DE2449142A1

DE2449142A1 - Magnetisch gesteuerter verschluss

Info

Publication number: DE2449142A1
Application number: DE19742449142
Authority: DE
Inventors: Claude Duquenne
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1973-10-19
Filing date: 1974-10-16
Publication date: 1975-04-24
Also published as: BE821114A; US3931976A; CA1014997A; FR2248733A5; SE407271B; SE7413065L; DE2449142C2; IT1022958B; GB1444499A

Description

FATEINTANWALT J I I Q 1 / O DR. HANS ULRICH MAV

8 München 22, Thierschstr. 27 Telefon (089) 22 50 51

S=53-P-1A322 München, den 16. Oktober 1974

B'^4S S ^37T**" Dr.M./cs

Societe Nationale d'Etude et de Construction de Moteurs I

d^fAviation in Paris/Frankreich j

j Magnetisch gesteuerter Verschluß

Die Erfindung betrifft einen Verschluß _f der eine Abdichtung zwischen einem Antriebselemeut und einem angetriebenen Element herstellt„ die durch eine auskuppelbare Kupplungsvorrichtung verbunden sind,, und zwar besonders „ wenn das angetriebene Element ein Rotor eines Kompressors für spezielle Gase_s besonders giftige oder gefährliche Gase, ist.

Durch die Erfindung soll die Auskupplung des Antriebselements gegenüber dem Rotor unter Erhaltung der Abdichtung zwischen dem Rotor xmd 3er Umgebung ermöglicht werden₈ beispielsweise zum Zweck der Revisions Wartung oder Reparatur des Antriebselements„ öime daß dabei der Kompressor entleert oder gespült werden hiu3„ dessen innenvolumen also mit dem giftigen oder gefährlichen Gas gefüllt bleiben kann.

Es sind bereits Verschlüsse für umlaufende Maschinen dieses Typs bekannte die aus einer Ringdichtung bestehen, die in einer zur Drehachse des Kompressors senkrechten Ebene angeordnet und in der Arbeitsstellung zwischen einerseits am Rotor vorgesehenen festste«

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henden schneiden und andererseits beweglichen schneiden zusammengedrückt ist, die von einem in Richtung der Achse der Haschine beweglichen ringförmigen Halter getragen sind der durch eine Steuervorrichtung zwischen der Arbeitsstellung» in der der ringförmige Halter gegen den Rotor gedrückt wird, und einer Ruhestellung, in der er von ihm entfernt bleibt, verschiebbar ist.

Bei solchen Verschlüssen erhält man die Schließkraft im allgemeinen durch die Wirkung einer Feder, die mit einem die Feder freigebenden oder zusammendrückenden Mechanismus zusammenwirkt. Dieser Mechanismus, der außerdem die Funktionen der Verriegelung und Entriegelung erfüllt, wird im allgemeinen durch Vorrichtungen, die einen hydraulischen Druck benutzen, gesteuert. Bei solchen Anlagen wirkt der Schließdruck zwischen dem Rotor und dem Maschinengehäuse. Daraus ergibt sich besonders bei Maschinen mit senkrechter Achse, also dem häufigsten Fall, daß der Schließdruck vom Gewicht des Rotors abhängt. Dieses Gewicht kann innerhalb erheblicher Grenzen schwanken, je nachdem die Traglagereinheit an Ort und Stelle oder abgelegt ist.

Außerdem ergeben sich bei größerer Abmessung der mit einem solchen Verschluß auszurüstenden Maschine infolge des Gewichts der Traglagereinheit und des damit oft verbundenen Elektromotors Schwierigkeiten bei der Verschiebung und beim Halten der Gesamtanordnung.

