorratskammer befindliche Menge der zweiten Flüssigkeit verdrängt
werden muß, ehe das in den Sperrkammern befindliche Medium in den überlauf und damit
in den zu schützenden Innenraum gelangen kann.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die mechanischen
Bewegungsdichtungen als an sich bekannte Gleitringdichtungen mit radialen, ringförmigen
Dichtflächen ausgeführt sein, bei denen die Außenränder der Dichtflächen der mittleren
und der unteren Gleitringdichtung in der unteren Sperrkammer liegen. Erfindungsgemäß
kann der Innenrand der Dichtfläche der oberen Gleitringdichtung in der oberen Sperrkammer
liegen. Durch diese Ausführung der Bewegungsdichtungen wird erreicht, daß die beim
Undichtwerden auftretende Pumpwirkung der Dichtungen eine für die Lebensdauer der
Wellendichtung vorteilhafte Richtung aufweist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, das in den Zeichnungen dargestellt
ist.
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F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Wellendichtung;
F i g. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt nach der Linie 2-2 der F i
g. 3 a, aus dem besonders die Anordnung der Ausgleichsleitungen hervorgeht;
F i g. 3 a zeigt eine vergrößerte Teilansicht des Oberteiles der Wellendichtung
nach F i g. 1 nach der Linie 3-3 der F i g. 2 und besonders
die Anordnung der Gleitringdichtungen und einen Teil einer Ausgleichsleitung; F
i g. 3 b zeigt einen vergrößerten Teilschnitt durch einen mittleren Teil
der in F i g. 1 dargestellten Wellendichtung nach der Linie 3-3 der
F i g. 2; F i g. 3 c zeigt eine Schnittdarstellung des unteren Teils
der in F i g. 1 dargestellten Wellendichtung nach der Linie 3-3 der
F i g. 2; F i g. 3 d zeigt ebenfalls eine vergrößerte Schnittdarstellung
des unteren Teiles der in F i g. 1 gezeigten Wellendichtung nach der Linie
3-3 der F i g. 2; F i g. 4 zeigt in einem vergrößerten Teilaufriß
einen der Lagerschuhe der in F i g. 1 gezeigten Wellendichtung, und zwar
nach der Linie 4-4 der Fig. 3d;
F i g. 5 zeigt eine Schnittdarstellung
des Oberteiles der in F i g. 1 gezeigten Wellendichtung in vergrößertem Maßstab
nach der Linie 5-5 der F i g. 2 sowie eine weitere Ausgleichsleitung;
F i g. 6 zeigt eine Schnittdarstellung des Oberteiles der in F i
g. 1 gezeigten Wellendichtung in vergrößertem Maßstab nach der Linie
6-6 der F i g. 2 sowie eine andere Ausgleichsleitung; F i
g. 7 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Wellendichtung
zwecks Erläuterung der Anordnung und Arbeitsweise der Ausgleichsleitungen.
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Die Wellendichtung ist insgesamt mit 10 bezeichnet. Sie besitzt
ein Gehäuse 11, das an seinem unteren Ende mit einem Tauchmotor M und an
seinem oberen Ende mit einer Tauchpumpe verbunden ist. Diese drei Teile werden als
Pumpenabschnitt, Dichtungsabschnitt und Motorabschnitt bezeichnet.
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Das Gehäuse 11 wird aus mehreren Teilen, z. B. dem Dichtungshalter
12 am oberen Teil des Gehäuses (F i g. 3 a, 5 und 6), dem Unterteil
13 (F i g. 3 d), der Rohrführung 14 (F i g. 3 c) und mehreren
Rohren, z. B. 15 und 16, gebildet. Diese Teile sind durch Verschrauben
oder Schweißen, wie es z. B. bei 17 in F i g. 3 d dargestellt ist,
miteinander verbunden und bilden eine längliche Wellendichtung für die abzu-,dichtende
umlaufende Welle 18 sowie eine Vorratskammer 19, in der sich eine
aus öl und Wasser bestehende Grenzschicht bildet.
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F i g. 3 d zeigt, daß sich die Welle 18 durch den Dichtungshalter
12 nach oben erstreckt und in einem Lager 22, das als Kugellager ausgebildet ist,
gelagert ist. Der Außenring 23 dieses Kugellagers ist an dem Dichtungshalter
12 befestigt, und der Innenring 24 ist mit einem Lagerverbinder 25 verbunden
und läuft mit diesem und mit der Welle 18 um. Die Welle 18
wird über
die Kupplung 20 und die Keile 21 angetrieben.
