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@inrichtung zur gegenseitigen Abdichtung zweier Räume Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur gegenseitigen Abdichtung zweier Räume, von welchen
ein@r eine rotierend@ Velle, insbesonder@ eine Welle einer hydraulischen Maschine,
umgibt, wobei die bei-@@@ @äume über einen, sich zwischen @wei koaxial zur u@laufenden
@lle ang o@@@nsten Ring@n @@nstellenden Spalt miteinand@@@@ Ve@@indung stehen, dem
@in unter Dr@ck steh@@des Sp@r@@@di@@@@isch@@@@@@ radi@l @
Rändern
der Ringe von einer Druckquelle aus zuführbar ist, deren Druck höher als der Druck
in dem atzudichtenden Raum ist, wobei ein Ring mittels eines Betätigungskolbens,
der in einem die Welle bevorzugt umschließenden, ebenfalls von der Druckquelle aus
versorgten Druckraum gelagert ist, in Richbunt auf den zweiten Ring gedrückt wird.
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Bei einer Einrichtung dieser Art wurde es bekannt, den Druckraurn
durch eine den Betätigungskolben und den vom Betätigungskolben $bewegten Ring parallel
zur Ringachse durchsetzende Bohrung mit des Spalt zwischen den Ringen zu verbinden.
Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sich die im Spalt auf Grund von Spaltweitenänderungen
infolge Laufunruhe und/oder Fertiunsstoleranzen unvermeidlich auftretenden Druckänderungen
ganz oder zumindest teilweise auch auf den Druckraum des Betä'tigtgskolbens auswirken
und durch die sich hiebei zwangsläufig ergebende Pulsation der Druckkraft des Druckkolbens
zu weiterer Erhöhung der Laufunruhe führen. Derartige Druckschwankungen haben auch
einen ungünstigen Einfluß auf die erstrebte Abdichtung. Diese Nachteile lassen sich
jedoch vermeiden, brenn gemäß der Erfindung der Druckraum zur Beaufschlagung des
einen, bevorzugt als an sich bekanntes Stützquellenlager mit je über eine Drossel
mit Sperrmedium versorgtenTaschen ausgebildeten Ringes über eine Druckregeleinrichtung
an die Druckquelle angeschlossen ist, um den Druck in dem Druckraum unabhängig von
etwaigen Druckschwankungen in der Druckquelle und in dem Spalt auf einen bestimmten
unveränderlichen, von der absoluten Höhe des Druckes in der Druokquelle unabhängigen
Anteil des Druckes in der Druckquelle zu halten.
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Bekannt wurden bereits sogenannte Gleitringdichtungen, bei welchen
eine Ringkammer in der Stirnfläche zumindest eines der Ringe angeordnet ist, und
sich durchgehend über einen Bereich von 3oO erstreckt. Das Selbsteinstellvermögen
solcher
Dichtungen ist nicht besonders ausgeprägt, wodurch die Abdichtung besonders bei
hohen Drücken, hoher Drehzahl und unruhigem Lauf leiden kann. Wird nun gemäß der
vorstehend angeführten takultativen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes, der
eine Ring als an sich bekanntes (hydrostatisches) Stützquellenlager ausgebildet,
bei dem sich die von einer Quelle in Form einer Tasche in der Stirnfläche des Ringes
ausgehenden Ringkammern nicht über einen Bereich von 3600 erstrecken und bei dem
jede Tasche über eine Drossel mit Sperrmedium versorgt wird, so lassen sich die
obgenannten Nachteile sicher vermeiden und eine einwandfreie Selbsteinstellung der
Dichtung sowie eine feinfühlige Justierung ermöglicht, Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes besteht die Druckregeleinrichtung aus Drosseln, die dem
Druckraum für die Beaufschlagung des Betätigungskolbens des Ringes vorgeschaltet
sind und zwar bevorzugt derart, daß die zum Druckraum führende Leitung zwischen
zwei Drosseln in die zur Druckquelle führende Leitung mündet, die hinter der in
Strömungsrichtung weiter von der Druckquelle abliegenden Drossel mit der Atmosphäre
in Verbindung steht. Als Druckregeleinrichtung können Jedoch, in Weiterbildung der
Erfindung, Rohre mit einem Durchmesser zwischen dem Zelxn- und dem Tausendfachen
der H3he des Spaltes zwischen den Ringen Verwendung finden.
