DE2363661A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

—"""" Patentanwälte -—___

Dipl. !ng. F. Wßickmann, >; -—«^

Dipl. Ing. H. WeickmsKR, Dipl. Phys. Or. K. Fincke Dipl. ing. F. Λ. IVeickmsrm, ϋφί. Cham. B. Huber 8 München 27, Möhlsir. 22

DECCA LIMITED Decca House, 9 Albert Embankment, London SE1 7SW, England Dichtungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung für eine drehbare Welle und insbesondere auf eine Dichtungsanordnung für die Verwendung zwischen zwei Bereichen, die Arbeitsfluids bei unterschiedlichen Drucken enthalten.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie eine besonders wirksame Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art auf relativ einfache Weise aufzubauen ist.

Gemäss der Erfindung 1st eine Dichtungsanordnung für die Verwendung zwischen zwei Bereichen, die mit verschiedenen Drucken auftretende Arbeitsfluids enthalten, vorgesehen« enthaltend eine drehbare Welle, ein die Welle umgebendes Dichtungselement, eine erste Dichtung mit einem ersten schraubenförmigen Durchgang zwischen dem Dichtungselement und der Welle, eine die Welle umgebende zweite Dichtung, die von der ersten Dichtung in Abstand vorgesehen ist, und Einrichtungen, die ein Dichtungsfluld. an die Welle zwischen der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung abgeben.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine AusfUhrungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

Im folgenden wird als Beispiel eine Dichtungsanordnung für ein Rotorgehäuse beschrieben, welches Luft mit atmosphärischem Druck oder darüberllegendem Druck enthält Ujnd welches eine Motorantriebswelle enthält, die sieh in ein Hochvakuum hinein erstreckt. l@i diesem Beispiel wird die Welle als sich in nur einer Richtung drehend angesehen.

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Gemäss Fig. 1 wird eine Welle 1 von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben, der in einem geschlossenen Bereich 2 enthalten ist, in welchem Luft mit einem Druck P₁ vorhanden ist. Die Luft ist entweder für Kühlzwecke vorhanden oder infolge einer Luftlager-Auslass«Strömung. Die Welle ist so angeordnet, dass sie sich in einem zweiten Bereich 3 dreht, in welchem ein Hochvakuum herrscht. Ein Dichtungsring 4 umgibt die Welle mit einem geringen Zwischenraum. Der Dichtungsring % ist in einem Gehäuse 5 untergebracht, welches entweder einen Teil des Rotorgehäuses bilden kann oder welches für den Einsatz in eine geeignete Bohrung in dem Rotorgehäuse geeignet sein kann, und zwar unter Verwendung herkömmlicher Dichtungseinrichtungen.

Durch einen in dem Gehäuse vorhandenen Raum 6 1st eine Dichtungsfluidqueüe vorgesehen. Dieser Raum ist mit einem externen Vorratsbehälter 7 verbunden, um geringe Verluste des Dichtungsfluids auszugleichen, die auftreten können. Ein Ventil 8 kann vorgesehen sein, um den Dlchtungsfluldstrom aus dem Vorratsbehälter 7 in Abhängigkeit von der Druckdifferenz oder von einem Fluidpegelkrlterium zu steuern. Ein Durchgang 9 verbindet den Raum bzw. Zwischenraum 6 mit einem zweiten Durchgang 10 in dem Dichtungsring 4, der seinerseits mit einer ringförmigen Nut 11 in der Innenfläche des Dichtungsrings verbunden ist. Diese Nut ist zwischen zwei gegenüberliegenden schraubenlinienförmigen Nuten 12 und 13 vorgesehen, die in der Innenfläche des Dichtungsrings 4 gebildet sind und die

so angeordnet sind, dass das Dichtungsfluld auf der Innenfläche des Dichtungsrings 4 versucht, durch die schrauben-" linienförmigen Nuten 12 und 13 zu der ringförmigen Nut 11 hin zu fliessen, wenn die Welle sich dreht· Die Anordnung der schraubenlinienf örmigen Nuten kann unter Berücksichtigung normaler StrOmungsgleichuiigen bestimmt werden, die in dem Fall, dass sie genau in Beziehung gesetzt werden, die Be-

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Stimmung von optimalen Abmessungen für vorgegebene physikalische Grenssbedingungen ermöglichen«

Das DIchtungsfluid, welches s.vm Beispiel ein Mochvakuum-Difusionspumpen-Öl sein kann, wird durch eine den Bereich mit dem Raum 6 verbindende Druckabzweigimg 14 auf dem Druck P₁ gehalten.

