DE19747127A1 - Abdichtvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Abdichtvorrichtungen vom soge­ nannten Labyrinthtyp, das heißt, die zusammenwirkenden Abdichtelemente liegen nicht aneinander an, sondern es gibt zwischen ihnen eine Lücke. Insbe­ sondere bezieht sich die Erfindung auf eine Abdichtvorrichtung zum Abdichten einer Lücke zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element, wo­ bei
das erste Element gegen das zweite Element um eine Drehachse drehbar ist und eines der beiden Elemente einen Hohlraum aufweist, in dem das andere der beiden Elemente sich axial erstreckt und dadurch die Lücke zwischen den beiden Elementen bildet,
die Abdichtvorrichtung ein erstes Abdichtelement mit einem ersten Hal­ terungselement umfaßt, das so angeordnet ist, daß es befestigt auf dem ersten Element bereitgestellt wird und sich um die Drehachse vom ersten Element zum zweiten Element erstreckt, sowie ein zweites Abdichtelement, das ein zweites Halterungselement umfaßt, das so angeordnet ist, daß es befestigt auf dem zweiten Element angeordnet ist und sich um die Drehachse vom zweiten Element zum ersten Element erstreckt, dicht benachbart zum ersten Abdichte­ lement, ohne direkten Kontakt mit diesem und dem ersten Element.

In vielen technischen Konstruktionen und Anwendungen ist es ein Problem, eine Dichtung bereitzustellen, die hinreichend gut ist, da zwischen den Elemen­ ten, die gegeneinander drehbar sind, Abstände existieren müssen. Ein Beispiel einer solchen Anwendung bilden Zentrifugen, die einen Träger und einen An­ triebsschaft aufweisen, der sich durch eine ortsfeste Wand in den Raum er­ streckt, in dem die Zentrifuge rotiert. Aufgrund der hohen Drehzahl des An­ triebsschafts und seiner oft großen Radialbewegung können Lippendichtungen oder andere anstoßende Maschinendichtungen nicht verwendet werden, so daß kontaktlose Abdichtvorrichtungen wie Labyrinthabdichtungen oft die einzige Alternative sind. Da eine große Druckdifferenz zwischen dem Raum und den umgebenden Teilen bestehen kann, ist es darüber hinaus sehr schwierig, eine bestimmte Strömung durch die Labyrinthdichtung zu vermeiden. Das bedeutet, daß unerwünschte Teilchen und Fluide durch die Strömung transportiert wer­ den.

Die GB-A-2157373 offenbart eine konventionelle Labyrinthabdichtung zum Ab­ dichten eines Durchgangs für einen rotierenden Schaft. Die Labyrinthdichtung umfaßt ein erstes Abdichtelement, das am Schaft bereit gestellt werden soll und das eine Anzahl von Flanschen umfaßt, die sich radial nach außen erstrecken, und ein zweites Abdichtelement, das eine Anzahl von Flanschen aufweist, die sich radial nach innen in die Räume zwischen den Flanschen des ersten Ab­ dichtelementes erstrecken.

Die DE-A-39 08 372 offenbart eine ähnliche konventionelle Labyrinthabdichtung, die rotierende und ortsfeste Flansche umfaßt, die nebeneinander angeordnet sind und sich in radialen Ebenen erstrecken.

Die US-A-5085443 offenbart einen Strömungs-Labyrinthabdichtung für eine Zentrifuge. Die Abdichtung umfaßt eine Anzahl von Zähnen, die sich in Um­ fangsrichtung, axial bzw. radial, in Richtung eines drehbaren Schafts erstrecken und eine Anzahl von Kammern umschließen. Die Zwischenkammer ist mit einem Kanal für die Zufuhr von Stickstoffgas verbunden.

Die GB-A-2128693 offenbart einen anderen Typus von Labyrinthabdichtungen, der zum Abdichten eines drehbaren Schaftes gedacht ist und Kammern umfaßt, die in Umfangsrichtung begrenzt sind.

Die DE-A-43 13 805 offenbart eine Abdichtvorrichtung für eine Turbine und ins­ besondere für den Turbinenschaftdurchgang durch das Turbinengehäuse. Die Abdichtvorrichtung umfaßt eine Anzahl von Kammern, die nebeneinander im Durchgang bereitgestellt werden und die den Turbinenschaft umschließen und in dessen Richtung offen sind. Eine Saugvorrichtung ist angeordnet zum Ab­ saugen von Gas oder Dampf, der in die Kammern eindringt.

Die US-A-5026075 offenbart eine radiale Labyrinthabdichtung für eine Turbi­ nenanordnung. Die Abdichtung umfaßt radiale Flansche, die am Turbinenge­ häuse bereitgestellt werden, und radiale Flansche, die am Turbinenrotor bereit­ gestellt werden und sich zwischen den Flanschen des Turbinengehäuses er­ strecken. Weiterhin offenbart dieses Dokument die Anordnung, daß die Flan­ sche am Rotor mit vorspringenden Abdichtabschnitten versehen sind, deren äußere Enden sich sehr nahe am Turbinenteil befinden, was dazu führt, daß die offenbarte Abdichtung ungeeignet ist, wenn ziemlich radiale Bewegungen zwi­ schen den drehbaren und den ortsfesten Teilen auftauchen.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Abdichtvorrichtung bereitzu­ stellen, die eine effektive Abdichtung einer Lücke zwischen zwei gegeneinander drehbaren Elementen gewährleistet und die gleichzeitig eine Relativbewegung zwischen diesen Elementen erlaubt. Weiterhin wird eine Abdichtvorrichtung angestrebt, die effektiv verhindert, daß Teilchen oder Fluidtropfen, die sich in einem Fluid befinden, wie zum Beispiel ein Gas, durch die Lücke treten.