Erfindungsgemäß soll nun ein Verschluß geschaffen werden, der einfacher als die bisher bekannten Verschlüsse gebaut ist und bei dem die Schließkraft genau bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Verschluß für den Rotor einer umlaufenden Maschine, der ein schädliches Medium fördert, wobei der Verschluß aus einer Ringdichtung besteht, die in einer zur Drehachse der Maschine senkrechten Ebene angeordnet ist und in der Arbeits-

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stellung zwischen einerseits feststehendem am Rotor vorgesehenen Schneiden und andererseits beweglichen Schneiden eingeklemmt ist,. wobei die beweglichen Schneiden von einem in Richtung der Achse der Maschine beweglichen ringförmigen Halter getragen sind und der bewegliche Halter unter der Wirkung von magnetischen Vorrichtungen zwischen einer Ruhestellung, wo er vom Rotor entfernt ist, und der Arbeitsstellung, wo er durch magnetische Anziehungskräfte mit diesem fest verbunden ist, verschiebbar ist, wobei dieser Verschluß erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die beweglichen Schneiden mit dem beweglichen Halter durch elastische Vorrichtungen verbunden sind,, welche in Richtung der feststehenden Schneiden einen Schließdruck ausüben, der geringer ist als die magnetische Anzie= hungskraft.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen·

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die magnetischen Vorrichtungen, welche den beweglichen Halter verschieben, aus mindestens einem Paar von Elektromagneten, deren parallele Kerne aus einem permanent magnetischen Material hergestellt und durch Weicheisenanker verbunden sind und deren Spulen so mit Strom versorgt sind, daß in den Spulen Magnetflüsse erzeugt werden» die sich addieren„ um je nach der Richtung der Flüsse eine Anziehungskraft mit einem positiven Wert oder dem Wert Null zu erhalten.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung bestehen die elastischen Vorrichtungen, welche die beweglichen Schneiden mit dem beweglichen Halter verbinden, aus mindestens einer federnden Unterlegscheibe, die sich mit ihrem innendurchmesser am beweglichen Halter und mit ihrem Außendurchmesser an den beweglichen Schneiden ab-

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stützt und auf letztere eine Kraft in Richtung der Ringdichtung ausübt.

Der erfindungsgemäße Verschluß weist so eine Kombination von drei besonderen Elementen auf, die mit ihren verschiedenen Funktionen zusammenwirken _Ρ und &war besonders eine Ringdichtung, welche das Abdichtungselement bildet, eine magnetische Steuerung, welche einen beweglichen Halter verschiebt₈ und elastische Vorrichtungen, welche eine nachgiebige Verbindung zwischen den beweglichen Schneiden, die sich gegen die Dichtung andrücken, und dem Halter herstellen, wobei insgesamt ein bestimmter Schließdruck erhalten wird, der unabhängig von möglichen Veränderungen des Luftspalts im magnetischen Steuerungssystem des beweglichen Halters ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verschlusses ergeben sich aus der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele, Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Hierin zeigen;

- Fig. 1 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Verschlusses in seiner Ruhestellungj

- Flg. S den gleichen Verschluß wie Pig. I in seiner Arbeitsstellung;

- Fig. 3 in Form eines Diagramms die vom erfindungsgemäßen Verschluß entwickelten Schließkräfte;

- Fig. 4 eine abgewandelte Ausftihrungsform des Verschlusses mit einer anderen Ausbildung der elastischen Vorrichtung;

- die Figuren 5 und 6 schematisch eine Ausführungsform der im erfindungsgemäßen Verschluß benutzsten magnetischen Vorrichtungen.

Die Figuren 1 und 2 zeigen im Schnitt einen zwischen einem Antriebs-

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motor und einem Rotor eines Kompressors für giftige oder gefährliche Gase eingebauten Verschluß. Der Antriebsmotor ist mit dem Kompressor durch eine nicht gezeigte abtrennbare Kupplungsvorrichtung verbunden,

die

In der gezeigten Ausführungsform v/ird/Nabe 1 des Rotors des Kompressors von einer Welle 2 angetrieben. Der erfindungsgemäße Verschluß soll die Abdichtung zwischen der Nabe 1 und dem Gehäuse 3 dieses Kompressors bewirken.

Der Verschluß weist eine '.Ringdichtung 4 auf» die in einer zur Drehachse des Rotors 1 des Kompressors senkrechten Ebene angeordnet und von einem beweglichen ringförmigen Halter 5 gehalten ist» der sich unter der Wirkung der magnetischen Steuerungsvorrichtung zwischen einer Arbeitsstellung ₉ in der die Dichtung gegen die mit der Nabe 1 des Rotors fest verbundenen feststehenden Schneiden 6 gedrückt ist₈ und einer Ruhestellung„ in der sie von diesen Schneiden 6 entfernt bleibt, verschiebbar ist.

