DE2545967A1

DE2545967A1 - Vorrichtung zur abdichtung einer wellendurchfuehrung

Info

Publication number: DE2545967A1
Application number: DE19752545967
Authority: DE
Inventors: Jean Martin
Original assignee: Groupement Activities Atomiques Advancees
Current assignee: Novatome SA
Priority date: 1974-10-21
Filing date: 1975-10-14
Publication date: 1976-04-29
Also published as: DE2545967C2; US4010960A; FR2288909A1; FR2288909B1; GB1515857A

Description

DipL-lng. Jürgen WEINMILLER 14. OKt. 1975

PATENTASSESSOR

SOSPI GmbH

8OOO München 8O
Zeppelinstr. 63

GROUPEMENT POUR LES ACTIVITES ATOMIQUES ET

AVANCEES "GAAA"

20, avenue Edouard Herriot, 92350 LE PLESSIS ROBINSON Frankreich

VORRICHTUNG ZUR ABDICHTUNG EINER WELLENDURCHFÜHRUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abdichtung einer Wellendurchführung durch eine Wand eines Druckgefäßes, be stehend aus der Kombination von einer Doppel-Spiraldichtung, welche zwei gegenläufige, durch eine zentrale Nut voneinander getrennte und mit einer viskosen Flüssigkeit versorgte Spiralkanäle besitzt, und von zwei die Spiraldichtung umgebenden elastischen Dichtungsringen.

Es sind Vorrichtungen bekannt, mit denen entlang einer rotierenden Welle Dichtheit hergestellt werden soll, die durch die Wandung eines Druckgefäßes geführt ist, während die Welle sich auf der anderen Seite der Wandung in einem Raum mit atmosphärischen Druck befindet.

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Ein Teil dieser Vorrichtungen beruht auf der Verwendung eines in die Welle geschnittenen Spiralkanals, der bei rotierender ijjelle als Schneckenpumpe wirkt.

Die Wirksamkeit dieser Dichtungsart hängt direkt von der Viskosität des abzudichtenden Mediums, von der Rotationsgeschwindigkeit der Welle und schließlich von dem zwischen der drehenden Welle und der Bohrung in der Trennwand vorhandenen Spiel ab. Bei hohen Geschwindigkeiten von z.B. einigen Tausend Umdrehungen pro Minute und bei Medien mit schwacher Viskosität wie beispielsweise Wasser, Luft oder Gas ist der Einsatz derartiger Dichtungen nur dann möglich, wenn das Spiel zwischen der rotierenden Welle und der Bohrung extrem klein ist. Nun ist es jedoch nicht möglich, das Spiel beliebig zu verringern, da sonst schon der geringste Zentrierfehler oder die schwächste örtliche Wärmedehnung zu einem irreparablen und endgültigen Fressen dieser Dichtung führt.

Außerdem sind derartige Dichtungen bekanntlich bei Stillstand der Welle nicht wirksam.

Andere herkömmliche Dichtungstypen für rotierende Wellen," wie beispielsweise Lippendichtungen, die im allgemeinen aus'einem Elastomer oder einem geeigneten Kunststoffmaterial bestehen, sorgen in sehr zufriedenstellender Weise für Dichtheit und weisen eine ausreichende Lebensdauer auf, solange der abzudichtende Druck bei rotierender Welle relativ niedrig ist, beispielsweise etwa 1 Bar, und solange die Periphergeschwindigkeit der Welle nicht über einige Meter pro Sekunde hinausgeht. Nur bei sehr geringem Druckunterschied auf den beiden Seiten der Dichtung erlaubt diese Dichtungsart Periphergeschwindigkeiten von etwa 20 Meter pro Sekunde.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen zwei gleich lange gegensinnig in die Welle geschnittene Spiralkanäle mit zwei