Dieses Ziel wird erreicht durch die eingangs definierte Abdichtvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß das erste Abdichtelement einen ersten Flansch umfaßt, der die Dreh­ achse umschließt, wobei das Element fest mit einem Teil des dem zweiten Ele­ ment zugewandten ersten Halterungselementes verbunden ist und sich in sol­ cher Weise in Richtung des ersten Elements erstreckt, daß das erste Halterung­ selement zusammen mit dem ersten Flansch eine erste Kammer bildet, die die Drehachse umschließt, wobei die Kammer in Richtung des ersten Elementes offen ist und eine erste Lücke zwischen dem ersten Flansch und dem ersten Element bildet, die die Drehachse umschließt,
daß das zweite Abdichtelement einen zweiten Flansch umfaßt, der die Drehachse umschließt, wobei das Element fest mit einem Teil des dem ersten Element zugewandten zweiten Halterungselementes verbunden ist und sich in solcher Weise in Richtung des zweiten Elements erstreckt, daß das zweite Halte­ rungselement zusammen mit dem zweiten Flansch eine zweite Kammer bildet, die die Drehachse umschließt, wobei die Kammer in Richtung des zweiten Elementes offen ist und eine zweite Lücke zwischen dem zweiten Flansch und dem zweiten Element bildet, die die Drehachse umschließt, und
daß der erste und zweite Flansch in solcher Weise bereitgestellt werden, daß sie einander überlappen, so daß sich der erste Flansch durch die zweite Lüc­ ke und zum ersten Element in die zweite Kammer erstreckt und der zweite Flansch durch die erste Lücke und zum zweiten Element in die erste Kammer.

Mit solchen Abdichtelementen wird eine sehr gute Abdichtfunktion erzielt, da sie einen sehr großen Strömungswiderstand hinsichtlich des Mediums aufwei­ sen, das am Durchgang durch die Abdichtvorrichtung gehindert werden soll. Weiterhin kann durch solche Abdichtelemente eine Pumpwirkung erzielt wer­ den, indem die Abdichtelemente in nicht symmetrischer Weise bereitgestellt werden. Deshalb gibt eine Abdichtvorrichtung nach der Erfindung die Möglich­ keit, einer Strömung aufgrund einer Druckdifferenz zwischen den Räumen, die von der Abdichtvorrichtung begrenzt werden, entgegenzuwirken oder eine Strömung zwischen diesen Räumen in einer gewünschten Richtung zuzulas­ sen. Weiterhin wird das Medium, das im vorliegenden Fall durch die Abdicht­ vorrichtung strömt, in einer solchen Weise in eine komplizierte Bahn gezwun­ gen, daß über die Abdichtvorrichtung ein großer Druckabfall entsteht. Weiter­ hin ist es möglich, mögliche Fluidtropfen oder Teilchen, die sich in einem Me­ dium befinden und die Abdichtvorrichtungen durchströmen, zu trennen, da diese Teilchen oder Tropfen in der ersten Kammer aufgefangen werden und durch die Zentrifugalkraft radial nach außen transportiert werden und im radi­ al äußeren Abschnitt der Kammer gesammelt werden. Daher verhindert die Abdichtvorrichtung nach der Erfindung sehr effektiv, daß Teilchen und/oder Fluidtropfen durch die Abdichtvorrichtung strömen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen An­ sprüchen 2-15 definiert.

Nach einer solchen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Abdichtvor­ richtung weiterhin
ein drittes Abdichtelement, das ein drittes Halterungselement umfaßt, das so angeordnet ist, daß es befestigt auf dem ersten Element bereitgestellt wird und sich um die Drehachse herum vom ersten Element zum zweiten Element erstreckt und einen dritten Flansch umfaßt, der die Drehachse umschließt, wo­ bei das Element fest mit einem Teil des dem zweiten Element zugewandten dritten Halterungselementes verbunden ist und sich in solcher Weise zum er­ sten Element erstreckt, daß das dritte Halterungselement zusammen mit dem dritten Flansch eine dritte Kammer formt, die die Drehachse umschließt, wobei die Kammer in Richtung des ersten Elementes offen ist und eine dritte Lücke zwischen dem dritten Flansch und dem ersten Element läßt, die die Drehachse umschließt, und
ein viertes Abdichtelement, das ein viertes Halterungselement umfaßt, das so angeordnet ist, daß es befestigt auf dem zweiten Element bereitgestellt wird und sich um die Drehachse herum vom zweiten Element zum ersten Element erstreckt und einen vierten Flansch umfaßt, der die Drehachse um­ schließt, wobei das Element fest mit einem Teil des dem ersten Element zuge­ wandten vierten Halterungselementes verbunden ist und sich in solcher Weise zum zweiten Element erstreckt, daß das vierte Halterungselement zusammen mit dem vierten Flansch eine vierte Kammer formt, die die Drehachse um­ schließt, wobei die Kammer in Richtung des zweiten Elementes offen ist und eine vierte Lücke zwischen dem vierten Flansch und dem zweiten Element läßt, die die Drehachse umschließt,
wobei der dritte und vierte Flansch in solcher Weise bereitgestellt wer­ den, daß sie einander überlappen, so daß sich der dritte Flansch durch die vierte Lücke und zum ersten Element in die vierte Kammer erstreckt und der vierte Flansch durch die dritte Lücke zum zweiten Element in der dritten Kammer, die mit der ersten Kammer über die erste Lücke und die dritte Lücke verbunden ist.

