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Eombinierte Berührungs-Spaltdichtung Die erfindung bezieht sich auf
eine kombinierte Berührungs-Spaltdichtung, wie sie vorzugsweise zur Abdichtung an
Wellen und Zapfen in Maschinen und Aggregaten benötigt werden, die sowohl stillstehen
als auch mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten sich bewegen können.
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Je größer und schwerer ein Walzwerk, eine Turbine oder ein sonstiges
Aggregat ist, desto mehr Aufmerksamkeit muß den tbdichtungsproblemen gewidmet werden.
Jedes Auswechseln eines Dichtungselementes erfordert längere Ausfallzeiten und damit
Produktionsverluste, wovon je nach Art des Aggregates die gesamte teohnologische
Linie betroffen wird.
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Von dieser Tatsache ausgehend, wurden Dichtelemente unterschiedlichster
Konstruktion und stofflicher Gestaltung entwickelt.
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Der Einsatz von Wellendichtringen mit Dichtlippen aus Spezialgummimischungen,
die sich gegenüber den herkömmlichen durch eine höhere Ip emperaturb eständigke
it auszeichnen, bringt nur bis zu einer bestimmten, von den geometrischen und thermischen
Gegebenheiten an der Abdichtstelle abhängigen Umdrehungszahl eine einwandfreie Abdichtung
über eine projektierte Betriebszeit. Die an den Stellen der Berührung - bei schlecht
wärmeleitenden Dichtungswerkstoffen besonders innerhalb des lippenquerschnittes
- infolge Reibung auftretenden femperaturerhöhungen können bis 500 C gegenüber den
Temperaturen des umgebenden Mediums betragen.
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Zeine rasche Alterung aller in Frage kommenden elastischen makromolekularen
sterkstoffe ist die Folge In mittleren und größeren Anlagen bevorzugt man deshalb
bei hohen Um fangsgeschwindigkeiten berührungsfreie Dichtungen besonders in den
Fällen, in denen eine möglichst vollkommene Reibungsfreiheit gefordert wird. Bei
diesen konstruktiven Ausführungen soll der Dichteffekt durch einen Spalt erzielt
werden. Mit dem Auftreten geringster Druckdifferenzen werden Leckverluste unvermeidlich.
Beispielsweise durCh Gewindewel 1 endichtungen und Preist rahldichtungen versucht
mant dem Leckagefluß bei der Rotationsbewegung entgegenzuwirken. Bei den im Aussetzbetrieb
arbeitenden Maschinen ist bei Stillstand jedoch wieder ein bestimmter Medienverlust
zu erwarten.
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Der Einsatz von Gewindewellenspaltdichtungen ist bei solchen Betriebsfällen
nur in Verbindung mit einer Sperrflüssigkeit möglich. Empfohlen wird die Verwendung
nur für die Abdichtung von Gasen. Bei tropfbaren Betriebsstoffen tritt sehr leicht
Emulsionsbildung auf, wodurch sich die Zähigkeit unzulässig vermindert Die sogenannten
Freistrahldichtungen, eine neue Variante der Spaltdichtunen, sind fertigungstechnisch
relativ kompliziert zu verwirklichen und ermöglichen ebenfalls nur bei Bewegung
eine vollkommene Abdichtung Die einzige Möglichkeit einer einwandfreien Abdichtung
im Stillstand und bei Bewegung einer für hochtourige im Aussetzbetrieh arbeitende
Maschinen wird in einer Dichtungskonstruktion gesehen, die sowohl im Stillstand
als auch bei Bewegung mit hohen Drehzahlen einwandfrei abdichtet.
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Eine der Lösungen ist in dem DWP 62 972 - Az. WP 47 f/ 126 499 dargestellt,
wobei sich bei hohen Drehzahlen eine Berührungsdichtung in eine berührungslos arbeitende
Spaltdihtung umwandelt. Dieser Wellendichtring weist bezüglich seiner Funktion und
seiner Fertigung Mängel auf.
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Sowohl das metallische Dicht ungs gehäuse als auch der metallische
Bandagenring und die Feder sind den korrodierenden Einflüssen des abzudichtenden
Mediums ausgesetzt.