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beiderseits der beiden Kanäle auf der Welle angeordneten Drehdichtungen kombiniert wurden.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen erzeugt die Wellenrotation in der Mitte zwischen den beiden Spiralkanälen einen bestimmten Überdruck. In diesem mittleren Raum werden kleine hintereinandergeschaltete Behälter angeordnet, die offenbar dazu dienen sollen, einen Teil des unter dem Überdruck austretenden Öls aufzunehmen. Bei anderen Systemen werden in diesem Raum Lagerbuchsen untergebracht, die unter dem zentralen Überdruck axial verschoben werden, sobald die Rotationsgeschwindigkeit ausreichend groß ist. Diese Lagerbuchsen drücken dann die Lippen der beiderseits der beiden Spiralkanäle angeordneten Drehdichtungen nach oben. Diese symmetrische Funktionsweise erfordert auch einen symmetrischen Aufbau, und die beiden Spiralkanäle müssen gleich lang sein. Es ist sofort einsichtig, daß die weiter oben hinsichtlich der beiden Dichtungstypen geäußerten Kritiken zumindest teilweise auch für diese Vorrichtung gelten.

Die Erfindung löst die Aufgabe, derartige Vorrichtungen zu verbessern und hat eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zum Ziel, bei der die beiden vorgenannten Dichtungstypen kombiniert werden und während der Wellenrotation auf die Innenseite der Drehdichtungen ein Gegendruck ausgeübt wird, der praktisch gleich den auf die Außenflächen einwirkenden Drücken ist. Dadurch werden herkömmliche Dichtungen für rotierende Wellen während der Rotation dieser Welle praktisch keinem Druckunterschied mehr ausgesetzt. Bei vollkommenem Stillstand der Welle nehmen sie dagegen den gesamten Druck auf.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralkanal, der auf der Seite höheren Drucks liegt, wesentlich mehr Windungen aufweist als der andere Kanal und daß die Steigungsrichtungen der Spiralkanäle so gewählt sind, daß bei drehender Welle die viskose Flüssigkeit, die den Kanälen aus zwei Behältern in der Nähe der Dichtungsringe zugeführt wird, die Tendenz hat, in Richtung der Dichtungsrippen zu fließen.

Der durch die Dichtungsringe begrenzte Raum zwischen der Bohrung und der Welle wird über beiderseits der Gewinde in unmittelbarer Nähe der Dichtungsringe mündende Kanäle mit viskoser Flüssigkeit versorgt. Da die beiden Gewinde gegensinnig verlaufen, treiben sie die viskose Flüssigkeit in Richtung auf die Dichtungsringe und erzeugen zwischen den beiden Spiralen im Gegensatz zu Dichtungen bekannten Typs einen hohen Unterdruck. Die axiale Länge dieser Spiralkanäle wird so berechnet, daß der maximale Druck, der auf die Außenfläche der Drehdichtung einwirken kann, ausgeglichen wird. Der Dichtungsring arbeitet dann unter Bedingungen, unter denen er ohne Abnutzung hohe Geschwindigkeiten ertragen und beim Stillstand der Welle den gesamten auftretenden Druck aufnehmen kann.

Mit einer derartigen Vorrichtung könnte das Druckgleichgewicht jedoch lediglich für eine bestimmte Rotationsgeschwindigkeit und eine gegebene Viskosität der Viskosenflüssigkeit erhalten werden. Die Rotationsgeschwindigkeit der Welle unterliegt jedoch häufigen Schwankungen, die sogar zyklisch auftreten können, und die Viskosität des Mediums verändert sich mit der Temperatur; die Temperatur ihrerseits hängt von den Arbeitsbedingungen der Welle ab.

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Man sollte daher über ein Mittel verfügen, mit dem ein dauernder Ausgleich der durch das Medium des Innenraums und durch die viskose Flüssigkeit auf der anderen Seite des Dichtungsrings ausgeübten Drücke erreicht wird. Daher ist es günstig, wenn der Behälter mit der viskosen Flüssigkeit auf den auf der anderen Seite der Dichtung erzeugten Druck gebracht wird, wobei der Ausgleich dieses Drucks durch den Pumpeffekt dazu führt, daß der Meniskus der viskosen Flüssigkeit sich auf dem Gewinde entlang der Welle verschiebt.