Eine solche Abdichtvorrichtung ist symmetrisch, daß heißt, sie zeigt keine Pumpwirkung in irgendeine Richtung und dichtet daher effektiv in beiden Richtungen ab. Durch das Bereitstellen von zwei Paaren von Abdichtelementen in dieser Weise wird eine Abdichtvorrichtung erzielt, die Teilchen in einer möglichen Gasströmung durch die Abdichtvorrichtung gleichermaßen gut in beide Richtungen auffangen kann. Dieses wird besonders durch die Tatsache erzielt, daß beide Paare von Abdichtelementen symmetrisch bereitgestellt wer­ den, zum Beispiel wenn die Abdichtvorrichtung in ihren beiden axialen Enden ein drehbares Abdichtelement an einem Rotor aufweist. In dieser Ausführungs­ form kann entweder das erste Halterungselement des ersten Abdichtelementes das dritte Halterungselement des dritten Abdichtelementes oder das zweite Hal­ terungselement des zweiten Abdichtelementes das vierte Element des vierten Abdichtelements sein.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine der Kammern im wesentlichen radial einwärts geöffnet und durch ein Loch im radial inneren Teil des die Kammer bildenden Abdichtelementes mit dem Hohlraum verbun­ den. Durch ein solches Loch können das Fluid und die möglichen Teilchen, die sich in der ersten Kammer gesammelt haben, aus dieser entleert und in den Raum zurücktransportiert werden, aus dem sie kommen.

Die vorliegende Erfindung kann in einer Anzahl von verschiedenen Anwen­ dungen verwendet werden. Dabei kann das zweite Element entweder ortsfest oder drehbar bei einer anderen Drehzahl als das erste Element sein. In solch vorteilhaften Anwendungen der Erfindung kann das erste Element ein drehba­ res Element einer Zentrifuge und/oder das zweite Element ein Wandelement einer Zentrifuge sein.

Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter anhand verschiedener Aus­ führungsformen beschrieben, die als Beispiel unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen zu verstehen sind.

Fig. 1 offenbart eine erste Ausführungsform der Abdichtvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 offenbart eine zweite Ausführungsform der Abdichtvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 3 offenbart eine dritte Ausführungsform der Abdichtvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 4 offenbart eine vierte Ausführungsform der Abdichtvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 5 offenbart eine fünfte Ausführungsform der Abdichtvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 6 offenbart eine sechste Ausführungsform der Abdichtvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 7 offenbart eine teilweise Seitenquerschnittsansicht einer Zentrifuge mit einer Abdichtvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 8 offenbart eine Längsquerschnittsansicht einer Dekanterzentrifuge mit ver­ schiedenen Abdichtvorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 offenbart ein erstes Element 1, das ein um eine Drehachse x drehbarer Schaft sein kann und in Bezug auf das ein zweites Element 2 ein Wandelement sein kann. Das Wandelement 2 hat einen Hohlraum 3 in Form eines Durchlas­ ses, durch den der Schaft 1 sich in solcher Weise erstreckt, daß eine Lücke ge­ formt wird, die den Schaft 1 umschließt und sich zwischen dem Schaft 1 und dem Wandelement 2 befindet. Es ist anzumerken, daß sich die Erfindung in den offenbarten Ausführungsformen, obwohl der Schaft 1 drehbar und das Wande­ lement 2 ortsfest sind, auch auf ortsfeste Schafte mit einem umschließenden drehbaren Element oder auf drehbare Schafte mit einem umschließenden Ele­ ment mit einer anderen Drehzahl beziehen kann, vgl. zum Beispiel die An­ wendung der Erfindung, die unten in Fig. 8 offenbart ist.

