DE2449142C2 - Magnetisch gesteuerter Verschluß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verschluß, der eine Abdichtung zwischen einem Antriebselement und einem angetriebenen Element herstellt, die durch eine ausrückbare Kupplungsvorrichtung verbunden sind, und zwar besonders für den Fall, daß das angetriebene Element ein Rotor eines Kompressors für spezielle Gase, besonders giftige oder gefährliche Gase, ist

Durch einen solchen Verschluß soll die Auskupplung des Antriebselements gegenüber dem Rotor unter Erhaltung der Abdichtung zwischen dem Rotor und der Umgebung ermöglicht werden, beispielsweise zum Zweck der Überprüfung, Wartung oder Reparatur des Antriebselements, ohne daß dabei der Kompressor entleert oder gespült werden muß, dessen Innenvolumen also mit dem giftigen oder gefährlichen Gas gefüllt bleiben kann.

In der nicht vorveröffentlichten DE-OS 23 23 132 der Anmelderin sind bereits Dichtungsvorrichtungen (Verschlüsse) für umlaufende Maschinen dieses Typs beschrieben, die aus einer Ringdichtung bestehen, die in einer zur Drehachse der Maschine senkrechten Ebene angeordnet und in der Arbeitsstellung zwischen einerseits am Rotor vorgesehenen feststehenden Schneiden und andererseits beweglichen Schneiden zusammengedrückt ist die von einem in Richtung der Achse der Maschine beweglichen ringförmigen Halter getragen sind, der durch eine Steuervorrichtung zwischen der Arbeitsstellung, in welcher der ringförmige Halter gegen den Rotor gedrückt wird, und einer Ruhestellung, in der er vor. 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 sehr verschieden sein, je nachdem die Traglagereinheit an Ort und Stelle oder abgesetzt ist.

Außerdem ergeben sich bei größeren Abmessungen 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.

AusderDE-GbmS71 03 127 ist eine Hilfsdichtung für Gleitringdichtungen einer durch den Boden eines Großraumkessels geführten senkrechten Rührwelle, die durch Axialverschiebung der stehenden Rührwelle aus einer unwirksamen in eine wirksame Stellung zu

bringen ist, bekannt Diese Hilfsdichtung besteht aus einer an der Rührwelle innerhalb des Kessels befestigten Verschlußscheibe, die an ihrem Umfang eine mit Schneiden ausgebildete Dichtleiste aufweist, welche mit einem im Kesselboden vorgesehenec Dichtring zusammenwirken kann. Die Einschaltung der Hilfsdichtung erfolgt rein mechanisch durch das Absenken der Rührwelle selbst, welches erhebliche Vorkehrungen, Arbeite- und Zeitaufwand erfordert

Aufgabe der Erfindung ist nun, einen Verschluß der eingar gs angegebenen Art zu schaffen, der bei mindestens gleicher Betriebssicherheit einfacher als die bisher bekannten Verschlüsse ausgebildet ist und bei dem die Schließkraft genau bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Verschluß der oben angegebenen Art mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Der erfindungsgemäße Verschluß weist so eine Kombination von drei besonderen Elementen auf, die mit ihren verschiedenen Funktionen «susammenwirken, und zwar besonders eine Ringdichtung, welche das Abdichtungselement bildet, eine magnetische Steuerung, welche einen beweglichen Halter verschiebt, und elastische Vorrichtung, 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

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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 abstützt und auf letztere eine Kraft in Richtung der Ringdichtung ausübt

Der erfindungsgemäße Verschluß wird durch die folgende Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert Die Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnungen. Hierin zeigt

F i g. 1 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Verschlusses in seiner Ruhestellung,

F i g. 2 den gleichen Verschluß wie F i g. 1 in seiner Arbeitsstellung;

F i g. 3 in Form eines Diagramms die vom erfindungsgemäßen Verschluß entwickelten Schließkräfte;

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

die F i g. 5 und 6 schematisch eine Ausführungsform der es im erfindungsgemäßen Verschluß benutzten magnetischen Vorrichtungen.

Die F i g. 1 und 2 zeigen im Schnitt einen zwischen einem Antriebsmotor 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.

In der gezeigten Ausführungsform wird die Nabe 1 des Rotors des Kompressors von einer Welle 2 angetrieben. Der erfindungsgemäße Verschluß soll die Abdichtung zwischen der Nabe 1 und der Gehäuse 3 dieses Kompressors bewirkea

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, in der die Dichtung gegen die mit der Nabe 1 des Rotors fest verbundenen feststehenden Schneiden 6 gedrückt ist 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 ihrem Außendurchmesser an den beweglichen Schneiden ab und 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 Magnetvorrichtungen, welche zur Erzeugung einer Anziehungskraft 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, so daß ein Luftspalt Jo 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 /opraktisch den Wert Null erreicht

In dieser neuen Stellung, 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 Unterlegscheibe 9 entwickelt Diese Scheibe ist so gewählt, daß

' für eine Stauchung derselben entsprechend der Verschiebungsstrecke des beweglichen Halters und unter Berücksichtigung der Kompression oder Stauchung der Ringdichtung die erhaltene Kraft für die Nutzungsbedingungen der Maschine ausreicht, d. h. daß jedes Austreten von giftigem Gas aus dem Gehäuse nach außen unbedingt verhindert wird.