Im betrachteten Beispiel ist die Ringdichtung 4 am beweglichen Halter einerseits durch einen Federring 7 und andererseits durch bewegliche Schneiden 8 gehalten, die selbst mit dem beweglichen Halter durch eine federnde Unterlegscheibe 9 verbunden sind. Diese Scheibe stützt sich mit ihrem Innendurchmesser am beweglichen Halter und mit

und

ihrem Außendurchmesser an den beweglichen Schneiden ab/ übt auf diese eine Kraft in Richtung der Ringdichtung aus.

Ein Balgen 10 verbindet die beweglichen Schneiden 8 dicht mit dem beweglichen Halter 5. Ebenso verbindet ein Balgen 11 den beweglichen Halter 5 dicht mit dem Gehäuse 3 des Kompressors.

Die Magne tvorrichtungeni, welche sur Erzeugung einer Anziehungskraft

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zwischen der Nabe 1 des Rotors und dem beweglichen Halter 5 dienen, sind im Inneren des Halters angeordnet und durch ein Kabel 12 mit Strom versorgt. Die Anker des Magnetkreises treiben die Oberfläche des beweglichen Halters 5 gegenüber der Nabe 1 des Rotors nach oben.

In der Ruhestellung ruht der bewegliche Halter 5 mittels eines Anschlags 13 auf dem Gehäuse 3; sodaß ein Luftspalt J₀ zwischen der oberen Fläche des Halters 5 und der gegenüberliegenden Fläche der Nabe 1 des Rotors definiert ist.

Die Kontrolle des Zustands des Verschlusses erfolgt durch einen Stellungsanzeiger 14» der die Ruhestellung des Verschlusses anzeigt. Dieser Stellungsanzeiger besteht aus einem elektrischen Kontakt, der zwischen einem mit dem beweglichen Halter 5 fest verbundenen Stift 5a und dem Gehäuse 3 des Kompressors angeordnet ist.

Wenn eine Anziehungskraft zwischen der Nabe 1 des Rotors und dem beweglichen Halter 5 auftritt, verläßt der Halter 5 seine Ruhestellung, in der er über den Anschlag 13 auf dem Gehäuse 3 aufliegt und kommt dann mit seiner oberen Fläche mit der Nabe 1 des Rotors in Berührung, wo er fest haften bleibt„ wobei der Luftspalt Jq praktisch den Wert Null erreicht.

In dieser neuen Stellung₉ der Arbeitsstellung, die in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Ringdichtung 4 zwischen einerseits den feststehenden Schneiden 6 und andererseits den beweglichen Schneiden 8 eingeklemmt. Der Verschluß verschließt also das Gehäuse, und der Antriebsmotor und seine Traglagereinheit können abgenommen werden.

Die Schließkraft wird von der federnden Scheibe 9 entwickelt» Diese ist so gewählt, daß für eine Stauchung selbst dieser Scheibe entsprechend der Verschiebungsstrecke des beweglichen Halters und unter Berücksichtigung der Kompression oder Stauchung der Ringdich-

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tung die erhaltene Kraft für die Nutzungsbedingungen der Maschine ausreichtρ d.h. daß jedes Austreten von giftigem Gas aus dem Gehäuse nach außen unbedingt verhindert wird.

Die im erfindungsgemäßen Verschluß entwickelten Kräfte sind im Diagramm der Fig» 3 dargestellt, wo als Ordinaten die Kräfte in daN (a&canewtons) und als Abszissen der Abstand (d.h. die Spaltveite) in Millimeters welcher den beweglichen Halter 5 von der Nabe 1 des Rotors trennt;, angegeben sind.

in dieser Fig. 3 zeigt die mit ausgesogenem Strich dargestellte Kurve die zwischen dem beweglichen Halter 5 und der Nabe 1 des Rotors vorhandene Anziehungskraft. Diese Kraft ist die Resultierende der Magnetkraft und des umgekehrt gerichteten Gewichts des beweglichen Hai·= ters. Die gestrichelt gezeichnete Kurve gibt den von der federnden Scheibe 9 entwickelten Schließdruck wieder. Die strichpunktiert gezeichnete Kurve zeigt die Resultierende der Anziehungskraft und der Schließkraft, die wie oben angegeben gewählt ist.