In der Lücke, die zwischen dem Schaft 1 und dem Wandelement 2 gebildet wird, wird eine Abdichtvorrichtung nach der Erfindung bereitgestellt. In der detaillierten Beschreibung der Abdichtvorrichtung 4 wird aus Einfachheits­ gründen auf den Schaft 1 und das Wandelement 2 Bezug genommen. Die Ab­ dichtvorrichtung 4 umfaßt ein erstes Abdichtelement 10, das fest mit dem Schaft 1 verbunden ist, und ein zweites Abdichtelement 20, das fest mit dem Wandelement 2 verbunden ist. Das erste Abdichtelement 10 umfaßt ein Halte­ rungselement 11, das als Scheibe oder als Flansch geformt ist mit einer Oberflä­ che, die sich um den Schaft 1 und im wesentlichen radial auswärts in Bezug auf die Drehachse x erstreckt, das heißt, die Oberfläche erstreckt sich auswärts von der Drehachse x um einen Winkel v, der ungefähr 90° beträgt. Am radial äuße­ ren Ende des Halterungselementes 11 wird ein Flansch 12 bereitgestellt, der sich im wesentlichen axial auswärts von der Oberfläche des Elementes 11 erstreckt und radial einwärts in die Richtung zum Schaft 1 in einer solchen Weise, daß das erste Abdichtelement 10 eine erste ringförmige Kammer 13 bildet, die den Schaft 1 umschließt und radial nach außen beschränkt ist. Wie aus Fig. 1 ersicht­ lich, umfaßt der Flansch 12 einen im wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Abschnitt, dessen Zylinderachse mit der Drehachse x zusammenfällt, und einen im wesentlichen radialen Abschnitt. Der im wesentlichen radiale Abschnitt des Flansches 12 erstreckt sich einwärts zum Schaft 1 so weit, daß eine ringförmige Lücke 14 gebildet wird, die die Drehachse x umschließt und am radial inneren Ende der Kammer 13 ausgebildet ist. Im kreisförmigen zylindrischen Abschnitt des Flansches 12 werden eines oder mehrere Löcher 15 bereitgestellt. Diese kön­ nen kreisförmig oder länglich sein und erstrecken sich in Umfangsrichtung. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das zweite Abdichtelement 20 in ähnlicher Weise wie das erste Abdichtelement 10 ausgeführt. Somit umfaßt das zweite Abdichte­ lement 20 ein Halterungselement 21, das die Form einer Scheibe oder eines Flansches hat mit einer Oberfläche, die sich um den Schaft 1 und radial einwärts in die Richtung zum Schaft 1 erstreckt. Weiterhin umfaßt das zweite Abdichte­ lement 20 einen Flansch 22, der sich im wesentlichen axial auswärts von der Oberfläche des Halterungselementes 21 durch einen im wesentlichen kreisför­ migen zylindrischen Abschnitt erstreckt und radial auswärts in die Richtung weg vom Schaft 1 durch einen im wesentlichen radialen Abschnitt in solcher Weise, daß das zweite Abdichtelement 20 eine zweite ringförmige Kammer 23 bildet, die den Schaft 1 umschließt und radial nach innen beschränkt ist. Der im wesentlichen radiale Abschnitt des Flansches 22 erstreckt sich zum Wandele­ ment 2 so weit, daß eine ringförmige Lücke 24, die die Drehachse x umschließt, am radial äußeren Ende der Kammer 23 gebildet wird. Sowohl die erste als auch die zweite Kammer 13, 23 befinden sich zwischen den beiden Halterungsele­ menten 11, 21, wobei die beiden Abdichtelemente 10 und 20 in einer überlap­ penden Anordnung bereitgestellt werden in solcher Weise, daß der im wesent­ lichen radiale Abschnitt des Flansches 12 sich in der zweiten Kammer 23 befin­ det und der im wesentlichen radiale Abschnitt des Flansches 22 in der ersten Kammer 13. Dadurch erstreckt sich der im wesentlichen radiale Abschnitt des Flansches 12 im wesentlichen zentral in die zweite Kammer 23, das heißt im wesentlichen den halben Weg zwischen dem Halterungselement 21 und dem im wesentlichen radialen Abschnitt des Flansches 22, und der im wesentlichen radiale Abschnitt des Flansches 22 erstreckt sich im wesentlichen zentral in die erste Kammer 13, das heißt im wesentlichen den halben Weg zwischen dem Halterungselement 11 und dem im wesentlichen radialen Abschnitt des Flan­ sches 12.

Wenn sich der Schaft 1 dreht, wird das im Bereich der Abdichtvorrichtung 4 befindliche Medium zum Rotieren gebracht und dadurch sammeln sich Teil­ chen und mögliche Fluidtropfen im radial äußeren Abschnitt der ersten Kam­ mer 13 aufgrund der Zentrifugalkraft. Es ist anzumerken, daß die Abdichtkapa­ zität der Abdichtvorrichtung 4 und der Effekt im Hinblick auf ein Verhindern eines Durchströmens der Fluidtropfen und Teilchen dadurch hindurch mit steigender Drehzahl des Schafts 1 und des rotierenden Abdichtelementes 10 wächst. Um zu verhindern, daß sich die erste Kammer 13 mit solchen An­ sammlungen füllt, kann die Kammer 13 durch die Löcher 15 entleert werden und das gesammelte Material kann in den Bereich außerhalb der Abdichtvor­ richtung 4 zurückgeführt werden.