Die Gewindelänge wird in Abhängigkeit vom Höchstdruck berechnet, der in dem abzudichtenden Hohlraum auftreten kann.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen anhand von unter Bezugnahme auf fünf Figuren beschriebenen Beispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Prinzipaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 stellt im Schnitt eine Ausführungsform dar, bei der die Kühlung durch Kühlrippen erfolgt;

Fig. 3 stellt im Schnitt eine weitere Ausführungsform dar, bei der die Kühlung durch das im Gefäß herrschende Medium bewirkt wird;

Fig. 4 stellt eine Ausführungsform dar, bei der die Durchführung elastisch aufgehängt ist;

Fig. 5 zeigt einen Blick auf das Wellenende der Ausführungsform gemäß Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit einer Welle 1, die in einer Bohrung 2 in einem mit der Trennwand zwischen einem unter hohem Druck gehaltenen flüssigen Milieu 4 und der Atmosphäre 5 fest verbundenen Element 3 rotiert.

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Die Vorrichtung umfaßt in ihrer Mitte zwei in die Welle 1 hintereinander eingeschnittene Spiralkanäle 6 und 7, die durch eine zentrale Ringnut 8 voneinander getrennt sind. Diese beiden Spiralkanäle sind gegenläufig, so daß, wenn sich die Welle im durch einen Pfeil 9 angegebenen Sinn dreht, ein Medium, das sich in dem Zwischenraum zwischen dem Element 3 und der Welle 1 befindet, durch den durch die Spiralen ausgeübten Pumpeffekt zu dem der Nut gegenüberliegendenden Ende verdrängt wird.

Die beiden Spiralen müssen also so eingeschnitten werden, daß das Medium aus der Nut zur Peripherie der Dichtung hin transportiert wird; das ist diejenige Richtung, die einem Gewinde auf der Welle verliehen werden müßte, damit diese Welle, wenn sie in einer feststehenden Mutter gedreht würde, in eine axiale Verschiebung von der Nut zur Peripherie der Dichtung hin versetzt würde.

Das druckseitige Ende der Spirale 6 wird durch einen Behälter 12, der seinerseits über einen Kanal 13 unter dem im abzudichtenden Hohlraum 4 herrschenden Druck steht, mit viskoser Flüssigkeit 11 versorgt.

Ebenso wird die gegensinnig zur Spirale 6 in die Welle geschnittene Spirale 7 vom Behälter 14 aus mit viskoser Flüssigkeit versorgt; dieser Behälter 14 ist mit einer Einfüllöffnung 15 versehen, über die die Flüssigkeit unter atmosphärischem Druck gehalten wird. Dieser Behälter 14 weist darüber hinaus eine Ventilöffnung 16 auf, die mit einer Kugel 17 versehen ist, die sich auf die Öffnung des Ventils 16 legt, wenn der Druck der viskosen Flüssigkeit im Behälter 14 auf einen Wert ansteigt, der etwas über dem Atmosphärendruck liegt und die Tendenz hätte, den Flüssigkeitsstand in dem Behälter weiter ansteigen zu lassen.

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Schließlich gehören zu der Vorrichtung an ihren Enden Elastomerdichtungsringe 18 und 21. Die Dichtung 18, die hochdruckseitig angeordnet ist, ist vorzugsweise eine Lippendichtung. Sie ist aufgrund des Druckausgleichs durch den Kanal 13 keinerlei Druckunterschied ausgesetzt.

Die Dichtung 18 bewirkt im wesentlichen die Trennung zwischen dem abzudichtenden Medium und der viskosen Flüssigkeit auf der Welle. Diese Dichtung 18 liegt in einem Bereich 19 größeren Durchmessers des Elements 3, in dem der Kanal 13 mündet.

Bei der Dichtung 21 kann es sich um eine Lippendichtung handeln, wie sie in Fig. 1 dargestellt wird, oder um eine Verbunddichtung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist und die aus einer Dichtung mit U-Querschnitt mit einer torischen Dichtung gebildet wird. In allen Fällen wird die Dichtung durch einen metallischen Versteifungsring 22 von außen gestützt, damit beim Stillstand der Welle der gesamte Druck die Dichtung nicht nach außen stülpt.