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Bei einer solchen Anordnung wird eine Verstopfung der Druckregeleinrichtung,
die unter ungünstigen Betriebsbedingungen bei Drosseln auftreten könnte, sicher
vermieden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Sntlastungsfläche des Kolbens,
auf die der Wasserdruck in dem die Welle umschließenden Raum im Sinne einer Verkleinerung
des Spaltes wirkt, ungefähr gleich der @älfte des zwischen dem wellenseitigen Rend
des @uellraumes des Ringes und dem vellenseitigen Ende des Spaltes liegenden @lächenabschnitt
des
Ringes, sodaß die Summe der auf den als Stützquellenlager ausgebildeten Ring in
axialer Richtung wirk@nden Druckkräfte unabhängig von dem Druck wird, der in dem
die Welle umschließenden Raum herrscht.
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Die Erfindung wird nachstehend enhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung
eine erfindungsgemäße Abdichtungseinrichtung und Fig. 2 ebenfalls schematisch die
unter Vernachlässigung eller dynsmischer Einflüsse idealisierte Druckverteilung
im Spalt zwischen den Ringen.
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In der Zeichnung ist mit A ein die elle 4 einer hydraulischen Maschine
umgebender Raum bezeichnet, in dem sich Wesser unter schwankendem Druck befindet.
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Der Raum A wird gegen den Raum B abgedichtet. Die beiden Räume A und
B stehen hiebei über einen Spalt 3 in Verbindung, der sich zwischen zwei koaxial
zur Welle 4- angeordneten klingen 1 und 2 einstellt und dessen Weite je nach Maschinengröße
in die Größenordnung von Hundertstel bis Zehntel eines Millimeters betragen kann.
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Der Ring 1 ist hiebei drehschlüssig riit der elle 1 verbunden, wogegen
der Ring 2 gehäusefest und nach Art eines Stützquellenlagers ausgebildet is-t. Der
Ring 2 besitzt sechs, gleichmäßig über den Umfang verteilte, voneinander getrennte
Quellräume 6 in worm von Taschen.
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Den Taschen 6 wird von einer allen Taschen gemeinsamen Druckquelle
(Hochdruckquelle) 10 Druckwasser zugeführt, das unter wesentlich höherem Druck als'
dem im Raum A herrschenden steht. Von der Zuleitung 7 gelangt das Druckwasser Über
einen Bestandteil der Stützquellenlagerung bildende Drosseln 8 zu den Taschen 6.
Durch die Drosseln 8 wird der Druck des Wassers am Weg von der Zuleitung 7 in die
Taschen 6 auf etwa die Hälfte des Druckes in der Zuleitung 7 vermindert. Durch den
Uberdruck bedingt, strömt das Nasser aus den Taschen 6
sovohl radial
nach außen in den Raum B als such nach inn@n i@der Eaun @. Da Ieck@asser durch den
Spalt Eli@ßt, ist die Dichtung keine vollkommene, infolge der geringen, erreichbaren
Spaltweite jedoch eine @@itgeh@nde. Zur Funktion einer an sich bekannten Stützquellenlagerung
ist auf folgendes hinzuweisen: Stellt sich der rli-., dexl Taschen 6 versehene Ring
2 @us irgendeiner Urs@che aus der Gleichgewichtslage schräg bezäglich des Ringes
1, so wird die Weite des Spaltes 3 von einer gewissen Stelle des Spaltes an kleiner
als in der Gleichgewichtslage. An der gegenüberliegenden Stelle tritt dann eine
Erweiterung des Spaltes auf. Durch den verengten Spalt wird die aus der benachbarten
Tasche ausfließende Wassermenge r@duziert.
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infolge der verminderten Wassermenge wird sich Sleichzeitig der Druckabfall
in der Drossel 8 reduzieren, soda@ der Druck in der Tasche 6 ansteigt. Sinngemä@
wird an der gegenüberliegenden Stelle des Durchmessers bei Erweiterung des Spaltes
eine Absenkung des Taschendruckes entstehen.
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Beim hydrostatischen Stützquellenlager werden somit bei nlli;lligeu
Ausweichen eines der Ringe 1 oder 2 aus der Sollage sofort beträchtliche Druckkräfte
froi, die auf eine Stabilisierung der Lage hinwirken.
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Der mit den Taschen 6 versehene Ring 2 ist mit einem ringförmigen
Kolben 5 versehen, der einen Druckraum G abschließt, sodaQ der Ring 2 unter dem
Einfluß des im Raum G und in den die Welle 4 umschließenden Raum A herrschendR Druckes
gegen den Ring 1 gedrückt wird. Der Druck im Raum G hält den auf den Ring 1 wirkenden
axialen Kräften, zu welchen der Druck in den Taschen 6 unil dem Spalt 3 gehört,
das Gleichgewicht. Durch Abstimmung der geometrischon Form des Ringes 2, des Druckes
in der Ringleitung 7, des Druckabfalles in den Drosseln 8 einerseits und des Gegendruckes
im Raum G anderseits, kann die Spaltweite 3 auf den gewünschten Wert gebracht werden.