Fig. 2 offenbart eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die der ersten in Fig. 1 ähnlich ist, aber einen spitzen Winkel v aufweist. Es ist anzumerken, daß für Elemente, die eine entsprechende Funktion haben, in allen offenbarten Ausführungsformen der Abdichtvorrichtung dieselben Bezugszeichen ver­ wendet worden sind. Die Oberflächen der im wesentlichen radialen Abschnitte und die Oberflächen der Halterungselemente 11 und 21 umfassen alle eine im wesentlichen geradlinige Geneatrix, die sich mit der Drehachse x in einem all­ gemeinen Winkel v schneidet. Der Winkel v in der in Fig. 2 offenbarten Aus­ führungsform beträgt ungefährt 60°. Es ist jedoch anzumerken, daß dieser Win­ kel sich in einem Bereich von größer als 0 bis kleiner als 180° bewegen kann. Es ist außerdem anzumerken, daß die Geneatrix nach den alternativen Ausfüh­ rungsformen gekrümmt sein kann.

Die in den Fig. 1 und 2 offenbarten Ausführungsformen umfassen eine nicht­ symmetrische Abdichtvorrichtung 4, das heißt sie dichtet im wesentlichen in einer Richtung ab. Weiterhin ist es möglich, durch eine solche unsymmetri­ sche Ausführungsform eine Pumpwirkung zu erzielen, das heißt, die Abdicht­ vorrichtung neigt dazu, eine Strömung durch den Durchgang zu erwirken. Die in den Fig. 1 und 2 offenbarten Abdichtvorrichtungen 4 verhindern weiterhin effektiv das Durchströmen von Fluidtropfen oder Teilchen durch den Durch­ gang 3 von oben und unten.

Fig. 3 offenbart eine dritte Ausführungsform der Abdichtvorrichtung 4, die die Abdichtelemente 10 und 20 umfaßt, die im wesentlichen identisch zu den in Fig. 2 offenbarten sind, und ein drittes Abdichtelement 30, das am Schaft 1 axial neben dem zweiten Abdichtelement 20 befestigt bereitgestellt wird und eine ko­ nische Scheibe oder einen Flansch 31 umfaßt, der sich um den Schaft 1 und ra­ dial auswärts von der Drehachse x um denselben konischen Winkel v wie die konischen Teile der Abdichtelemente 10 und 20 erstreckt. Dank des dritten Ab­ dichtelementes 30 wird die nichtsymmetrische Konstruktion oder Funktion der Abdichtvorrichtung 4 in Vergleich zu den in den Fig. 1 und 2 offenbarten Aus­ führungsformen reduziert. Das bedeutet, daß die Pumpwirkung der in Fig. 3 offenbarten Abdichtvorrichtung 4 relativ klein ist, wobei sie gleichzeitig effektiv Fluidtropfen und/oder Teilchen auffängt und damit verhindert, daß diese viel­ leicht durch den Durchgang von oben und unten strömen.

Fig. 4 offenbart eine vierte Ausführungsform der Abdichtvorrichtung nach der Erfindung mit zwei Paaren von Abdichtelementen 10, 20 und 10', 20', die sym­ metrisch bereitgestellt werden. Die zwei Paare werden in einer solchen Weise bereitgestellt, daß die ringförmigen Lücken 14 und 14' bzw. 24 und 24', die die Drehachse umschließen, einander gegenüber angeordnet sind. Somit umfassen die Abdichtelemente 10 und 10' jeweils ein konisches Halterungselement 11 und 11' mit einem jeweiligen Flansch 12 und 12'. Jeder der Flansche 12 und 12' umfaßt einen kreisförmigen zylindrischen Abschnitt und einen konischen Ab­ schnitt, die eine dritte ringförmige Kammer 13' bilden, die die Drehachse x um­ schließt. Die kreisförmigen zylindrischen Abschnitte der Flansche 12 und 12' umfassen beide Entleerungslöcher 15 und 15'. Die Abdichtelemente 20 und 20' haben ein gemeinsames Halterungselement 21, von dem sich zwei Flansche 22 und 22' durch einen jeweiligen kreisförmigen zylindrischen Abschnitt und ei­ nen jeweiligen konischen Abschnitt erstrecken und somit eine zweite ringför­ mige Kammer 23 bilden, die die Drehachse x umschließt, bzw. eine vierte ring­ förmige Kammer 23, die die Drehachse umschließt. Die Flansche 22 und 22' er­ strecken sich in einer jeweils getrennten Richtung durch die Lücken 14 und 14'. Die in Fig. 4 offenbarten Ausführungsformen umfassen somit eine symmetri­ sche Abdichtvorrichtung 4, was bedeutet, daß sie effektiv in beiden Richtungen abdichtet und daher keine Pumpwirkung zuläßt. Sie dichtet in Bezug auf Fluid­ tropfen und Teilchen in beide Richtungen ab und verhindert daher effektiv, daß Fluidtropfen oder Teilchen von beiden Richtungen durch den Durchgang strömen.