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Wie in F i g. 3 a gezeigt, ist der Lagerhalter 12 mit Bohrungen
versehen, so daß er konzentrische Dichtungsteile von Gleitringdichtungen
26, 27 und 28
aufnehmen kann. Die Dichtungen 26, 27 und
28 sind im wesentlichen gleich und von der aus dem Pumpschacht gepumpten
Flüssigkeit durch eine Sandkappe 29 getrennt. Diese Sandkappe wird, wie bei
30
gezeigt, in den mit einem Gewinde versehenen Dichtungshalter eingesehraubt.
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Die Gleitringdichtung 26 besteht aus einem umlaufenden Dichtring
31 mit einer radialen Abdichtungsfläche 32, die auf einer nicht umlaufenden
radialen Abdichtungsfläche 33 eines feststehenden Dichtringes 34 gleitet.
Der umlaufende Dichtring 31
wird durch eine Schraubenfeder 35 an den
nicht umlaufenden Dichtring 34 gedrückt. Diese Schraubenfeder 35 wirkt gegen
einen Schnappring 36 und einen Federring 37, der an dem Dichtring
31 befestigt ist. Um ein Lecken zwischen der Welle 18 und dem äußeren
umlaufenden Dichtring 31 zu verhindern, ist eine biegsame, plastische Packung
38 vorgesehen, die an ihrem einen Ende durch den Ring 39 und an ihrem
anderen Ende durch den Federring 37 und die Feder 35 auf die Welle
18 gedrückt wird. Die Gleitringdichtung 26 verhindert beim Umlauf
der Welle ein Lecken zwischen dem Raum 40 und einer Kammer 41, die unterhalb des
feststehenden Ringes 34 angeordnet ist.
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Da die Dichtungen 27 und 28 im wesentlichen mit der
Dichtung 26 identisch und koaxial dazu angeordnet sind, ist ihre nähere Beschreibung
nicht erforderlich; es genügt die Feststellung, daß die Zwischendichtung
27 umgekehrt wie die Dichtungen 26 und 28
angeordnet ist,
d. h., die beiden radialen Dichtflächen 32a und 33a sind vertauscht. Außerdem
ist der Schnappring 36 nicht erforderlich, weil je eine Schraubenfeder
35a mit den Dichtringen 37a und 37b zusammenarbeitet, um die entsprechenden
umlaufenden Dichtringe auf die nicht umlaufenden Dichtringe zu drücken. Die Bezeichnungen
a und b
dienen zur Bezeichnung gleicher Teile mit gleichen Funktionen
in den Dichtungen 27 und 28.
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Bei Anordnung der Dichtungen in der beschriebenen und gezeigten Art
ist der Dichtungshalter 12 in drei Kammern unterteilt, und zwar in die beiden Kammern
40 und 41 und in die Kammer 42, in der die beiden Dichtungen 27 und
28 angeordnet sind und die von der Kammer 41 infolge der Wirkung der Dichtung
27 getrennt ist. Die Dichtung 28 dient außerdem zur Abtrennung einer
weiteren Kammer 43, die zur Hauptkammer 19 der Wellendichtung 10
führt
und in der das Lager 22 angeordnet ist. Es ist ebenfalls ersichtlich, daß diese
Kammern teilweise
durch einen Dichtungsträger 44 gebildet sind,
der den Zweck hat, die Bohrung und die Gegenbohrung des Dichtungshalters 12 für
die Aufnahme der im wesentlichen identischen Dichtungen 26, 27 und
28
geeignet zu machen. Es können auch weitere Dichtungsmittel, z. B. O-Ringdichtungen
45, überall da angeordnet werden, wo erforderlichenfalls ein Lecken verhindert werden
soll.