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Die Wirkungsweise des Abhebevorganges wird dadurch beeinträchtigt
und es besteht außerdem die Gefahr, daß Bruchstücke der aus hochwertigem Stahl hergestellten
Feder
zwischen andere sich in Rotationsbewegung befindliche Spaltdichtungs und Lagerteile
kommen und erhebliche Schäden verursachen können. Dabei ist auf Grund des zur Verfügung
stehenden Platzes für die Feder einerseits und dem technologisch begrensten Verhältnis
von Drahtstärke und Außendurchmesser der Feder andererseits die nutzbare Größe der
als Radialkraftanteil der Fliehkraft entgegenwirkenden Federkraft außerordentlich
gering.
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Aus dem komplizierten Aufbau dieses Wellendichtringes resultiert eine
aufwendige Herstellungstechnologie. Der aus elastischem Material bestehende Dichtungsring
kann nur durch klemmen oder nachträgliches Kleben zwischen dem 3andagenring und
dem Dichtungsgehäuse fixiert werden. Bei einer Klemmverbindung wird der Dichtun'?;sring
nur im bei reich der Sitzfläche des Dichtungsgehäuses auf der Welle festgehalten
und gewährleistet keine definierten inspannbedingungen für das Abheben bei einer
vorbestimmten Drehzahlt Der metallische Sitz zwischen .i3elle und i)ichtungsge häuse-bedingt
neben einer außerordentlich präzisen Fertigung der Metallteile auch eine besonders
steife konstruktive Ausführung, um einen einwandfreien dichten Sitz auch bei hohen
Drehzahlen an dieser Sekundärdichtfläche zu sichern.
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Zweck der Erfindung ist die Beseitigung oder Minderung der erkannten
Nachteile durch eine zweckmäßigere Dichtelementenkonstruktion, die
innerhalb
der Betriebszeit ein weitgehend definiertes reproduzierbares Arbeiten ermöglicht,
eine längere Lebensdauer verspricht und damit die Produktionsausfallzeiten der jeweiligen
Maschine senkt und eine technologisch einfachere und damit ökonomischere Dichtelementfertigung
zuläßt0 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Beriirungs-Spaltdichtung
speziell zur Abdichtung an zellen und Zapfen mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten
zu entwickeln, bei der jeder korrodierende Einfluß des abzudichtenden Mediums an
den Elementen der Dichtung ausgeschlossen ist. Der Sitz der Dichtung ist durch unterschiedliche
XerkstofSpaarung der Dichtung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß sie in allen ihren Teilen
korrosionssicher ist, das ringförmige Dichtteil infolge der Fliehkraft eine begrenzte
Verschiebung in radialer Richtung durchführt und das der Fliehkraft entgegenwirkende
Element ein auf Druck beanspruchter Ring unterschiedlichen tuerschnitts aus reinem,gefüllbem
oder verstärktem makromolekularem Material ist, der durch die maßlioh gegebene Dimensionierung
und stofflich gegebene Härte dieses Ringes und des Dichtteiles die Begrenzung
eines
vorbestimmten abhebespaltes sichert, wobei durch die Gestaltung der Seitenflachen
von Dichtteil und rotierendem Aufnahmeteil sowie des stillstehenden Gleitgegenteiles
ein En-tweichen des abzudichtenden Mediums durch Fliehkraft- und Schwerkraftwirkung
von der Abdichtstelle weg bewirkt wird.
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Dichtteil und Versteifungselement sind fest miteinander durch Vulkanisieren
oder kleben u. a0 Verfahren berbunden und dadurch sowohl ein reproduzierbares Abheben
der üichtlippe, die innerhalb oder außerhalb des StRitzteiles angeordnet ist;, an
der Primärdichtfläche ermöglicht, wobei auch ein dichter Sitz an den Sekundärflächen
gewährleistet ist.
