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Fliehkraftentlastete Dichtung für eine Welle Die Erfindung bezieht
sich auf eine fliehkraftentlastete Dichtung für eine Welle, die sich innerhalb eines
konzentrischen Zylinders dreht, mit einem spreizbaren Dichtungsring, der gleitend
gegen die innere Oberfläche des Zylinders anliegt und der von auf die Fliehkraft
ansprechenden Einrichtungen getragen ist, die sich mit der Welle drehen, wobei diese
Einrichtungen der Einwirkung der Fliehkraft auf den Umfangsdichtungsdruck, der durch
den umlaufenden Dichtungsring auf den Zylinder ausgeübt wird, ent-#yegetiwirken.
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Wenn eine solche Dichtung bei Anlagen verwendet wird. die über einen
weiteren Drehzahlbereich betrieben werden, können die hohen, den Dichtring gegen
seine Gegendichtfläche pressenden Fliehkräfte, die sich im oberen Teil des Betriebsdrehzahlbereiches
ausbilden. ztt einer raschen Abnutzung und infolge der Radlängsräume sogar zum Fressen
des Dichtun`Ysrinbes führen. Wenn der Dichtungsring mit Untergröße ausgeführt ist,
so daß bei hohen Drehzahlen gerade die richtige Dichtungswirkung gewährleistet wird,
dann können die Dichtungsdrücke bei niedrigen Drehzahlen für eine einwandfreie Dichtungswirkung
zu niedrig sein.
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Es ist bereits eine Fliehkraftentlastung von Dichtungen, die keine
ringförmigen Dichtungen sind, sondern geradlinig verlaufende Dichtungen, die sich
in Richtung der Drehachse und parallel zur Drehachse erstrecken, bekannt. Diese
besteht aus einem Doppelhebel, dessen eine Seite ein Fliehkraftgewicht aufweist
und dessen andere Seite die Dichtung von der Fliehkraft entlastet. Diese bekannten
Fliehkraftentlastungen können nicht ohne weiteres bei RingdichtUngen für Wellen
verwendet worden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, speziell für Ringdichtungen
eine Fliehkraftentlastung zu schai`fcn.
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Erfindungsgemäß ist der spreizbare Dichtungsring an den unbeschwerten
Enden von axial sich erstreckenden Gewichtshebeln getragen, die zwischen ihren Enden
in axial sich erstreckenden Öffnungen schwenkbar gelagert sind, die in einem Flansch
sind, der sich mit der Welle dreht, und Halterungsri!igo sind an der Welle vorgesehen,
die die Gewichtshebel bzw. den spreizbaren Dichtungsrin- innerhalb der Flanschöffnungen
halten.
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Schutz wird nur für die Gesamtheit der im Anspruch gekennzeichneten
Merkmale begehrt.
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In den Figuren der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Es zeigt F i a. 7. eine Ansicht der Dichtung, teilweise im Scannt,
F i g. 2 eine Schnittansicht der Dichtung, F i g. 3 eine perspektivische Darstellung
einer Ausführungsform eines Hebels, F i g. 4. eine zweite Ausführungsform der Dichtung
mit zwei axial hintereinander angeordneten Dichtungsringen und F i g. S eine vergrößerte
Darstellung des querverlaufenden, in Form einer Stufe abgesetzten Schnittes im Dichtungsring.
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In F i g. 1 sind zwei konzentrische Hohlwellen 10
und 12 dargestellt.
Bei der Verwendung der Dichtung nach der Erfindung wird vorteilhafterweise eine
Abflußeinrichtung für das in der Achsrichtung fließende Schmiermittel vorgesehen.
Das öl wird durch Öffnungen 13 in einem Zylinder oder einer Laufhülse 14 geführt,
die an der inneren Mantelfläche der äußeren Welle befestigt ist. Diese Laufhülse
ist vorzugsweise bei 14 a zur Gewichtseinsparung und zur Verbesserung der Kühlung
ausgespart. Der ausgesparte Teil steht mit einer Anzahl von ölausflußöffnungen
15 in der Wand der äußeren Hohlwelle 12 in Verbindung.
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Am äußeren Umfang der Innenwelle 10 ist ein Zylinder 16 befestigt,
der als Träger oder Käfig zum 'fragen der wirksamen Teile der Dichtung dient. Der
vordere und der hintere Abschnitt des Käfigs 16 sind mit in Umfangsrichtung verlaufenden
Sitzen 18-18 versehen. Zwischen diesen befindet sich ein Mittelabschnitt 22, der
einett Bund oder Flansch 24 trägt.
Dieser Flansch hat einen wesentlich
größeren Durchmesser als die übrigen Teile des Käfigs und ist mit einer Anzahl von
axialen Durchgangsöffnungen 26 versehen, die bei 28 und 29 konisch angesenkt sind.
Diese Öffnungen sind zur Aufnahme von Gewichtshebeln bestimmt. .
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Eine Ausführungsform eines Gewichtshebels ist in F i g. 3 dargestellt.