Durch den in Längsrichtung wirkenden Pumpeffekt drückt die Spirale 6 die viskose Flüssigkeit 11 zurück, die unter der durch den Behälter 12 auf die Flüssigkeit 11 übertragenen Druckwirkung zwischen Welle und Bohrung gelangt ist. Die Berechnung dieser Spirale erfolgt in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit, vom Durchmesser der Rille, von der Viskosität des Mediums, vom maximalen Druck, dem es ausgesetzt werden kann, und unter Berücksichtigung der Stärke des Flüssigkeitsfilms, der seinerseits durch das auf der Welle tolerierte Spiel bestimmt wird. Da der durch den Flüssigkeitsfilm ausgeglichene Druck umgekehrt proportional zum Quadrat der Stärke dieses Films ist, läßt sich der Wert des zulässigen Spiels leicht errechnen.

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- r-

Berechnungen und Versuche haben gezeigt, daß bei einem gegebenen Druck die Spirale 6 nur eine geringe axiale Länge haben muß, solange das Wellenspiel für bevorzugte viskose Medien nicht über zwei Zehntel Millimeter hinausging. Man kann daher eine Spirale herstellen, die eine zufriedenstellende Pumpwirkung ergibt, wenn für die Welle industrielle Herstellungstoleranzen vom 0,1 bis 0,2 mm zugelassen sind. Bei der Spirale handelt es sich um ein Schraubengewinde mit Mehrfachgang, das zur Mantellinie des Wellenzylinders eine Neigung von 75 aufweist. Der Querschnitt durch den Spiralkanal ist rechtwinklig, wobei der Steg die gleiche Breite aufweist wie die Nut und wobei diese Breite höchstens einenMillimeter beträgt. Die Gewindetiefe wurde so gewählt, daß sie etwa dem 2,5fachen Wert des zwischen Wellenradius und Bohrungsradius tolerierten Spiels entspricht.

Die Spirale 7 wird auf dieselbe Weise berechnet, jedoch lediglich für einen Druck ausgelegt, der etwas über dem Atmosphärendruck liegt, wobei dieselben Parameter wie für die Berechnung der Spirale 6 zugrundegelegt werden.

Die axiale Länge der Spirale 7 ist also noch wesentlich kleiner als die der Spirale 6.

Als bevorzugte viskose Flüssigkeit wird ein Medium gewählt, das eine ziemlich hohe Viskosität von etwa 500 bis 2000 Zentistokes aufweist, wie beispielsweise Glyzerin- oder Silikonöl. Silikonöl weist im allgemeinen eine große chemische Reaktionsträgheit auf, weshalb es mit zahlreichen Stoffen zusammen verwendet werden kann; ferner ist es bis zu etwa 200° temperaturbeständig und vermindert mit.dem Temperaturanstieg nur geringfügig seine Viskosität.

Bei bestimmten Ausführungen wurden auch erfolgreich Öle eingesetzt, deren Viskosität mit dem Temperaturanstieg zunahm.

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In allen Fällen, in denen es nicht wünschenswert ist, auf eine rotierende Welle Gewinde und eine Nut einzuschneiden, können diese Gewinde stattdessen auf der Innenseite einer zylindrischen Hülse eingeschnitten werden, die mit der Bohrung fest verbunden wird. In diesem Falle ist es diese Hülse, die mit der Dichtung versehen wird.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist folgende :

Beim Stillstand der Welle wird der Druck des Bereichs 19 über den Kanal 13 auf die viskose Flüssigkeit 11 und somit auf die Innenseite des Dichtungsrings 18 übertragen. Dieser Ring ist somit auf beiden Seiten demselben Druck ausgesetzt und kann ohne Ermüdungserscheinungen die Trennung zwischen dem unter Druck stehenden Medium 4 und dem viskosen Medium 11 aufrechterhalten. Das viskose Medium 11 fließt entlang der Welle bis zum gegenüberliegenden Dichtungsring 21. Dieser Ring 21 ist daher beim Stillstand der Welle dem vollen, über die viskose Flüssigkeit, die nun die beiden Spiralen und die dazwischen liegende Nut ausfüllt, ausgeübten Druck des Mediums aus dem Bereich 19 ausgesetzt. Damit die Drehdichtung 21 den vollen Druck ohne Schaden aufnehmen kann, ist sie durch den Versteifungsring 22 verstärkt.