Wie diese Diagramme zeigen ist die von der federnden Scheibe 9 entwickelte Kraft stets geringer als die Anziehungskraft, welche den beweglichen Halter 5 gegen die Nabe 1 des Rotors zieht. Die Resultierende Kraft ist daher stets so gerichtet, daß sie die Dichtung 4 auf die feststehenden Schneiden drückt, was die geforderte Abdichtung dauernd gewährleistet.

Der Schließdruck wird selbstverständlich in Abhängigkeit vom Durchmesser der Schneiden, ihrem Profil, der Art des die Ringdichtung 4 bildenden Werkstoffs usw. gewählt. Die erzwungene Biegung oder Stauchung der federnden Scheibe 9 kompensiert zum großen Teil die Relaxation, welche durch das Bindringen der Schneiden in die Ringdichtung erfolgt, insgesamt sind die Charakteristiken der Scheibe so gewählt,

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daß die erzwungene Biegung in der o££enen stellung des Verschlusses geringer als die Anziehungskraft ist» wenn der Luftspalt zwischen der Ringdichtimg und den schneiden auf den Wert Null gebracht ist.

In einer in Fig. 4 gezeigten anderen AxisBihruv.igsform ist die federnde Scheibe 9 durch Spiralfedern 20 ersetst, die tonnenförmig um den beweglichen Halter 5 angeordnet sind« Diese Spiralfedern stützen sich also mit ihren Enden auf einem Anschlag 21 _B der zu diesem Zweck am beweglichen Halter 5 vorgesehen ist₉ und an den beweglichen Schneiden 8 ab.

Die im betrachteten Verschluß vorzugsweise verwendeten, die magnetische Ansiehungskraft liefernden Vorrichtungen sind schematisch in den Figuren 5 und 6 gezeigt. Diese Magnetvorrichtungen bestehen vorzugsweise aus mindestens einem Paar Elektromagneten, deren parallele Kerne 15 und 16 aus permanent magnetischem Material hergestellt sind und deren ea?£ diesen Kernen angeordnete Spulen 17 und 18 getrennt gespeist sind.

Gemäß der Anordnung der Fig. 5 erzeugen entsprechende Stromimpulse in den Spulen 17 und 18 in den Kernen 15 und 16 permanente Magnetflüsse in der gleichen Richtung. Daraus folgt» daß diese Flüsse sich addieren und daß die Kraftlinien sich durch den Magnetkreis aus Weicheisen schließen, der von den im inneren des beweglichen Halters 5 gebildeten Ankern und der Nabe 1 des Rotors gebildet wird» wobei zwischen diesem und dem Halter 5 eine magnetische Anziehungskraft auftritt.

Gemäß der Anordnung der Fig. 6 erzeugen die Stromimpulse in den Spulen 17 und 18 in den Kernen 15 und 16 entgegengesetzt gerichtete Flüsse, die sich aufheben. JSs geht keine Kraftlinie mehr durch die Nabe 1 äes Rotors und den .Luftspalt, der sie vom Halter 5 trennt,

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und es tritt infolgedessen auch keine magnetische Anziehungskraft auf.

Eine solche Ausbildung ermöglicht, einzig durch Einschaltung kurzer Stromimpulse in .den Spulen 17 und 18 eine permanente Anziehungskraft zu erzeugen oder aufzuheben«

Wie ersichtlich kann ein solcher Mechanismus mit Vorteil als Antriebsfunktion des Verschlusses dienen, da er keine dauernde Speisung der Spulen erfordert und einen bistabilen Mechanismus bildet, der von einer Verriegelungsstellung in die eine oder andere der Arbeits- bzw» Ruhestellungen geht.

Außerdem ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der außerhalb des beweglichen Halters 5 befindliche Teil des Magnetankers an der Nabe 1 des Rotors befestigt oder allgemeiner gesagt bildet einen Teil desselben. So wirken die beim schließen des Verschlusses auftretenden Kräfte auf die vom Rotor und dem beweglichen Halter gebildete Schleife und brauchen nicht von einem mit dem Rotor fest verbundenen beweglichen Anschlag aufgenommen zu werden. Die Ar« beitsweise und Konstruktion der Maschine sind dadurch vereinfacht und die Betriebssicherheit erhöht, da das im Bereich dieses Anschlags vorhandene axiale Spiel stets sehr gering ist.