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Wird die Bezugsfläche F1 für die Ermittlung der auf den Kolben 5
im sinne einer Verkleinerung des Spaltes 3 wirkenden, sich nus dem Wasserdruck in
dem die zelle umschließenden Raum A ergebenden A@ialkraft ungefähr gleich der Hälfte
des zwischen dem wellenseitigen Taschenrand und dem wellenseitigen Ende des Spaltes
3 liegenden Flächenabschnitt F2 des Ringes 2 ausgeführt, so gelingt es, daß die
Summe der axialen Druckkräfte, die auf den die Taschen 6 aufweisender Ring 2 einwirken,
unabhängig von dem Druck in dem die Welle 4 umschließenden Raum wird. iiiezu ergibt
sich aus Fig. 2,in der der Druckverlauf im Spalt 3 vereinfacht dargestellt ist,
folgendes: In der Tasche 6 des Ringes 2 herrscht der Druck Dieser Druck fällt dann
ausgehend von den Rändern der Tasche 6 gegen die beiden Seitenränder des Ringes
2 jeweils auf jenen Druck ab, der in dem Außenraum B bzw. dem die zelle 4 umschließenden
Raum A herrscht.
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In Fig. 2 ist angenommen, daß in dem Raum B Atmosphärendruck herrscht.
Der Druck im Raum A ist mit pX bezeichnet.
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In erster Näherung kann angenommen werden, daß der Druck im Spalt
ausgehend von pmax linear nach außen abfällt.
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Auf den Ring 2 wirkt wdters noch der im Raum G herrschende Druck po.
. Die Ringfläche, auf die der Druck po wirkt, is-t mit Fo bezeichnet. Die den Spalt
3 begrenzende Ringfläche ist in zwei konzentrisch zueinander liegende Teilringflächen
F2 und F3 unterteilt gedacht. Aufgrund des bekannten Druckverlaufes im Spalt kann
der mittlere Druck pml ermittelt werden, der auf die äußere Teilringläche F3 wirkt
und auch der mittlere Druck pm, der auf die innere Teilringfläche F2 wirkt, Schließlich
ist noch zu berücksichtigen, daß der im Raum A herrschende Druck PA auch auf die
Fläche F1 des Ringes 2 wirkt. Die Gleichgewichtsbedingung für die parallel zur Achse
des Ringes 2 wirdenden Kräfte lautet: Pol 3 + PmF2 - PoFo - pAF1 = o
pmax
+ pa Berücksichtigt man, daß pm = ist, und 2 gemäß der Erfindung F2 = 2 F1 sein
soll, so lautet die obgenannte Gleichgewichtsbedingung wie folgt: pmax + pa pml#F3
+ # 2 F1 - poFo - pAF1 = 0 2
pml#F3 + pmaxF1 - poFo = 0 In dieser Beziehung schein@n keine von pA abhëngigen
Ausdrücke auf, sodaß es durch gegenseitiges Abstimmen der Flächen F2 und F1 des
Ringes 2 gelingt, daß die Sum-@e der auf den Ring 2 einwirkenden Druckkräfte unabhängig
von dem Druck in dem die Welle 4 umschließenden Raum wird.
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Der Druckraum G, in den der Kolben 5 eingreift, ist unter @wischenschaltung
einer Druckteilungseinrichtung an die Druckquelle 10 angeschlossen. Durch diese
Maßnahme gelingt @s, daß unabhängig von etwaigen Druckschwankungen in der Druckquelle
10 der Druck in dem Druckraum G einen bestimmten unveränderlichen, von der absoluten
Höhe des Druckes in der Druckquelle 10 unabhängigen Bruchteil des Druckes in der
Zuleitung 7 betr:S0t.
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Wie Fig. 1 zeigt, können die Druckteilungseinrichtungen aus Drosseln
9, 10' bestehen. Di@se Drosselanordnung igt den Druckraum G für die B@aufschlagung
des Betatigungskolbcns 5 des Ringes 2 vorgeschaltet.
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Anstelle von Drosseln können als Druckteilungseinrichtungen auch
Rohre Verwendung finden, deren Durchmesser zwischen dem Zehn- und dem Tausendfachen
der Weite des Spaltes 3 zwischen den ingen 1 uuid 2 beträgt.
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Je größer der Durchmesser des Rohres ausgeführt wird, umso länger
muß das Rohr sein, wenn eine bestimmte Drosselwirkung erzielt werden soll. Auch
andere Druckteilungseinrichtungen, z.B. Reduzierventile, können eingesetzt werden.