Derselbe Druck steht im Behälter 14, dessen Ventil 16 durch die Kugel 17 gesperrt ist, so daß das Öl nicht austreten kann.

Wird die Welle in Drehung versetzt, so kommt der Pumpeffekt der Spiralen ins Spiel. Mit steigender Drehzahl hat die Spirale 6 immer mehr die Tendenz, einen Druckunterschied aufzubauen. Aus der Nut 8 wird die viskose Flüssigkeit durch die Spirale 6 fortgepumpt, so daß der Druck hier abnimmt. Ebenso drückt die Spirale 7 bei drehender Welle die viskose Flüssigkeit von der

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Nut 8 nach rechts weg. Der Dichtungsring 21, der beim Wellenstillstand den gesamten Druck aufnehmen mußte, wird jetzt rasch entlastet, und von einer bestimmten Drehgeschwindigkeit ab ist er keinerlei Druckunterschied mehr ausgesetzt, da die Spirale 7 gerade so berechnet ist, daß auf die Innenseite des Dichtungsrings 21 ein dem Atmosphärendruck praktisch gleichkommender Druck wirksam wird.

Der druckseitige Dichtungsring 18 ist weiterhin auf beiden Seiten demselben Druck ausgesetzt. Der Ausgleich des Drucks, der durch die Spirale 6 geliefert wird, und des Drucks, der abgedichtet werden soll, geschieht automatisch durch die Veränderung der Länge des mit Flüssigkeit gefüllten Spiralteils, die durch die Lag& des Meniskus 23 bestimmt wird. Nimmt der abzudichtende Druck ab, so verschiebt sich der Meniskus in der Fig. 1 nach links, nimmt dieser Druck zu, so verschiebt er sich nach rechts. Die Volumenänderung der gepumpten Flüssigkeit wird durch den Behälter 12 aufgenommen. Ferner sorgt die viskose Flüssigkeit ihrerseits für eine konstante Schmierung der Dichtung 18.

Ebenso hindert die Spirale 7 die Flüssigkeit des Reservoirs 14, die im Raum zwischen dem Dichtungsring 21 und der Spirale 7 vorhanden ist, daran, in die Unterdruckzone der Nut 8 zu entweichen. Lediglich der Flüssigkeit enthaltende Teil der Spirale 7 ist dem jetzt praktisch dem Atmosphärendruck gleichkommenden Druck ausgesetzt; jedoch verhindert der Dichtungsring 21 ein Austreten des viskosen Mediums nach außen. "Da kein Druckunterschied auf den beiden Seiten dieser beiden Dichtungen vorhanden ist, ist für einen verschleißfreien Betrieb gesorgt. Im Behälter 14 wurde das Ventil 16 eingebaut, da der in der Nut 8 herrschende Unterdruck eine bestimmte Dauerentgasung der viskosen Flüssigkeit hervorruft, die sich durch das Auftreten von kleinen Luftbläschen

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auf der Oberfläche der im Behälter 14 vorhandene Flüssigkeit äußert. Diese Gasbläschen werden durch das Ventil 16 nach außen abgeführt. Man kann daher dieses Ventil 16 auch durch eine für Gase poröse, jedoch für viskose Medien undurchlässige Wand ersetzen.

Bei 40 bzw. 50 mm-Wellen und 3000 Umdrehungen/Minute war es mit der erfxndungsgemäßen Vorrichtung möglich, eine ausgezeichnete Abdichtung eines unter einem Druck von mehreren zehn Bar, beispielsweise 35 bis 50 Bar, stehenden Gefäßes zu erreichen, wobei die Länge der hochdruckseitigen Spirale etwa 50 Millimeter betrug und die Welle ein normales bei der industriellen Fertigung auftretendes Spiel aufwies; die gesamte Vorrichtung war somit kürzer als 75 mm.