Wenn die Welle stillsteht, versucht das Diehtungsfluid mit Rücksicht darauf, dass über der schrauhenlinienförmigen Nut 13 keine Druckdifferenz vorhanden ist, unter Kapillarwirkung langsam nach unten auszulaufen. Eine Druckdifferenz über der Hut 12 ruft ein® langsame Strömung des Dichtungsfluids längs der schraubenlinienförsiigen bzw. schraubenförmigen Nut 12 hervor, wobei das betreffende Diehtungsfluid sich in einem Raun 13 in d@ia Gehäuse 5 oberhalb der Nut 12 ansammelt. W@n» die Well© wieder gedreht wird» wird «las Fluid , dae sich in d@m Ram 15 angesammelt het_F durch di© schraub ©»linienförmige Mut 12 %a der ringförmigen Hut 11 nurückg©pumpt. Damit tritt kein Auslaufen in den Vakut!Bber©i©ii 3 infolg® ©in©r FltaidstrSraung auf.

Diese Bichtimggaiiordmmg bringt die Yerteil® mit sieh» dass j»gli&fe@g Auslaufen in den TakuiMbereich lediglich infolge des Dompfdrucks des Dichtimgsfluiäs auftritt und dt es keine CouloHbsche Reibung auf di© Welle ausgeübt wird. Die geringe auftretende ¥isk@Bereitung Igt gewöhnlich vernachlässigbpr.

Gemäßf, Fig. 2 wird ®in@ W©11© 1 v©a einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben, der lsi einem umschlossenen Bereich 2 enthalten ist, in welches Luft »it einem Druck von P^ vorhanden ist. Die Welle 1 ist dabei so angeordnet, dass sie sich in einem zweiten Bereich 3 dreht» in welchem wie bei

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der Ausführungsform nach Fig. 1 ein Hochvakuum herrscht. Die Welle 1 besteht aus zwei Teilen 1a und 1b von unterschiedlichem Auesendurchmesser; zwischen den beiden Teilen ist in der Welle ein Absatz 16 vorgesehen.

Ein in einem Gehäuse 18 untergebrachter Dichtungsring 17 umgibt den Teil 1a der Welle nahe des Absatzes 18. Ein in dem Gehäuse 18 vorgesehener Durchgang 19 verbindet eine Dichtungsfluidquelle (nicht gezeigt), die ähnlich der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Quelle ist, mit einer ringförmigen Nut 20, die in dem Gehäuse 18 vorgesehen ist. Damit ist eine Verbindung zu den gegenüberliegenden schraubenlinienförmigen Nuten 21 und 22 hergestellt, die in der Innenseite des Dichtungsrings 17 gebildet sind. Diese schraubenlinienförmigen Nuten erfüllen dieselbe Funktion wie die Nuten 12 und 13 bei der vorhergehenden Ausführungsform, indem sie eine Dlchtungsfluidströmung zu einer ringförmigen Nut 23 hin bewirken, die in dem Dichtungsring zwischen den Nuten 21 und 22 vorgesehen ist· In einer Nut 26 auf der Seite niederen Druckes der Anordnung bzw. in der Nut 20 sind Lippen- bzw. Kantendichtungen 24 und 25 vorgesehen, von denen die Kantendichtung 24 auf den Wellenteil 1a einwirkt und von denen die Kantendichtung 25 an dem Wellenteil 1b anliegt. Die Kantendichtung 25 verhindert das Eintreten des Dichtungsfluids in den Bereich 2.

Die Verwendung der Lippen- bzw. Kantendichtungen 24 und verhindert das Auftreten eines Fluidlecks zwischen den Bereichen 2 und 3 während relativ langer Zeitspannen, während dersr die Welle stillsteht. Die Lippen- bzw. Kantendichtung 25 trennt das Dichtungsfluid von dem Fluid im Bereich 2. Das Fluid i» Bereich 2 und das Dichtungsfluid können auf Druck gebracht sein wie bei der Ausführungsform 1, so dass kein Leck auftritt. Ein Leck bzw. Ent-

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weichen des Diehtusagsfluids zu den scliraubenllnienförmigen Nuten 21 und 22 hin ist durch die Lippen·» b__zw. Kantendichtung 24 verhindert, welche auf Kosten einer verstärkten Diehtungsfluidströraung weggelassen werden kann. Der Typ der verwendeten Lippen·» bzw» Kantendichtung ist in Abhängigkeit von der Anwendung der Dichtungsanordnung ausgewählt; er kann entweder Yorwärts« ©der Rüekwärts-Druekgradienten mit sich bringen, di® @in© richtige Füllung der Schraubenlinienföraigen Nuten 21 und 22 gewährleisten.

Die Druckdifferenz über der dichtung 24 und 25 wi linienförmige Hüten aufgehoben so dass die Reibung und abnutzung vermindert sind

Lippen*» bzw«. Kanten»
PiMpwirkung der schraubenwelle 1 sieh dreht, - bzw. Kantendichteii-

Bei ¥@rwendung dieser Anordnung mag ®& nieht ®i»forderlch sein_g d®n Druck des Diehtungsf luids bei u®m Druckwert P₁ der Luft in aem Bereich 2 mittels innerer B@lüftungsl8cher aufrecht zu halten, wie dies b©i der Ausführungsfora nach Fig. 1 der Fall ist.