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Aus den F i g. 3 b und 3 c ist ersichtlich, daß die
Welle 18 in mehreren Buchsenlagern 46, 47 und 48 gelagert ist, die in einem
Lagerrohr 49 angeordnet sind. Die Anzahl derartiger Lager ist von der Länge der
Welle abhängig. Hier sind zur Veranschaulichung drei Lager dargestellt. Das Lagerrohr
49 endet oben im Bereich des Dichtungshalters 12 und umschließt einen Teil der Lagerkappe
50, die aus einem Stück mit dem Außenring 23 des Kugellagers gebildet
ist (F i g. 3 a). An seinem unteren Ende wird das Lagerrohr 49 von der Rohrführung
14 aufgenommen, gegen die es in irgendeiner Weise geeignet abgedichtet ist. Dadurch
wird eine überlaufkammer 51 gebildet, die an ihrem unteren Ende geschlossen
und an ihrem oberen Ende durch die Lagerkappe 50 geöffnet ist. Die Rohrführung
14 ist mit einer radial erstreckten Oberfläche 52 versehen, die mit geringem
Abstand oberhalb eines Tragringes 53 (F i g. 3 d) angeordnet ist.
Dieser Tragring trägt die unteren (noch zu beschreibenden) Lager. Der Tragring
53 ist in das Rohr 16 eingeschraubt und wird durch einen Schraubbolzen
und einen Schlitz 54, der eine Verkeilung der Gewindegänge ermöglicht, in seiner
vorbestimmten Stellung gehalten.
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Die untere radiale Fläche 55 des Tragringes 53
wirkt
mit einem umlaufenden Gegenring 57 zusammen, welcher an der Welle
18 befestigt ist und zusammen mit dem Lagerschuh 58 ein Lager bildet
(s. auch F i g. 4). Der Lagerschuh 58 wird durch einen Lagerhalter
60 im Rohr 16 gehalten und stellt ein Mittel dar, um eine Lagerhülse
61, in der die Welle 18 umlaufen kann, an ihrem Platz zu halten.
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Es ist zu beachten, daß die Welle 18 auch eine axiale Mittelbohrung
62 aufweist. Die Bohrung 62
steht mit einer radialen Bohrung
63 in Verbindung, die wieder mit einer radialen Bohrung 64 in dem Gegenring
57 in Verbindung steht, so daß ein freier Durchfluß des Schmiermittels, wie
z. B. Öl, aus dem unteren Ende der Welle heraus durch die Bohrung 64 ermöglicht
wird. Aus der Bohrung 64 strömt das Schmiermittel in einen Kanal 65, der
durch den Zwischenraum zwischen dem Gegenring und dem Rohr 16 dargestellt
wird, und weiter durch die Hohlräume 66 im Lagerschuh und durch den spiralförmigen
Kanal 67, der durch die Kämme 68 auf dem Lagerhalter 60 gebildet
wird und sich radial nach außen bis zur Innenwand des Rohres 16 erstreckt.
Das Schmiermittel fließt von dort weiter durch die Öffnungen 71 und
72 in die Kühlkammer 73 und über die Kanäle 74, 75 und
76 zurück zum Motor M, wie aus der schematischen Darstellung in F i
g. 3 d zu ersehen ist.
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Der Strom des Schmiermittels durch die Bohrungen 62 bis 64
und von dort über die Außenseite des Lagerhalters 60 schmiert und kühlt das
gesamte Lager mit seinen Teilen 57 bis 61, wobei die Wände des Lagerhalters
60 und die spiralförmigen Kanäle 67
dazu dienen, um das Schmiermittel
an der Innenwand 70 entlangzuführen, so daß es durch die außerhalb des Gehäuses
im Pumpschacht stehende Förderflüssigkeit gekühlt wird, bevor es zum Pumpengehäuse
zurückkehrt.
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Wie bei bestimmten tauchfähigen Motoren üblich, sind Mittel vorgesehen,
damit das Kühl- und Schmiermittel in eine Ausdehnungskammer, beispielsweise die
Kammer 19 des Dichtungsabschnittes, strömen kann. Diese Kammer
19 dient in bekannter Weise zum Ausgleich der Ausdehnung des Schmiermittels
im Motor infolge seiner Erwärmung beim Betrieb des Motors und gestattet den Rückfluß
der abgekühlten Flüssigkeit zum Motor, wenn der Motor sich nach dem Abstellen abkühlt.
Der untere Teil der Kammer 19 steht über das Rohr 91, den Kanal
90 und die Kammer 40 unmittelbar mit der Flüssigkeit des Schachtes in Verbindung.