Dieser Gewichtshebel ist ein zylindrischer Zapfen 30 mit einem verbreiterten Endabschnitt
32 und einem in Achsrichtung verlaufenden Halsteil 34. Etwa in der Mitte dieses
Halsteils befindet sich ein Bund 36, der einen halbkreisförmigen Querschnitt haben
kann und der beim Einsetzen des Hebels in eine der Öffnungen 26 im Flansch des Käfigs
ein Schwenklager für den Hebel bildet. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Öffnung
so gewählt, daß zwischen der Leitung der Öffnung und dem Umfang des Bundes 36 eine
punktweise Berührung auftritt, so daß eine Schwenkung erleichtert wird. Wenn der
das Auflager bildende Bund einen halbkreisförmigen Querschnitt hat, können die öffnungen
26 etwas ausgespart sein, so daß diese jede nennenswerte Axialbewegung der Hebel
nach Einschnappen in ihre Betriebsstellung verhindern. Am Ende des Halsabschnittes
34 befindet sich ein zweiter Bund 38, der eine Auflagefläche für den Dichtungsring
bildet. Natürlich kann ein anders ausgebildeter Hebel an Stelle des Hebels 30 verwendet
werden, z. B. ein am einen Ende gewichtsbelasteter Stab mit einem im Durchmesser
verminderten Abschnitt zum Einsetzen in eine Öffnung 26. Zum Lagern des Stabes in
schwenkbarer Weise könnte in dem im Durchmesser verminderten Abschnitt ein zur Achse
querliegendes Loch vorgesehen sein, das zur Aufnahme eines in der Öffnung 26 gelagerten
Schwenkzapfens dient.
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Die Abdichtung wird durch die Verwendung eines an sich bekannten kreisförmigen,
spreizbaren Dichtungsringes 40 erzielt. Dieser Dichtungsring, der aus einem ölbeständigen
Lagermaterial hergestellt sein kann, wie Graphit oder Kohle, ist auf den mittleren
Teil 22 des Käfigs aufgesetzt. Dieser Dichtungsring ist an der den verbreiterten
Endabschnitten 32 der Hebel 30 gegenüberliegenden Seite des Flansches 24 angeordnet,
also unmittelbar neben den Auflagerflächen 38. Die dem Flansch benachbarte radiale
Stirnfläche des Dichtungsringes ist mit mehreren Blindlöchern 41 versehen, die zur
Aufnahme der Bunde 38 dienen. Diese Blindlöcher erstrecken sich nur bis zu einem
Teil der Dicke des Dichtungsringes in diesen hinein und sind so ausgebildet, daß
der den Bund 38 unmittelbar umgebende Teil des Loches 41
einen nur geringfügig
größeren Durchmesser hat als der Bund, so daß eine nur sehr geringe Schwenkbewegung
der Hebel erforderlich ist, um die Fläche des Bundes mit der Lochleibung des Blindloches
zur Berührung zu bringen. Jedes dieser Blindlöcher ist bei 42 erweitert, um die
erforderliche Bewegungsfreiheit des Halsabschnittes 34 des Hebels zu gewährleisten.
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Um den kreisförmigen, spreizbaren Dichtungsring 40 in seiner Lage
auf dem Mittelabschnitt 22 des Käfigs zu halten, und um zu verhindern, daß die Hebel
30 aus den Öffnungen 26 herausgleiten, sind Halteeinrichtungen vorgesehen.
Die in F i g. 1 gezeigten Halteeinrichtungen bestehen aus zwei Metallringen 44 und
46. Diese Ringe sind auf die Kantenabschnitte 18 des Dichtungskäfigs aufgesetzt
und können an diesen in beliebiger geeigneter Weise, z. B. durch Preßsitz, gehalten
werden.
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Die einander zugeordneten Flächen 47 und 48 des Dichtungsringes bzw.
des Halteringes 46 sind mit geringer Toleranz bearbeitet, so daß sie in einer Radialebene
liegende Dichtungsflächen bilden. Dies ist erforderlich, da der Dichtungsring kreisförmig
ist und Öl durch die Mitte des Dichtungsringes bei 49 zwischen der äußeren Fläche
47 des Dichtungsringes und dem Haltering 46 entweichen könnte. Um sicherzustellen,
daß diese radiale Dichtungswirkung kontinuierlich ist, ist eine Anzahl von Blindlöchern
50 in der Stirnfläche des Flansches 24, gegenüber dem Dichtungsring, und zwar vorzugsweise
eines zwischen je zwei Löchern 26, vorgesehen. Diese Blindlöcher sind zur Aufnahme
von Federn 52 vorgesehen, die am Dichtungsring 40 angreifen und diesen dauernd mit
dem Ring 46 in Berührung halten.
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Im Betrieb bildet die Laufhülse 14 eine axial liegende Lagerfläche
für die Umfangsfläche des Dichtungsringes bei 54, so daß zwischen dem Dichtungsring
und einer bearbeiteten Fläche 55 an der Laufhülse eine Dichtungswirkung erzielt
wird. Die Verwendung der Laufhülse ist nicht unbedingt erforderlich, und an der
inneren Mantelfläche der Außenwelle könnte eine beliebige bearbeitete Lagerfläche
zum Zusammenwirken mit dem Dichtungsring vorgesehen sein.