In Fig. 3 ist eine weiter® Ausführungsfora der Erfindung gezeigt, geslss der #ie bei den beiden vorhergehenden Aueführungsformen eine Welle 1 von eines Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird, der in einem umschlossenen Bereich 2 enthalten ist, in welchem Luft mit einem Druck P₁ vorhanden ist. Die Welle ist dabei so angeordnet, dass sie sieh in einem zweiten Bereich 3 dreht, in welchem ein Hochvakuum herrscht.

Bei dieser Ausführungsform sind zwei Lippen·» bzw. Xanten» dichtungen 30 und 31 in einem Gehäuse 32 unterhalt} eines Dichtungsrings oder Ringlagers 33 vorgesehen» welches die Welle 1 umgibt« Eine sshraubenlinienfurmige Mut 34 1st

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in der Innenseite des Dichtungsrings 33 vorgesehen! diese Nut dient dazu, eine DichtungsfluidstrSmung zu den Lippenbzw. Kantendichtungen 30 und 31 hin zu leiten, wenn die Welle 1 sich dreht. Die Kantendichtungen 30 und 31 sind durch einen Abstandsring 35 voneinander in Abstand vorgesehen, der mit einem radialen Durchgang 36 mit einem Durchgang 37 in dem Gehäuse 32 verbunden ist. Der Durchgang 37 ist an einer Dichtungsfluidquelle (nicht gezeigt) angeschlossen, die ein Vorratsbehälter oder eine Anordnung sein kann, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Diese Anordnung ermöglicht dem Dichtungsfluid, zwischen die schraubenlinienförmige Nut 34 und die untere Kantendichtung 30 unterhalb der oberen Kantendichtung 31 zu gelangen.

Unter normalen Umständen wird das Dichtungsfluid in der Dichtungsfluidquelle auf einem Druck gehalten, der nahezu gleich dem Druck P^ ist, das 1st der Druck in dem Raum Unter normalen Bedingungen ist somit unabhängig davon, ob die Welle sieh dreht oder nicht die untere Kantendichtung nicht einem über ihr vorhandenen Differenzdruck ausgesetzt. Deshalb wirkt die betreffende Dichtung in der Weise, dass sie das Eintreten des Dlchtungsfluids in den Raum 2 verhindert. Wenn in einem Notzustand die obere Dichtung 31 aus irgendeinem Grunde ausfällt, während die Well· stillsteht, sinkt somit der Druck oberhalb der Kantendichtung 30 ab, welche als gerichtete Dichtung wirkt und verhindert, dass das Fluid, da· ist Luft in dem Raum 2, in den Raum 3 eindringt. Die obere Dichtung 31 verhindert normalerweise jegliche Dlchtungsfluidstrumung nach oben durch die schraubenlinienüAige Nut 34, wenn die Welle stilateht. Da jedoch eine perfekte Abdichtung nicht immer möglich 1st, führt jegliches Leck des Dichtung «fluids, des aufgrund der Druckdifferenz über der Kantendichtung 31 und der Nut 34 auftritt, zu einer Sammlung in einem Raum 38 oberhalb des Dichtungsringe 33· Diese Ansammlung des Dlchtungsfluids wird durch die »chifeubenlinienfurmlge Nut 34 wieder zu den

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Kantendichtungen 30 und 31 nach unten gepumpt, wenn die Welle wieder gedreht wird* Das Diehtungsfluid kann zu der Quelle dadurch zurückkehren»das© @& an der Esntendichtung 31 vorbei nach unten g®l@itet wird ©der dass es durch einen gesonderten Durchgang (nicht gezeigt) geleitet wird, der in dem Gehäuse für diesen Zw@ck vorgesehen sein kann. Zn allgemeinen verbleibt ein gewisser Anteil des Dichtungsfluids in der achraubenlinienfönaigen Nut 34 aufgrund der Druckdifferenz über dieser Nut, da die nach unten erfolgende Fluidströmung aufhört, wenn der durch die Pumpwirkung hervorgerufene Druck der statischen Druckdifferenz über der sch£aubenlinienfÖrmigen Nut gleichkömmt.

Oberhalb des oberen Raumes 36 ist eine Abdeckung 39 vorgesehen, die das Dichtungsfluid in dem Raum 38 festhält, so dass die Anordnung erforderlichenfalls für eine kurze Zeitspanne ohne einen Nachteil umgedreht werden kann. Die Abdeckung 39 ist mit einem zusätzlichen Teil 40 versehen, um jegliches Dichtungsfluid, welches unter Oberflächenspannungskräften die Welle heraufwandern kann, aufzufangen bzw. festzuhalten. Ferner kann ein "Spritzring^B 41 vorgesehen sein, um das Dichtungsfluid in den Teil 40 zu leiten, wenn di@ Welle sich drehte Von diesem Teil aus kann das Dichtungsfluid durch eine in der Abdeckung 39 vorgesehene Durchtrittsöffnung 42 in den Raum 38 zurückkehren.