Nach dem Einbringen der Pumpeinheit in den Pumpschacht bildet sich auf Grund der
verschiedenen Dichten der Flüssigkeiten im allgemeinen schon vor dem Anlassen der
Einheit in der Kammer 19 eine öl-Wasser-Grenzschicht in Höhe der unteren
Abschnitte der Leitungen 84, 91 und 94. Beim ersten Anlassen und Aufwärmen
strömt das sich ausdehnende Öl durch das Rohr 91 nach außen, bis ein
Temperaturgleichgewicht erreicht worden ist. Sobald nach dem Ab-
stellen des
Motors die Abkühlung beginnt, wird Flüssigkeit (im allgemeinen Wasser oder Salzwasser)
durch die Kammer 40 und den Kanal 90 in den unteren Teil der Kammer
19 gezogen, so daß die Öl-Wasser-Grenzschicht oberhalb der unteren Enden
der Rohre 84, 91 und 94 so lange ansteigt, bis die Einheit sich völlig auf
die Umgebungstemperatur abgekühlt hat. Jedesmal, wenn die Einheit eingeschaltet
oder abgestellt wird, fällt die Grenzschicht entsprechend ab bzw. steigt an und
ermöglicht somit ein Ausdehnen bzw. Zusammenziehen des Schmiermittels. Die Flüssigkeit
in der Kammer 73 bildet einen Teil eines sekundären Kreislaufsystems
zum
Schmieren und Kühlen der Lager des Motors. Dieses sekundäre System arbeitet
in der gleichen Weise wie das in bezug auf die Dichtung bereits beschriebene System.
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Es ist zu beachten, daß die hier beschriebene Dichtung bei jedem beliebigen
Motor verwendet werden kann, der Mittel zum Fördern einer Kühlflüssigkeit zu einer
Kammer aufweist und der in der Kammer befindlichen Flüssigkeit den Rückfluß zum
Motor während dessen Abkühlung gestattet.
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Die Bohrung 62 der Welle 18 erstreckt sich außerdem
über die radiale Bohrung 63 hinaus nach oben und steht mit einer Ventilbohrung
77 in Verbindung, welche durch die Kammer 51 und eine Öffnung
98
in die Kammer 19 hineinführt.
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Aus den F i g. 2, 3 a bis 3 c ist ersichtlich,
daß der Dichtungshalter 12 außerdem mit mehreren koaxialen Bohrungen versehen ist,
die radial um die Drehachse der Welle 18 herum angeordnet sind.
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F i g. 3 a zeigt eine Bohrung 80, die an ihrem oberen
Ende mit einer öffnung 81 und durch einen radialen Kanal 82 im Lagerhalter
49 mit der Kammer 41 in Verbindung steht. Eine Verbindung zwischen der öffnung
81 und der Außenseite des Gehäuses wird durch einen Schraubverschluß
83 verhindert, der auch dazu verwendet wird, um die Kammer 41 mit einem Schmiermittel
zu füllen. Das untere Ende der Bohrung 80 steht mit einer ersten Ausgleichsleitung
84 in Verbindung, die z. B. durch die Verschraubung 85 am unteren Ende des
Dichtungshalters 12 befestigt ist. Aus den F i g. 3 a, 3 b und
3 c
ist ersichtlich, daß die Ausgleichsleitung 84 sich nach
unten bis kurz oberhalb der Oberseite der Rohrführung 14 erstreckt.
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Die andere achsparaUele Bohrung 86, die in F i g. 3
a gezeigt ist, ist eine Einfüllbohrung, die mit der Kammer 19 und mit einer
radialen Bohrung 87
im Dichtungshalter 12 in Verbindung steht und das Füllen
der Dichtkammer 19 mit Schmiermittel erleichtert. Die radiale Bohrung
87 ist mit einem Gewinde für eine Dichtkappe 88 versehen.
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F i g. 5 zeigt, daß auch der Dichtungshalter 12 mit einer achsparallelen
Bohrung 90 versehen ist. Die Bohrung 90 steht an ihrem oberen Ende
mit der Kammer 40 des Dichtungshalters oberhalb der Sandkappe 29 in Verbindung
und ist an ihrem unteren Ende mit einer zweiten Ausgleichsleitung 91 verbunden,
die z. B. durch ein Gewinde 92 am Dichtungshalter befestigt ist und sich
in ähnlicher Weise wie die Ausgleichsleitung 84 bis unmittelbar oberhalb des Führungsrohres
14 erstreckt, so daß sie eine Verbindung zwischen diesem Bereich und der Kammer
40 bildet.