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Es wird eine fliehkraftentlastete Dichtung für Wellen gebildet, bei
der der gewünschte Dichtungsdruck bei allen Drehzahlen der Welle sowie beim Stillstand
aufrechterhalten bleibt. Um eine Dichtungswirkung ohne Rücksicht auf die Drehzahl
zu gewährleisten, soll der Dichtungsring 40 mit etwas größerem Durchmesser ausgeführt
sein als die Innenfläche der äußeren Welle (bzw. der Laufhülse). Der Dichtungsring
wird dann durch einen stufenförmig verlaufenden Schnitt in der Querrichtung geteilt,
wie bei 58 gezeigt. Wie aus der vergrößerten Darstellung in F i g. 5 ersichtlich,
bilden die querliegenden Teile 59 und 60 des stufenförmigen Schnittes je einen schmalen
Spalt, so daß der Dichtungsring, der etwas elastisch ist, durch Zusammendrücken
in das Innere der Welle einpaßbar ist. Die stufenförmige Ausbildung des Schnittes
ist so beschaffen, daß sie ein Durchsickern von Öl mit Sicherheit verhindert.
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Der etwas elastische Dichtungsring 40 ist bestrebt, im zusammengedrückten
Zustand den ursprünglichen Durchmesser beizubehalten. Da nun der Dichtungsring einen
etwas größeren Durchmesser hat, liegt dieser an der Laufhülse mit genügend großem
Restdruck an, um ein Durchsickern von Öl zu verhindern. Wenn der Dichtungsring nicht
für hohe Betriebsdrehzahlen bestimmt wäre und es im Betrieb keine Wärmedehnung bzw.
Kontraktion gäbe, würde diese Ausbildung ausreichen. Unter den Betriebsbedingungen
bei hohen Drehzahlen steigt jedoch der Druck der Umfangsfläche des Dichtungsringes
gegen die äußere Welle an, und zwar in erster Linie infolge der hohen Fliehkräfte
sowie auch wegen der durch die Reibungswärme erzeugten Wärmedehnung. Wenn nun keine
Einrichtung vorgesehen ist, um diese Drucksteigerung auszugleichen, wird der Dichtungsring
sich sehr rasch abnutzen und es kann sogar ein Fressen auftreten. Die Dichtung kann
nun mit Hilfe der beschriebenen Anordnung der Hebel unter Ausnutzung der beim Betrieb
der Welle mit hoher Drehzahl in der Dichtung auftretenden Fliehkraft selbsttätig
entlastet
oder selbstausgleichend gemacht werden. Mit anderen Worten, die verbreiterten Enden
32 der Hebel 30 haben mit zunehmender Fliehkraft das Bestreben, sich nach außen
zu bewegen, da die Hebel um ihre Schwenkpunkte 36 frei schwenkbar sind. Dies hat
eine Einwärtsschwenkung der anderen Hebelenden zur Folge. Diese Enden tragen die
Bunde 38, die, da sie an den Wänden der Blindlöcher 41 anliegen, der Fliehkraft
entgegenwirken, die bestrebt ist, die Spalte bei 59 und 60 zu vergrößern und den
Dichtungsring auf einen größeren Durchmesser zu spreizen. Da die Schwenkbewegung
der Hebel eine Funktion der Fliehkraft ist, ist der Ausgleich selbsttätig der Drehzahl
angepaßt, und die gewünschte Dichtungswirkung ist bei allen Drehzahlen gewährleistet.
Die rasche Abnutzung oder auch ein Fressen der Dichtung infolge von Wärmedehnung
und hohen Fliehkräften wird verhindert. Wenn der Dichtungsring aus einer Scheibe
aus Graphit, Kohle od. dgl. besteht, kann es erwünscht sein - obwohl dies nicht
unbedingt erforderlich ist - irgendeine Versteifungseinrichtung, z. B. ein in der
Scheibe eingebettetes, dünnes Metallband. vorzusehen.
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F i g. :1 zeigt eine Dichtung für eine Welle mit zwei axial hintereinander
angeordneten Dichtungsringen, die in der gleichen Weise arbeitet, wie die oben beschriebene
Dichtung. Die Dichtung besteht, wie die i' ei F (lur zeigt, aus nem Käfi-
16', einer Anzahl von Hebeln 30', z«,-ei Ringen 44' und 46' und zwei Dichtungsringen
62' und 64'. Die Dichtungsringe sind beiderseits einer in der Mitte angcordneten
Halteeinrichtung vorgesehen, die die Form einer Zwischenwand 65 haben kann und mit
dem Käfig aus einem Stück besteht. Die beiden Dichtungsringe bilden mit der Trennwand
radial liegende Dichtungsflächen 66 und 67. Die Flanschteile 22' bis 24' sind mit
mehreren achsparallelen Blindlöchern und Schraubenfedern ausgestattet, welche bestrebt
sind, die Dichtungsringe gegen die ein Widerlager bildende Trennwand anzudrücken.