Fig. 2 stellt eine Ausführung dar, die der gemäß Fig. 1 ähnelt. Wie in Fig. 1 läuft die Welle 1 durch die Bohrung 2; die Welle ist mit zwei durch eine Nut 8 getrennten Spiralen 6 und 7 versehen. Bei der Elastomerdichtung 18 auf der Hochdruckseite handelt es sich immer noch um eine Lippendichtung, die vom Behälter 12 mit viskoser Flüssigkeit 11 versorgt wird. Der Behälter weist an seiner oberen Öffnung eine poröse Abdeckung 17 auf, durch die kleine, an der Oberfläche der viskosen Flüssigkeit im Behälter 14 auftauchende Luftbläschen nach außen treten können. Diese poröse Abdeckung ist zwar gasdurchlässig, jedoch für die viskose Flüssigkeit dicht.

Bei der Dichtung 21 handelt es sich um eine Verbunddichtung, die aus einem Ring mit U-förmigem Querschnitt und einer torischen Dichtung aus einem Elastomer besteht.

Es kann erforderlich sein, daß die Dichtungen gekühlt werden müssen, da einerseits die leichte Reibung der Dichtungen 18 und

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auf der rotierenden Welle 1 und andererseits die Viskosität der verwendeten viskosen Flüssigkeit zur Wärmeerzeugung führen.

Aus diesem Grunde sind auf dem mit dem Gefäß fest verbundenen Element 3 Kühlrippen 25 vorgesehen.

Fig. 3 zeigt eine Dichtung, bei der die Spiralen 6 und und die Nut 8 in die Bohrung in der Gefäßwand eingeschnitten sind. Aus Gründen der einfacheren Bearbeitung wurde dabei zwischen dem mit dem Gefäß fest verbundenen Element 3 und der Welle 1 eine Hülse 30 vorgesehen, in deren Innenfläche die Spiralen 6 und 7 und die Trennut 8 eingeschnitten werden. So kann eine Welle 1 verwendet werden, die nicht besonders bearbeitet ist und somit nicht an mechanischer Festigkeit einbüßt. Zwischen der Hülse 30 und dem mit der Wandung des abzudichtenden Hohlraums fest verbundenen Element 3 ist ein weiter ringförmiger Raum 35 geschaffen, der sich fast über die gesamte Länge der Hülse erstreckt. Dieser Raum, der mit dem unter Druck stehenden Medium gefüllt ist, sorgt für eine wirksame Kühlung der Dichtung. Eine derartige Anordnung wird beispielsweise vorteilhafterweise dann gewählt, wenn die Welle dazu verwendet wird, ein kaltes Medium zu pumpen, das unter Druck in dem abzudichtenden Behälter enthalten ist. Die Verbindung zwischen dem Behälter 12 und der Spirale 6 verläuft durch die Hülse über einen längeren Kanal 33. Falls es sich bei dem abzudichtenden Medium um ein Medium handelt, das mit der viskosen Flüssigkeit eine Mischung oder Lösung bilden kann, ist es notwendig, diese beiden Medien durch einen Isolierkolben 34 voneinander zu trennen. Zwischen der Hülse 30 und dem mit dem Gefäß fest verbundenen Element 3 sind statische torische Dichtungen 31 angeordnet. Die Wärmeabfuhr wird außerdem durch einen Metallring 32 aus einem Wärme gut leitenden Metall wie Kupfer oder Aluminium

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bzw. einer Legierung von derartigen Metallen verbessert. Dieser Block 32 stützt gleichzeitig die Dichtung 21, bei der es sich im vorliegenden Beispiel um eine Lippendichtung handelt.