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In F i g. 6 ist der Dichtungshalter 12 dargestellt, der eine
Diagonalbohrting 93 aufweist, die eine Verbindung zur Kammer 42 herstellt,
in welcher die Dichtungen 27 und 28 angeordnet sind. Die Bohrung
93 steht in Verbindung mit einer dritten Ausgleichsleitung 94, die bei
95 in das untere Ende des Dichtungshalters eingeschraubt ist. Diese Leitung
94 stellt außerdem eine Verbindung zu dem unmittelbar oberhalb der Rohrführung 14
gelegenen Bereich her, ganz ähnlich wie die Ausgleichsleitungen 84 und
91.
Zur Erleichterung des Füllens der Kammer 42 mit einem Schmiermittel ist
eine radiale Bohrung 96 mit abdichtender Schraubkappe 97 vorgesehen.
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In der F i g. 7 sind die Ausgleichsleitungen in einer gemeinsamen
Ebene dargestellt worden, um das Verständnis der Funktion dieser Leitungen in bezug
auf die Dichtungen 26, 27 und 28 zu erleichtern. Aus dieser Figur
ist deutlich zu ersehen, daß das Rohr 84 und der Kanal 80 mit der Kammer
41, das Rohr 91
und der Kanal 92 mit der Kammer 40 und das Rohr 94
und der Kanal 93 mit der Kammer 42 verbunden sind. In der F i g. 7
ist außerdem die Sandkappe 29
fortgelassen, da sie einen Durchtritt von Förderflüssigkeit
zur Dichtung 26 nicht völlig verhindert; demzufolge ist die Kammer 40 im
wesentlichen zum Pumpschacht hin offen.
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Vor dem Eintauchen in den Pumpschacht werden die Kammern
19 und 51 mit Schmiermittel gefüllt, wobei die Kammer 40 normalerweise
zur Flüssigkeitsquelle hin offen ist. Die Bohrungen 86, 96 und
82
sind Entlüftungen, während das eigentliche Füllen durch ein Ablaß- und
Füllventil in der Seite des Motorkopfes unter Verwendung einer Pumpe stattfindet.
Die Bohrungen 86, 96 und 82 werden nach beendetem Einfüllen durch
Abdichtungskappen geschlossen. Während des Betriebes des Motors, des Dichtungsabschnittes
und der Pumpe in der im Schacht stehenden Förderflüssigkeit kann die Flüssigkeit
frei in die Kammer 40 und demzufolge in die Bohrung 90 und die Ausgleichsleitung
91 eintreten und mit dem Schmiermittel in der Kammer 19 in Verbindung
treten. Da öl und Wasser nicht mischbar sind, entsteht eine Öl-Wasser-Grenzschicht
99.
Der Zweck der Ausgleichsleitung 91 besteht darin, die Ausdehnung
und Zusammenziehung des Schmiermittels in der Wellendichtung und dem Tauchmotor
zu ermöglichen und einen Ausgleich der Drücke des Schmiermittels in der Dichtung
und der Förderflüssigkeit ün Schacht auf der Außenseite des Dichtungsgehäuses herbeizuführen.
Es ist klar, daß während des Betriebes die Volumenänderung des Schmiermittels einen
Anstieg der Grenzschicht 99
verursacht, wenn der Motor stillgesetzt wird und
abkühlt, während beim Anlassen und Anwärmen des Motors bis auf die Betriebstemperatur
ein Absinken beobachtet wird. Wie bereits erwähnt, bewirken die Volumenänderungen
des Schmiermittels eine Strömung in der Bohrung 77 der Welle, in der Kammer
51, in der Kammer 19, in der Ausgleichsleitung 91,
im Kanal
90 und in der Kammer 40, die durch eine öffnung in der zugeordneten Pumpengrundplatte
(nicht gezeigt) mit der Förderflüssigkeit im Schacht in Verbindung steht. Daher
entwickelt sich die erwähnte öl-Wasser-Grenzschicht in der beschriebenen Weise.
Die Niveauschwankungen dieser Grenzschicht entsprechen im allgemeinen weniger als
1011/o des Fassungsvermögens der Kammer 19; der übrige Teil der Kammer dient
als ölreserve für den Fall, daß die Dichtung irgendwo leckt. Wenn die öl-Wasser-Grenzschicht
bis zu der öffnung 98 ansteigt, kann die Förderflüssigkeit des Schachtes
durch die Kammer 51 und den Kanal 77 in den Motor eintreten und Betriebsstörungen
verursachen.