Die im Verschluß entwickelten Kräfte sind im Diagramm der F i g. 3 dargestellt, wo als Ordinaten die Kräfte in daN (DekaNewton) und als Abszissen der Abstand (d. h. die Spaltweite) in Millimeter, welcher den beweglichen Halter 5 von der Nabe 1 des Rotors trennt, angegeben sind.

In dieser F i g. 3 zeigt die mit ausgezogenem Strich dargestellte Kurve die zwischen dem beweglichen Halter 5 und der Nabe ! des Rotors vorhandene Anziehungskraft. Diese Kraft ist die Resultierende der Magnetkraft und des umgekehrt gerichteten Gewichts des beweglichen Halters. Die gestrichelt gezeichnete Kurve gibt den von der federnden Unterlegscheibe 9 entwickelten Schließdruck wieder. Die strichpunktiert gezeichnete Kurve zeigt die Resultierende der Anziehungskraft und der Schließkraft, wie oben angegeben gewählt ist.

Wie diese Diagramme zeigen, ist die von der federnden Unterlegscheibe 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 Unterlegscheibe 9 kompensiert zum großen Teil die Relaxation, welche durch das Eindringen der Schneiden in die Ringdichtung erfolgt. Insgesamt sind die Chrakteristiken der Scheibe so gewählt, daß die erzwungene Biegung in der offenen Stellung des Verschlusses geringer als die Anziehungskraft ist, wenn der Luftspalt zwischen der Ringdichtung und den Schneiden auf den Wert Null gebracht ist.

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

Die im betrachteten Verschluß vorzugsweise verwendeten, die magnetische Anziehungskraft liefernden Vorrichtungen sind schematisch in den F i g. 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 aui diesen Kernen angeordnete Spulen 17 und 18 getrennt gespeist sind.

Gemäß der Anordnung der F i g. 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 Magnetflüsse, die sich aufheben. Es geht keine Kraftlinie mehr durch die Nabe 1 des Rotors und den Luftspalt, der sie vom Halter 5 trennt, 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. Ruhestellung geht.

Außerdem ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 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 Arbeitsweise 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 Null 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 Gehäuse, so daß die Arbeitsweise des Verschlusses von der relativen Stellung des Rotors bezüglich des Gehäuses nicht beeinflußt wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 Patentansprüche:

1. Verschluß für den Rotor einer umlaufenden, ein schädliches Medium fördernden Maschine, bestehend aus einer Ringdichtung, die in einer zur Drehachse der Maschine senkrechten Ebene angeordnet und in der Arbeitsstellung zwischen einerseits feststehenden, am Rotor vorgesehenen Schneiden und andererseits beweglichen, von einem in Richtung der Achse der Maschine zwischen einer Ruhestellung, wo er vom Rotor entfernt ist, und der Arbeitsstellung beweglichen Halter getragenen Schneiden eingeklemmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Halter durch magnetische Vorrichtungen zwischen der Ruhestellung und der Arbeitsstellung, wo er mit dem Rotor durch magnetische Anziehungskräfte fest verbunden ist, bewegbar ist und daß die beweglichen Schneiden (8) mit dem beweglichen Halter (5) durch elastische Vorrichtungen (9) verbunden sind, welche in Richtung der feststehenden Schneiden (6) einen Schließdruck ausüben, der einen geringeren Wert als die magnetische Anziehungskraft hat

2. Verschluß nach Anspruch 1, dadurch 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 Weicheisenanker verbunden sind und deren Spulen (17,18) so mit Strömen versorgt sind, daß sie in den Spulen einander addierende Magnetflüsse erzeugen, so daß 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 Inneren des Halters angeordnet sind und die Weicheisenanker des Magnetkreises die Oberfläche hervortreten lassen, die in der Arbeitsstellung in Berührung mit dem Rotor ist.

4. Verschluß nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Nabe (1) des Rotors den außerhalb des beweglichen Halters (5) befindlichen Teil des Weicheisenankers des Magnetkreises bildet

5. Verschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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) und mit ihrem Außendurchmesser an den beweglichen Schneiden (8) abstützt und auf diese eine Kraft in Richtung auf die Ringdichtung (4) ausübt.

6. Verschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 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 sind, auf dem sie sich mit einem ihrer Enden abstützen, während sie mit ihrem anderen Ende gegen die beweglichen Schneiden (8) drücken.

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

8. Verschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischen dem beweglichen Halter (5) und dem festen Gehäuse (3) der Maschine durch einen Balgen (11) erfolgt