Fig. 5 offenbart eine fünfte Ausführungsform der Abdichtvorrichtung 4 der Erfindung mit zwei Paaren von Abdichtelementen 10, 20 bzw. 10', 20', die symmetrisch bereitgestellt werden. Die zwei Paare werden in einer solchen Weise bereitgestellt, daß die Lücken 14 und 14' bzw. 24 und 24' die Drehachse x umschließen und einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Abdichte­ lemente 10 und 10' haben ein gemeinsames Halterungselement 11, von dem sich zwei Flansche 12 und 12' durch einen jeweils kreisförmigen zylindrischen Abschnitt und einen jeweils konischen Abschnitt erstrecken. Die Flansche 12 und 12' erstrecken sich in einer jeweils getrennten Richtung durch die Lücken 24 und 24'. Die kreisförmigen zylindrischen Abschnitte der Flansche 12 und 12' umfassen beide Entleerungslöcher 15 und 15'. Die Abdichtelemente 20 und 20' umfassen jeweils ein konisches Halterungselement 21 und 21' mit einem jewei­ ligen Flansch 22 und 22'. Jeder der Flansche 22 und 22' umfaßt einen kreisför­ migen zylindrischen Abschnitt und einen konischen Abschnitt, die eine zweite und eine vierte Kammer 23 und 23' bilden. Weiterhin umfaßt diese fünfte Aus­ führungsform einen Entleerungskanal 25, der sich durch das Halterungsele­ ment 21, 21' des zweiten Abdichtelementes 20, 20' und das Wandelement 2 er­ streckt. Durch den Entleerungskanal 25 kann das Fluid aus den Kanälen 15, 15' effektiv entleert werden. Somit umfaßt die in Fig. 5 offenbarte Ausführungs­ form auch eine symmetrische Abdichtvorrichtung 4, was bedeutet, daß sie effek­ tiv in beiden Richtungen abdichtet und daher keine Pumpwirkung zuläßt. Sie dichtet im Hinblick auf Fluidtropfen und Teilchen in beiden Richtungen ab und verhindert daher effektiv, daß Fluidtropfen oder Teilchen von beiden Richtungen durch den Durchgang strömen.

Fig. 6 offenbart eine sechste Ausführungsform der Abdichtvorrichtung, die sich von der zweiten in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß jeder der Flansche 12 und 22 zwei konische Abschnitte umfaßt, die axial voneinander beabstandet angeordnet sind und sich vom im wesentlichen kreis­ förmigen zylindrischen Abschnitt des jeweiligen Flansches 12, 22 erstrecken. In solcher Weise bildet jedes Abdichtelement 10 und 20 zwei Kammern 13a, 13b und 23a, 23b, die sich axial nebeneinander befinden und die Drehachse x um­ schließen. Weiterhin sind die Abdichtelemente 10 und 20 in einer einander überlappenden KonFig.ation angeordnet in solcher Weise, daß die beiden koni­ schen Abschnitte des Flansches 12 sich in eine jeweilige Kammer 23a und 23b des zweiten Abdichtelementes 20 erstrecken und daß die zwei konischen Ab­ schnitte des Flansches 22 sich in eine jeweilige Kammer 13a und 13b des ersten Abdichtelementes 10 erstrecken. Die Ausführungsform nach Fig. 6 ist damit nichtsymmetrisch, weist aber eine gute Strömungsabdichtkapazität auf, da sie einer Strömung durch den Durchlaß einen signifikanten Widerstand entgegen­ setzt. Es sollte klar sein, daß jedes Abdichtelement 10 und 20 außerdem mehr als zwei konische Abschnitte von jedem Flansch 12 und 22 aufweisen kann und daher mehr als zwei Kammern 13, 22, die die Drehachse umschließen.

Fig. 7 offenbart schematisch eine Zentrifuge 40, die einen Träger 2 umfaßt und ein darauf befindliches Gehäuse 41, das einen Zentrifugenrotor 42 umschließt. Der Rotor 42 wird von einem Antriebsschaft 1 getragen, der um eine im wesent­ lichen vertikale Drehachse x rotiert, die sich durch einen Durchgang 3 im Trä­ ger 2 erstreckt und in einem oberen Lager 43 und einem unteren Lager 44 gela­ gert ist. Der Rotor 42 und der Antriebsschaft 1 werden durch ein Antriebsele­ ment angetrieben, das im offenbarten Beispiel einen Antriebsriemen 45 umfaßt. Die Zentrifuge 40 kann natürlich auch andere Typen von Antriebselementen umfassen, z. B. einen Schneckentrieb. Eine Abdichtvorrichtung 4 nach der vor­ liegenden Erfindung wird im Durchgang 3 zwischen dem Antriebsschaft 1 und dem Träger 2 am Lager 43 und am Lager 44 bereitgestellt.