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Die Ausgleichsleitungen 84 und 94 und die Kanäle 80 und
83 sorgen für einen Druckausgleich zwischen den Dichtungen 26, 27
und 28 und dienen außerdem dazu, einen Verlust von Reserveöl zu verhindern,
wenn die mechanischen Dichtungen zu lecken beginnen.
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Obwohl eine befriedigende Erklärung für diese Erscheinung noch nicht
bekannt ist, weiß man doch, daß bei Beginn eines Leckens umlaufender mechanischer
Dichtungen diese Dichtungen offenbar als Zentrifugalpumpen wirken und die Flüssigkeit,
in diesem Fall öl, radial nach außen pumpen. Im vorliegenden Fall würde dadurch
die ölreserve in der Kammer 19 weggepumpt werden, so daß die öl-Wasser-Grenzschicht
über die öffnung 98 hinaus ansteigen würde, was für den Betrieb des Motors
verhängnisvolle Folgen hätte. Bei der erfindungsgemäßen Wellendichtung wird diese
bekannte Eigenschaft der mechanischen umlaufenden Dichtungen dazu ausgenutzt, um
mit einer Anordnung von drei mechanischen Dichtungen, Kammern und Entlüftungsrohren
sowie deren Zusammenwirkung mit einer öl-Wasser-Grenzschicht eine beliebige Verlängerung
der Lebensdauer der Dichtung zu erzielen.
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Aus der folgenden Erläuterung geht hervor, daß die Anlage derart arbeitet,
daß sie den Gesamtölverlust ganz entscheidend herabsetzt, so daß das Wasser bis
zum letzten Augenblick daran gehindert wird, in den Motor einzutreten,
d. h. bis zu dem Augenblick, in dem das Wasser den Auslaß 98 zur Kammer
51
erreicht, nachdem es das gesamte in der Vorratskammer 19 vorhandene
öl verdrängt hat.
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Aus F i g. 7 geht hervor, daß, falls zuerst die mechanische
Dichtung lecken sollte, das öl in der Kammer 41 durch diese Dichtung aus
der Kammer 41 heraus- und in die Kammer 40 hineingepumpt wird, bis das gesamte
öl in den Leitungen 84 und 80 aufgebraucht ist. Da die Pumpleistung
der mechanischen Dichtung sehr klein ist, dauert es sehr lange, bis das
öl in den Leitungen 84 und 80 verbraucht ist. Danach pumpt die leckende
Dichtung weiter, so daß
Wasser in das untere Ende der Leitung 84
eintritt und durch den Kanal 90 und das Rohr 91 zurückfließt. Das
fortgesetzte Lecken der Dichtung 26 bringt also nur Wasser in Umlauf und
zieht kein Öl von der Kammer 19 ab.
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Es ist offensichtlich, daß nach der Füllung der Kammer 41 mit Wasser
die Gleitringdichtung 27 die Aufgabe übernimmt, einen Eintritt des Wassers
in die Kammer 42 zu verhindern.
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Sollte schließlich auch die Gleitringdichtung 27 zu lecken
beginnen, so hat sie, da sie in der Art einer Zentrifugalpumpe arbeitet, die Neigung,
Wasser aus der Kammer 41 zu pumpen und mit dem Öl in der Kammer 42 zu vermischen,
was dazu führt, daß Öl
und Wasser in die Bohrung 93, das Entlüftungsrohr
94 und die Wasserseite der öl-Wasser-Grenzschicht hineingepumpt werden. In diesem
Zustand oder während dieser Zeit ist insgesamt noch kein ölverlust vorhanden, so
daß immer noch kein Wasser in die Kammer 51 eintreten und den Motor gefährden
kann.
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In ähnlicher Weise hat die mechanische Dichtung 28 infolge
ihrer Anordnung und Arbeitsweise die Neigung, Öl aus der Kammer 43 zu pumpen,
die über die öffnung 98 mit der Kammer 19 in Verbindung steht. Dieses
Öl wird in die Kammer 42 eingepumpt, von dort durch die Bohrung
93 und die Ausgleichsleitung 94 geführt und unterhalb der öl-Wasser-Grenzschicht
abgegeben, wo eine Entmischung infolge der verschiedenen Dichten stattfindet. Durch
diese Kreislaufbewegung und die Entmischung geht kein Öl aus den Kammern
19 oder 51 verloren.
