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Kolbenringdichtung zwischen relativ zueinander drehbaren Maschinenteilen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung mittels eines kolbenringartigen, in
radialer Richtung federnden, mit geringem axialem und radialem Spiel in einer Ringnut
eingesetzten Dichtringes zur Abdichtung eines zwischen zwei relativ zueinander drehbaren
Maschinenteilen liegenden Spaltes gegen ein unter Druck stehendes schmierfähiges
Medium und eignet sich besonders für Maschinen mit einem unter hohem Druck arbeitenden
Arbeitsmedium und mit hohen Relativdrehzahlen, vorzugsweise für Strömungskupplungen
und Strömungswandler. Ein kolbenringartiger Dichtring legt sich, unterstützt durch
den Druck des Arbeitsmediums, an eine Zylinderwandung des einen und an eine Nutflanke
des anderen der gegeneinander abzudichtenden Maschinenteile mit nahezu gleichmäßigem
Druck an, wobei der Durchtritt des Arbeitsmediums zumindest vermindert wird. Durch
die im Betrieb auftretenden dauernden hin- und hergehenden oder drehenden Bewegungen
sind die sich berührenden Teile ständig dem Verschleiß durch Reibung unterworfen.
Dieser Verschleiß ist besonders groß bei Ringdichtungen für hohe Relativdrehzahlen
oder hohe Betriebsdrücke, zumal wenn die Gleitflächen ungenügend gekühlt und geschmiert
sind. Hierbei kann unter Umständen sogar eine Zerstörung der Berührungsflächen (Fressen)
eintreten.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile sind bei Kolbenmaschinen, die mit
hohen Dampf- oder Gasdrücken arbeiten, an den Kolben ringförmige Dichtungen vorgeschlagen
worden, deren Dichtungsflächen teilweise entlastet sind. Auch ist es bereits bekannt,
sich drehende Maschinenteile mittels kolbenringartigen, entlasteten Dichtungskörpern
gegeneinander abzudichten. Die Entlastung erfolgt dabei in der Art, daß durch eine
Nut oder eine Hinterdrehung (Rücksprung) im Dichtungsring die Flächenpressung an
den Gleitflächen vermindert wird. Diese Maßnahme reicht jedoch in vielen Fällen
nicht zur Behebung der vorgenannten Mängel aus. Außerdem wird dabei der tragende
Querschnitt der Ringe geschwächt, so daß auch noch aus diesem Grunde bei hohen Betriebsdrücken
und hohen Relativdrehzahlen der gegeneinander abzudichtenden Maschinenteile keine
ausreichende Betriebssicherheit mehr gewährleistet ist.
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Zur Behebung dieser Mängel ist der kolbenringartige Dichtring bereits
so-ausgebildet und bemessen worden, daß er zwecks Abdichtung unter dem Einfluß des
unter Druck stehenden Mediums und gegebenenfalls weiterer Kräfte (Kolbenringspannung,
Fliehkraft usw.) an den beiden Maschinenteilen zur Anlage kommt und hierbei verschieden
große Reibmomente aufweist, so daß er bei relativ zueinander sich drehenden Maschinenteilen
von dem Maschinenteil, demgegenüber er ein größeres Reibmoment aufweist, auf Drehung
mitgenommen wird, wobei die gleitende Dichtungsfläche und die dazugehörige Gegendichtungsfläche
mit dem geringeren Reibmoment in achssenkrechter Richtung angeordnet sind und wobei
im Bereich der gleitenden Dichtfläche mit dem unter Druck stehenden Medium in Verbindung
stehende Schmiertaschen vorgesehen sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Dichtung zu
verbessern. Es wird vorgeschlagen, daß die Schmiertaschen in der die gleitende Dichtfläche
bildenden Ringnutflanke angeordnet werden. Die Anordnung der Schmiertaschen nach
der Erfindung bringt im Gegensatz zu der bekannten _ Ausführung, bei der die Schmiertaschen
im Kolbenring eingearbeitet sind, zunächst den Vorteil mit sich, daß handelsübliche
Dichtringe verwendbar sind, da die Schmiertaschen an dem den Dichtring aufnehmenden
Maschinenteil vorgesehen sind. Es entfällt somit eine Nachbearbeitung der Dichtringe
oder eine Sonderanfertigung von mit Schmiertaschen versehenen Dichtringen. Ein weiterer
Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung der Schmiertaschen an dem den Dichtring
aufnehmenden Maschinenteil besteht darin, daß bei allen Exzentritäten beider Maschinenteile
zueinander die Abdeckung der Schmiertaschen zur abzudichtenden Seite hin durch den
Dichtring und somit die Abdichtung des unter Druck stehenden Mediums in jedem Fall
erhalten bleibt.
Demgegenüber wäre bei einer Anordnung der Schmiertaschen
am Dichtring selbst ein nur teilweises Überdecken der Schmiertaschen durch den Dichtring
und damit ein Undichtwerden des unter Druck stehenden Raumes möglich.
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Es ist zwar bereits eine Dichtung mit Schmiernuten in einem der beiden
eine Dichtscheibe aufnehmenden Maschinenteilen bekannt. Diese Dichtung beruht jedoch
auf einer anderen Wirkungsweise. Die Dichtscheibe ist dort aus hochelastischem Material
und wird von beiden Maschinenteilen ähnlich einer Flanschdichtung zusammengepreßt.