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mehrere solcher Dichtungen die entsprechend ihrer Gestaltung bei gleicher
oder unterschiedlicher Umlantsgeschwindigkeit ein Abheben des Dichtteiles durchführen,
sind hintereinander angeordnet0 Die durch das Verhältnis der funktionsbestimmenden
Durchmesser des stillstehenden Gleitteiles und des rotierenden Aufnahmeteiles in
Verbindung mit den Abmessungen des Dichtteiles und des Druckringes gegebene Vorspannung
des Dichtteiles und des Druckringes wird dadurch geändert, daß der funktionsbestimmende
Durchmesser des rotierenden Aufnahmeteiles oder des stillstehenden Gleitteiles einstellbar
- beispielsweise durch eine axial verschiebbare, keglige Gewindebuchee - ausgeführt
wird, wobei die Jeweilige Grenzdrehzahl für das Abheben
durch das
Kurvenmaximum der Temperatur an der Primärdichtfläche bzw. am Abhebespalt als punktion
de Drehzahl und der Zeit experimentell nachzuweisen ist.
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Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsb e isp ielen näher erläutert
werden.
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Fig. 1: Dichtring mit außerhalb des Stützteiles befindlichem Dichtteil,
fixiert in' einem rotierenden Aufnahmekörper, gleitend auf einem stillstehenden
Gleitkörper, Fig. 2s Dichtring mit innerhalb des Stützteiles befindlichem Dichtteil
fixiert auf einer rotierenden Aufnahmewelle und einer rotierenden Aufnahmehülse,
gleitend auf einem stillstehenden Gleitkörper, Fig. 3s Dicht ring mit außerhalb
des Stützteiles befindlichem Dichtteil, fixiert in einem rotierenden Aufnahmekörper,
gleitend auf einer stillstehenden Gleitwelle.
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Im Zustand der Ruhe wirkt die kombinielite Berübrungs-Spalt dichtung
an der Primärdichtfläche 11 als Berührungsdichtung auf Grund einer Vorspannung des
Dichtteiles 1 und des Druckringes 4, die sich aus der Differenz der Höhe dieser
Elemente im nichtdeformierten Zustand und
der Hälfte der Differenz
der funktionsbestimmenden - gegebenenfalls einstellbaren - Durchmesser des Aufnahmeteils
5; 6; 8 und des Gleitteils 9; 10 ergibt. Das spaltlose Anliegen des elastischen
Dichtteils 1 am Gleitteil 9; 10 macht einen Mediendurchtritt an der Primärdichtfläche
11 unmöglich.
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Der aus der Vorspannung resultierenden Radialkraft wirkt aie mit der
Drehzahl wachsende, aus der Masse von Dichtteil 1 und Druckring 4 resultiernde Fliehkraft
entgegen. Uberschreitet bei einer bestimmten Grenzdrehzahl die Fliehkraft die konstruktiv
vorgegebene Radialkraft, kommt es zu einem Abheben des Dichtteils 1 an der Primärdichtfläche
11 bis zu einer ebenfalls konstruktiv vorgegebenen maximalen Spaltgröße. Zu dieser
Arbeitsphase wirkt die kombinierte Berührungs-Spaltdichtung als berührungslose Dichtung.
Die ebenfalls auf die Medienpartikel wirkende Fliehkraft in Verbindung mit der konstruktiven
Gestaltung der Seitenflächen des rotierenden Dichtrings-und AuMnahmeteils 5z 6 8
sowie der Durchmesserabsätze des stillstehenden Gleitteiles 9 10 lenkt einen möglichen
Leckfluß vom Abhebespalt ab Zeichnct man den Verlauf der Temperatur an der Primardichtfläche
11 in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Zeit auf, so ergibt sich für die Arbeitsphase,
in der die kombinierte Spalt-Berührungsdichtung als Bertihrungsdichtun; arbeitet,
ein Ansteigen der Temperatur infolge der mit der Drehzahl wachsenden Reibungswärme.
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In der Arbeitsphase, in der die kombinierte Berührung Spaltdichtung
als Spaltdichtung arbeitet, wird die Reibung auf Grund der Berührungslosigkeft zwischen
dem Dichtteil 1 und dem Gleitteil 9; 10 vernachlässigbar gering und führt zu einer
von dem Wärmeübertragungsgegebenheiten des Gesamtsystems abhängigen Temperaturkonstanz,
auch wenn die Drehzahl weiter erhöht wird.