Eine der für di© in Fig. 3 dargestellte Anordnung beschriebenen Abdeckungsanordnung entsprechende Abdeckungsanordnung kann bei der Anordnung vorgesehen sein, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, und zwar unter Umständen, die es erforderlich machen, die Anordnung zum Beispiel für kurze Zeitspannen umzudrehen.

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   Dichtungsanordnung für die Verwendung zwischen zwei Bereichen, die unterschiedliche Drucke besitzende Arbeitsfluids enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehwelle(1) vorgesehen ist, die von einem Dichtungselement (4) umgeben ist, dass zwischen dem Dichtungselement (4) und der Welle (1) eine erste Dichtung vorgesehen ist, die einen ersten schraubenlinienförmigen Durchgang (12) enthält, dass in Abstand von der ersten Dichtung die Welle (1) von einer zweiten Dichtung (13) umgeben ist und dass Einrichtungen (6, 9,10) vorgesehen sind, die ein Dichtungsfluid an die Welle (1) zwischen der ersten Dichtung (12) und der zweiten Dichtung (13) abgeben.
2. 2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (13) einen zweiten schraubBslinienförmigen Durchgang (13) enthält, der gegenüber dem ersten achraubenlinienförmlgen Durchgang (12) vorgesehen ist, welcher zwischen dem Dichtungselement (4) und der Welle (1) angeordnet ist.
3. 3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste cchraubenlinienförmige Durchgang

   (12) und der zweite schraubenlinienförmige Durchgang

   (13) jeweils durch eine schraubenlinienförmige Nut in der Oberfläche des Dichtungselements (4) gebildet sind, welches dl· Welle (4) umgibt.
4. 4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. dass zwischen der ersten Dichtung (24) und der zweiten Bislitang (25) eine dritte, die Welle (1) umgebende Dichtung (17) vorgesehen ist und dass die Einrichtung (19)

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   zur Abgabe des Dichtungsfluids an die Welle (1) so angeordnet ist, dass die Abgabe des Dichtungsfluids zwischen der zweiten Dichtung (25) und der dritten Dichtung (17) erfolgt,
5. 5. Diefetamgsiinordraiiig »@ch tespmeh 4_g dadurch gekennzeichnet, dass die zweit© Dichtung (25) ©ine Lippendichtung ist.
6. 6«, Dichtungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5₉ dadurch

   dass die dritte Dichtung (17) einen

   dritten schraub©nlinienf8raig@B Durchgang (22) aufweist₈ der zwischen de® Dielatmgseleeeiit (17) und der Welle (1) vorgesehen ist und ©ntgegeng©setzt zu dem ersten scliraubenlinlenf örmigen Durchgang (21) verläuft«
7. 7. Dichtungsanordnung mach Anspruch G₉

   dass der erste und dritte seiiratabenliaiegifSmiig© Durchgang ä^s>^J@ils als Nut in übt Oberfläefee :übb die Welle (1) Dichtungs@l@mehts (17) ansg©bildet sind.
8. 8. DIelatungsanordnung nach iaspruch 6 od©r 7 g dadurch jgekeimzeichnat» dass auf der S©it© der ©rsten Dichtung ia Abstand von der zweiten Dichtung eine weitere Lippen dichtung vorgesehen ist,
9. 9. Dicfetiungsenordming nach Anspruch 4 oder 5_t dadurch gekennzeichnet. da^s die dritte Dichtung eine dritte Lippendichtung ist.
10. 10. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9® dadurch gekennzeichnet« dass ein Gehäuse (5$ 181 32) vorgesehen ist₀ welches das Dichtungselement und die erste und zweite Dichtung festhält₉ dass die Well® (1) dnvGh. eine in dem Gehäuse (51 1Bg 32) vorgesehene Bohrung hindurchragt und dass di© für die Abgabe des

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    Dichtungsfluids an die Welle (1) vorgesehene Einrichtung mit weiteren, in dem Gehäuse gebildeten Durchgängen (14) verbunden ist, die in die Bohrung hineinführen.

    11· Dichtungsanordnung nach Anspruch 1O₉ dadurch gekennzeichnet. dass in dem Gehäuse (5| 32) neben dem Dichtungselement eine Kammer (15; 38) auf derjenigen Anordnungeseite vorgesehen ist, velche sich neben dem Bereich befindet, der ein Arbeitsfluid bei einem relativ niederen Druck enthält.

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