Sie ist somit nicht kolbenringartig eingebaut und dichtet somit auch nicht kolbenringartig
ab. Ein Hinweis auf die Erfindung kann dort also nicht entnommen werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sollen zwecks guter Schmierung
der Gleitflächen die Schmiertaschen in einer in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen
zu bestimmenden Teilung gleichmäßig auf den Umfang verteilt sein. Die Belastung
der Gleitflächen, die Gleitgeschwindigkeit, die Werkstoffpaarung u. dgl. beeinflussen
nämlich die Bildung des Schmierfilms in starkem Maße, so daß, um die gesamte Gleitfläche
ausreichend mit Schmiermittel zu versorgen und um die Leckverluste möglichst klein
zu halten, jeder Schmiertasche ein von diesen Betriebsbedingungen abhängiges Einflußgebiet
zuzuordnen ist. Bei einer rechnerischen Erfassung der Einflußgebiete können die
bei Axialgleitlagern bekannten Berechnungsmethoden zugrunde gelegt werden. Die gleichmäßig
auf dem Umfang verteilten Schmiertaschen haben die weitere Aufgabe, die Führung
des Dichtringes zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf dessen Vereckungsgefahr.
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In den F i g. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Hierbei zeigt F i g.1 eine erfindungsgemäße Kolbenringdichtung mit an einer achssenkrechten
Dichtungsfläche eines Maschinenteiles angeordneten Schmiertaschen, F i g. 2 diesen
Maschinenteil im Seitenriß und F i g. 2 a einen Schnitt durch eine der Schmiertaschen.
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In F i g.1 ist mit 1 ein stillstehender Maschinenteil (etwa ein Maschinengehäuse)
bezeichnet, an dem ein Kolbenring 3 durch eigene Spannung sowie auf Grund der radial
nach außen gerichteten Druckwirkung des Arbeitsmediums dichtend anliegt. In dem
anderen, sich drehenden Maschinenteil 2, etwa einer den Maschinenteil
1 durchdringenden Welle, sind an einer achssenkrechten Dichtungsfläche 5
einer den Kolbenring 3 aufnehmenden Nut 4
Schmiertaschen 6 eingearbeitet (s.
auch F i g. 2), die mit einem abzudichtenden Raum 8 in Verbindung stehen und somit
für das Arbeitsmedium zugänglich sind. Die Nut 4 ist mit einer Hinterdrehung
10 versehen, um die an die Gegendichtungsfläche 9 des Kolbenringes 3 zur
Anlage kommende Dichtungsfläche 5 entsprechend klein auszubilden.
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Das Arbeitsmedium drückt im Betriebszustand, unter Umständen zusammen
mit anderen Kräften, wie z. B. der Kolbenringspannung, der Fliehkraft usw., den
Kolbenring 3 an die Maschinenteile 1 und 2 an. Die Dichtungsfläche 5 zwischen dem
Maschinenteil 2 und dem Kolbenring 3 ist auf Grund der Hinterdrehung
10 und der Schmiertaschen 6 so bemessen, daß die zwischen diesen Teilen an
der Dichtungsfläche 5 wirkenden Reibkräfte wesentlich kleiner sind als die Reibkräfte
an der Anlagefläche 7
zwischen dem Maschinenteil 1 und dem Kolbenring 3. Der
Kolbenring wird also durch die größere Reibung an der Anlagefläche 7 von dem stillstehenden
Maschinenteil 1 festgehalten, während der andere Maschinenteil 2 umläuft.
Die Schmiertaschen 6 bewirken hierbei neben der Entlastung unter anderem auch, daß
die Dichtungsfläche 5, an der der Kolbenring 3 gleitet, ausreichend mit Schmieröl
versorgt und. gekühlt wird.
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In F i g. 2 ist der Maschinenteil 2 im Seitenriß dargestellt. Die
Schmiertaschen 6 sind nach einer bestimmten Teilung t angeordnet und als zylindrische
Abschnitte ausgebildet. Die F i g. 2 a zeigt außerdem einen Schnitt durch eine Schmiertasche
gemäß der Linie X-X, wobei noch dargestellt ist, wie die Schmiertaschen durch ein
Stoßwerkzeug 11
(Meißel od. dgl.) auf einfache Weise hergestellt werden können.
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Wie in den F i g. 1 und 2 erkennbar, werden handelsübliche, nicht
nachgearbeitete Kolbenringe verwendet. Ferner ist der Darstellung in F i g. 1 zu
entnehmen, daß auch bei Exzentrizitäten der beiden Maschinenteile 1 und 2, also
z. B. dann, wenn die Welle 2 an einer Stelle am Maschinenteil l selbst anliegen
würde, kein Undichtwerden eintreten kann. Selbst dann, wenn die Schmiertaschen 6
noch mehr, als in F i g.1 dargestellt, an den äußeren Durchmesser der Welle 2 heranreichen
würden, wäre die Dichtung bei allen Exzentrizitäten der Maschinenteile 1 und 2 zueinander
noch vorhanden.
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Es können gegebenenfalls zwei oder mehrere erfindungsgemäße Kolbenringdichtungen
hintereinander angeordnet werden.