Beim Schließen des Verschlusses legt sich der bewegliche Halter 5 beim Luftspalt JJuIl gegen die Nabe 1 des Rotors. So ist die relative Stellung der beiden Teile genau definiert und hängt nicht von einem instabilen Gleichgewicht ab, das sich bei einer anderen Betriebsweise ergeben würde, die ein Schließen bei einem nicht Null betragenden Luftspalt vorsehen würde. Außerdem wirkt keine Kraft auf das Gehäuse₈ sodaß die Arbeitsweise des Verschlusses von der relativen Stellung des Rotors bezüglich des Gehäuses nicht beeinflußt wird.

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Claims

2449U2 Patentansprüche

1. Verschluß für den Rotor einer umlaufenden ₉ ein schädliches Medium fördernden Maschine_s bestehend aus einer Ringdichtung, die in einer zur Drehachse der Maschine senkrechten Ebene angeordnet und in der Arbeitsstellung zv/ischen einerseits feststehenden, am Rotor vorgesehenen Schneiden und andererseits beweglichen» von einem in Rieh«» tung der Achse der Maschine beweglichen Halter getragene Schneiden eingeklemmt ist, wobei der bewegliche Halter unter der Wirkung von magnetischen Vorrichtungen zwischen einer Ruhestellung, wo er vom Rotor entfernt ist, und der Arbeitsstellung, wo er mit diesem durch magnetische Anziehungskräfte fest verbunden ist» beweglich ist₉ dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Schneiden (8) mit dem beweglichen Halter (5) durch elastische Vorrichtungen (9) verbunden sind, welche in Richtung der festen Schneiden (6) einen Schließdrtick ausüben, der einen geringeren Wert als die magnetische Anziehungskraft hat.

2. Verschluß nach Anspruch 1, dadisrch gekennzeichnet, daß die den beweglichen Halter (5) verschiebenden magnetischen Vorrichtungen aus mindestens einem Paar Elektromagneten bestehen, deren parallele Kerne (15,16) aus permanent magnetischem Material hergestellt und durch Wicheisenanker verbunden sind und deren Spulen (17,18) so mit Strömen versorgt sind, daß sie in den Spulen einander addierende Magnetflüsse erzeugen,, sodaß man je nach der Richtung der Flüsse eine magnetische Anziehungskraft erhält, die einen positiven Wert oder den Wert Null hat.

3. Verschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß die den beweglichen Halter (5) verschiebenden magnetischen Vorrichtungen im

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Inneren des Halters ange-orciixet <·άιι<3 unc" di«h Weicheisenanker des Magnetkreises die Oberfläche hervortreten lassen„ die in der Arbeitsstellung in Berührung mit dem Rotor ist.

4. Verschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 3₀ dadurch gekennzeichnet, daß die die beweglichen Schneiden (8) mit dem beweglichen Halter (5) verbindenden elastischen Vorrichtungen aus mindestens einer federnden Unterlegscheibe (9) bestehen, die sich mit ihrem Innendurchmesser am beweglichen Halter (5} uad mit ihrem Außendurchmes= ser an den beweglichen Schneiden (8) abstützt und auf diese eine Kraft in Richtung auf die Ringdichtung (4) ausübt.

5» Verschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 3_S dadurch gekennzeichnet j daß die die beweglichen Schneiden (8) mit dem beweglichen Halter (5) verbindenden elastischen Vorrichtungen aus Spiralfedern (20) bestehen, die tonnenförmig um den beweglichen Halter (5) angeordnet sindο auf dem sie sich mit einem ihrer Enden abstützen, während sie mit ihrem anderen Ende gegen die beweglichen Schneiden (8) drücken»

6. Verschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 5« dadurch gekennzeichnet , daß die Abdichtung zwischen den beweglichen Schneiden (8) und dem beweglichen Halter (5) durch einen Balgen (10) erfolgt.

7. Verschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 6„ dadurch gekennseich«=· net, daß die Abdichtung zwischen dem beweglichen Halter (5) und dem festen Gehäuse (3) der Maschine durch einen Balgen (11) erfolgt.

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