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Die Erläuterung gründet sich auf das Lecken der Gleitringdichtungen
26, 27 und 28 in dieser Reihenfolge. Sollte jedoch die Gleitringdichtung
27 oder die Gleitringdichtung 28 vor der Gleitringdichtung
26
lecken, ist das Ergebnis im wesentlichen das gleiche. Da die Gleitringdichtung
27 die Neigung hat, von der Kammer 41 her zu pumpen, gestattet sie dem Wasser
einen Eintritt in das Entlüftungsrohr 84, die Bohrung 80 und in die Kammer
41, auch wenn kein Wasser durch die Dichtung 26 eintritt. Trotzdem ist die
Menge des noch verfügbaren Öls zur Verhinderung eines Eintritts des Wassers in die
Kammer 51
wiederum konstant, da jetzt die Dichtung 27 nur Wasser umwälzt.
Andererseits verursacht ein Lecken der Gleitringdichtung 28 vor dem Lecken
entweder der Gleitringdichtung 27 oder 26 nur eine Umwälzung des Öls
aus der Kammer 23 und der Kammer 19 in die Kammer 42 und zurück zum
Boden der Kammer 19 durch die Bohrung 93 und das Entlüftungsrohr 94,
wobei kein Gesamtverlust an Öl auftritt, das zur Verhinderung des Eintritts
von Wasser in die Kammer 51 zur Verfügung steht.
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Wenn die beiden Dichtungen 27 und 28 lecken und dadurch
zu Zentrifugalpumpen werden, wirken sie infolge ihrer gegenseitigen Anordnung entgegengesetzt,
so daß im günstigsten Fall jede die Wirkung der anderen aufhebt. Ihre Fördermengen
werden durch die gemeinsame Bohrung 93 und das Entlüftungsrohr 94 an den
Boden der Kammer 19 abgegeben, wo eine Entmischung von Öl und Wasser
stattfindet.
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Aus der obigen Erläuterung des Betriebes der Gleitringdichtungen ist
ersichtlich, daß der ölvorrat in der Kammer 19 oberhalb der Grenzschicht
dafür sorgt, daß es sehr lange dauert, bis Wasser in den Motor eintreten kann, da
das gesamte Öl in der Kammer 19 durch Wasser ersetzt werden muß. Theoretisch
können alle Dichtungen gleichzeitig lecken, ohne daß ein Verlust an Öl eintritt,
wenn die Einheit in Betrieb ist. Wenn alle Dichtungen weiter lecken, nachdem die
Einheit nicht mehr arbeitet, verliert sich das Öl allmählich aus der Kammer
19 und gestattet dem Wasser einen Eintritt in die Kammer 51.
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Zur Erläuterung der Wirkung der erfindungsgemäßen Wellendichtung dient
die folgende Tabelle, in der die jeweils leckende mechanische Dichtung, der Umlauf
der Flüssigkeit und der ölverlust auf Grund des Leckens einer bestimmten Dichtung
zusammengestellt sind.
| Lecken der mecha- in Umlauf befindliche Gesamt- |
| nischen Dichtung Flüssig verlust an 01 |
| 26 Wasser keiner |
| 27 Wasser keiner |
| 26 und 27 Wasser keiner |
| 28 Öl keiner |
| 26 und 28 Öl und Wasser keiner |
| 27 und 28 Öl und Wasser keiner |
| 26, 27 und 28 Öl und Wasser keiner |
Die obige Erläuterung ist auf der Annahme aufgebaut, daß eine Gleitringdichtung
beim Lecken als Zentrifugalpumpe wirkt. Diese Annahme dient
je-
doch zur Erläuterung.
Offenbar wäre auch jede andere theoretische Arbeitsweise einer solchen mechanischen
Dichtung mit gleichem Ergebnis ebenso zur Erläuterung geeignet.
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In F i g. 7 sind die Lagerhülsen 46, 47 und 48 fortgelassen
worden, da sie für die Erläuterung der Erfindung unwesentlich sind. Die Lager sind
so ausgelegt, daß sie die übertragung von Schmiermittel durch sie hindurch bei einer
Erwärmung oder Ab-
kühlung des Motors nicht behindern, also z. B. mit der
üblichen Spiralnut versehen. Der Durchfluß des Schmiermittels durch die Lager ist
verhältnismäßig gering.