Fig. 8 offenbart eine andere Zentrifuge 50 in Form einer sogenannten Dekanter­ zentrifuge, die einen Rotor 51 umfaßt, der drehbar an 52 und 53 in einem Ge­ häuse 54 gelagert ist, das den Rotor 51 umschließt. Im inneren Raum des Rotors 55 ist bei 56 und 57 eine Transportschraube 55 drehbar gelagert. Der Dekater 50 umfaßt Riemenscheiben 58, 59 für den Antrieb des Rotors 51 bzw. der Trans­ portschraube 55, d. h. sowohl der Rotor 51 als auch die Transportschraube 55 sind drehbar um eine im wesentlichen vertikale Drehachse x in Bezug auf das Gehäuse 54, und die Transportschraube kann sich mit einer größeren Ge­ schwindigkeit drehen als der Rotor 51, was bedeutet, daß sie relativ zueinander drehbar sind. An einem Ende des Rotors 51 befindet sich eine Kammer 60, in die sich eine Trennscheibe 61 erstreckt. Die Trennscheibe 61 umfaßt wenigstens einen Auslaßkanal 62. An jedem Lager 52, 53, 56, 57 befindet sich eine Abdicht­ vorrichtung 4 nach der vorliegenden Erfindung, sowie zwischen dem Rotor 51 und dem zentralen Teil der Trennscheibe 61.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier offenbarten Ausführungs­ formen, sondern kann im Rahmen der folgenden Ansprüche modifiziert und verändert werden. Z.B. ist anzumerken, daß alle konischen Teile der offenbar­ ten Ausführungsformen nicht um denselben konischen Winkel abgeschrägt sein müssen. Weiterhin ist anzumerken, daß die unterschiedlichen Flansche und Abschnitte von jedem Abdichtelement aus verschiedenen Teilen gebildet werden können, die zusammengesetzt werden während des Zusammenbaus der Abdichtvorrichtung 4. Um das Zusammensetzen zu ermöglichen, kann je­ des Abdichtelement 10, 20 entlang einer axial trennenden Ebene getrennt wer­ den. Die verschiedenen Abdichtelemente 10, 20 können getrennte Einheiten sein, die zu verschiedenen Abdichtvorrichtungen 4 in einer symmetrischen oder asymmetrischen KonFig.ation zusammengesetzt werden können, um eine angemessene Abdichtfunktion für einen bestimmten Fall zu gewährleisten und um eine Pumpwirkung in einer Richtung zu gewährleisten, z. B. um einer gro­ ßen Druckdifferenz zwischen den Räumen, die die Abdichtvorrichtung um­ schließen, entgegenzuwirken. Weiterhin kann die Abdichtvorrichtung 4 nach der Erfindung mit vielen aufeinanderfolgenden Abdichtelementen versehen werden, um den Abdichteffekt in solcher Weise zu verbessern. Obwohl die Ab­ dichtvorrichtung 4 nach der Erfindung nur in Verbindung mit Zentrifugen of­ fenbart worden ist, ist es klar, daß sie in einer Vielzahl von anderen Anwen­ dungen verwendet werden kann.

Claims (15)

1. Abdichtvorrichtung zum Abdichten einer Lücke zwischen einem ersten Element (1) und einem zweiten Element (2), wobei
das erste Element (1) gegen das zweite Element (2) um eine Drehachse (x) drehbar ist und eines der beiden Elemente (2') einen Hohlraum aufweist, in dem das andere der beiden Elemente (1) sich axial erstreckt und dadurch die Lücke zwischen den beiden Elementen (1, 2) bildet,
die Abdichtvorrichtung (4) ein erstes Abdichtelement (10) mit einem er­ sten Halterungselement (11) umfaßt, das so angeordnet ist, daß es befestigt auf dem ersten Element (1) bereitgestellt wird und sich um die Drehachse (x) vom ersten Element (1) zum zweiten Element (2) erstreckt, sowie ein zweites Abdich­ telement (20), das ein zweites Halterungselement (21) umfaßt, das so angeordnet ist, daß es befestigt auf dem zweiten Element (2) angeordnet ist und sich um die Drehachse (x) vom zweiten Element (2) zum ersten Element (1) erstreckt, dicht benachbart zum ersten Abdichtelement (10), ohne direkten Kontakt mit diesem und dem ersten Element (1), dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Abdichtelement (10) einen ersten Flansch (12) umfaßt, der die Drehachse (x) umschließt, wobei das Element fest mit einem Teil des dem zweiten Element (2) zugewandten ersten Halterungselementes (11) verbunden ist und sich in solcher Weise in Richtung des ersten Elements (1) erstreckt, daß das erste Halterungselement (11) zusammen mit dem ersten Flansch (12) eine erste Kammer (13) bildet, die die Drehachse (x) umschließt, wobei die Kammer in Richtung des ersten Elementes (1) offen ist und eine erste Lücke (14) zwi­ schen dem ersten Flansch (12) und dem ersten Element (1) bildet, die die Dreh­ achse (x) umschließt,
daß das zweite Abdichtelement (20) einen zweiten Flansch (22) umfaßt, der die Drehachse (x) umschließt, wobei das Element fest mit einem Teil des dem ersten Element (1) zugewandten zweiten Halterungselementes (21) ver­ bunden ist und sich in solcher Weise in Richtung des zweiten Elements (2) er­ streckt, daß das zweite Halterungselement (21) zusammen mit dem zweiten Flansch (22) eine zweite Kammer (23) bildet, die die Drehachse (x) umschließt, wobei die Kammer in Richtung des zweiten Elementes (2) offen ist und eine zweite Lücke (24) zwischen dem zweiten Flansch (22) und dem zweiten Element (2) bildet, die die Drehachse (x) umschließt, und
daß der erste und zweite Flansch (12 bzw. 22) in solcher Weise bereitge­ stellt werden, daß sie einander überlappen, so daß sich der erste Flansch (12) durch die zweite Lücke (24) und zum ersten Element (1) in die zweite Kammer (23) erstreckt und der zweite Flansch (22) durch die erste Lücke (14) und zum zweiten Element (2) in die erste Kammer (13).

2. Abdichtelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es wei­ terhin
ein drittes Abdichtelement (10') umfaßt, das ein drittes Halterungsele­ ment umfaßt, das so angeordnet ist, daß es befestigt auf dem ersten Element (1) bereitgestellt wird und sich um die Drehachse (x) herum vom ersten Element zum zweiten Element (2) erstreckt und einen dritten Flansch (12') umfaßt, der die Drehachse (x) umschließt, wobei das Element fest mit einem Teil des dem zweiten Element (2) zugewandten dritten Halterungselementes (11') ver­ bunden ist und sich in solcher Weise zum ersten Element (1) erstreckt, daß das dritte Halterungselement (11') zusammen mit dem dritten Flansch (12') eine dritte Kammer (13') formt, die die Drehachse (x) umschließt, wobei die Kammer in Richtung des ersten Elementes (1) offen ist und eine dritte Lücke (14') zwi­ schen dem dritten Flansch (12') und dem ersten Element (1) läßt, die die Dreh­ achse (x) umschließt, und
ein viertes Abdichtelement (20'), das ein viertes Halterungselement (21') umfaßt, das so angeordnet ist, daß es befestigt auf dem zweiten Element (2) be­ reitgestellt wird und sich um die Drehachse (x) herum vom zweiten Element (2) zum ersten Element (1) erstreckt und einen vierten Flansch (22') umfaßt, der die Drehachse (x) umschließt, wobei das Element fest mit einem Teil des dem ersten Element (1) zugewandten vierten Halterungselementes (21') verbunden ist und sich in solcher Weise zum zweiten Element (2) erstreckt, daß das vierte Halterungselement (21') zusammen mit dem vierten Flansch (22') eine vierte Kammer (23') formt, die die Drehachse (x) umschließt, wobei die Kammer in Richtung des zweiten Elementes (2) offen ist und eine vierte Lücke (24') zwi­ schen dem vierten Flansch (22') und dem zweiten Element (2) läßt, die die Drehachse (x) umschließt,
wobei der dritte und vierte Flansch (12' bzw. 22') in solcher Weise bereit­ gestellt werden, daß sie einander überlappen, so daß sich der dritte Flansch (12') durch die vierte Lücke (24') und zum ersten, Element in 81) die vierte Kammer (23') erstreckt und der vierte Flansch (22') durch die dritte Lücke (14') zum zwei­ ten Element (2) in der dritten Kammer (13'), die mit der ersten Kammer (13) über die erste Lücke (14) und die dritte Lücke (14') verbunden ist.

3. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Halterungselement (11) des ersten Abdichtelementes (10) auch das dritte Halterungselement des dritten Abdichtelementes (10') ist.

4. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Halterungselement (21) des zweiten Abdichtelementes (20) auch das vierte Halterungselement des vierten Abdichtelementes (20') ist.

5. Abdichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch ein weiteres Abdichtelement (30), das so angeordnet ist, daß es an einem axialen Ende der Abdichtvorrichtung fest mit einem der beiden Elemente (1, 2) verbunden ist, und das ein Scheibenelement (31) umfaßt, das die Drehachse (x) umschließt und sich zum anderen der beiden Elemente (1, 2) er­ streckt und einen Durchgang (32) zwischen dem Scheibenelement und dem an­ deren der beiden Elemente (1, 2) bildet, der die Drehachse umschließt.

6. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Scheibenelement (31) so angeordnet ist, daß es fest mit dem ersten Element (1) verbunden ist.

7. Abdichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kammer (13, 23, 13', 23') von einem Abdichtelement (10, 20, 10', 20') gebildet wird und axial von zwei Oberflächen definiert wird, die die Drehachse (x) umschließen und von denen wenigstens eine konisch ist und einen spitzen Winkel mit der Drehachse (x) bildet.

8. Abdichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Abdichtelement (10, 20) eine ringförmige Kam­ mer (23) bildet, die die Drehachse (x) umschließt und axial von zwei Oberflä­ chen definiert wird, die die Drehachse (x) umschließen und von denen wenig­ stens eine im wesentlichen eben ist und sich senkrecht zur Drehachse (x) er­ streckt.

9. Abdichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Flansche (12, 22) einen im we­ sentlichen kreisförmigen zylindrischen Teil umfaßt, der mit dem zugeordneten Halterungselement (11, 21) verbunden ist.

10. Abdichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Kammern (13, 13') im wesentli­ chen radial einwärts geöffnet ist und durch ein Loch (15), das sich in einem ra­ dial äußeren Teil des Abdichtelementes (10, 10') befindet, das diese Kammer (13, 13') bildet, mit dem Hohlraum (3) verbunden ist.

11. Abdichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das zweite Element (2) ortsfest ist.

12. Abdichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das zweite Element (2) bei einer anderen Drehzahl drehbar ist als das erste Element (1).

13. Abdichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (3) im zweiten Element gebildet ist (2).

14. Abdichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das erste Element (1) ein Rotationselement (1, 42) ei­ ner Zentrifuge (40) ist.

15. Abdichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das zweite Element (2) ein Wandelement (2, 41) ei­ ner Zentrifuge (40) ist.