Fig. 4 stellt eine Vorrichtung dar, die der gemäß Fig. ähnelt. Die Dichtungen 18 und 21 sind schematisch eingezeichnet. Ein ringförmiger Raum 44 ist zwischen der Hülse 30 und dem mit dem Gefäß fest verbundenen Element 3 angeordnet. Die Dichtungen 18 und 21 sind gleich. Sie können ein herkömmliches Elastomerelement aufweisen, wie es beispielsweise eine Lippendichtung oder eine Verbunddichtung besitzen, die durch einen rohrförmigen Teil verlängert werden, der seinerseits an den Ansatz einer Metallhülse angeschlossen ist.

Durch torische Dichtungen 31, 31* und 31" wird die Dichtheit gegenüber dem im abzudichtenden Behälter herrschenden Druck erreicht.

Ein rohrförmiges Zwischenstück 46 hält die Drehdichtungen 21 und 18. Dieses Zwischenstück besteht aus demselben Material wie das mit der Trennwand fest verbundene Element 3.

Die mit den Gewinden 6 und 7 versehene Hülse 3O wird unter Zwischenschaltung von zwei federnden Halteringen 42 und 42' auf die Welle 1 gesetzt; diese Ringe haben somit aufgrund ihrer Elastizität die Aufgabe, die Hülse auf der Welle weich aufzulegen.

Falls die Welle leicht unrund ist, kann sich dann die Hülse 30 aufgrund der Elastizität der Halteringe 42 und 42* in Querrichtung zur Welle etwas verschieben. Dadurch können die Spiralen ihre Pumpwirkung ohne Störung fortsetzen, da die Änderung der Stärke der viskosen Schicht durch die leichte Querbewegung der Hülse gering gehalten wird. Das tatsächliche Spiel zwischen Welle und Hülse bleibt sehr gering, selbst wenn die Welle kon-

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struktive Mängel aufweist. Diese Fähigkeit der Hülse 30, Toleranzen der Welle 1 aufzunehmen, stellt einen großen Vorteil dar, da dadurch das Spiel zwischen Welle und Dichtung erheblich verringert werden kann.

Umgekehrt erlaubt bei einer Welle in normaler industrieller Qualität mit einem Spiel von 1/10 Millimeter zwischen Hülse und Welle die Verwendung einer derartigen auf ein elastisches System gesetzten Hülse eine Verbesserung des Pumpeffekts und der Dichtheit oder die Verwendung eines weniger viskosen gichtmediums.

Eine leichte dreieckige Einkerbung geringer Länge, etwa einige Millimeter, auf der Innenseite der Hülse 30, die der rotierenden Welle 1 gegenüber liegt, kann diese Fähigkeit, Unregelmäßigkeiten der Welle aufzunehmen, noch verbessern.

Die Rolle dieser Einkerbungen wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 näher erläutert, in der eine Vorderansicht der die Welle umgebenden Hülse 30 gezeigt wird.

Parallel zu den Mantellinien der Hülse werden vom Ende der Hülse aus kurze Einkerbungen mit dreieckigem Querschnitt eingeschnitten, die im Verhältnis zur Rotationsachse symmetrisch angeordnet sind. Diese Einkerbungen bilden jeweils ein Dreieck wie beispielsweise 51, 52, 53, wobei die Neigung der einen Seite 51-52 stärker ist als die der anderen Seite 52-53. Während der Rotation der Welle 1 übt das viskose Medium, das in Höhe der Einkerbungen an den beiden Enden der Hülse vorhanden ist, eine Kraft aus, die die Tendenz hat, die Hülse im Punkt 53 anzuheben. Da die Einkerbungen symmetrisch angeordnet sind, annulieren sich die so auftretenden Kräfte. Nähert sich jedoch eine Unregelmäßigkeit der Welle dem Punkt 53, so übt sie eine zusätzliche nichtkompensierte

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Kraft aus, die die Tendenz hat, die Hülse von der Welle zu entfernen, wodurch eine Berührung zwischen Hülse und Welle vermieden wird. Die Anzahl dieser Einkerbungen ist beispielsweise vier.

Häufig wird die Hülse 30 aus Aluminium hergestellt, das den Vorteil einer einfachen Bearbeitung und einer guten Wärmeableitung sowie einer geringen Trägheit mit sich bringt, wodurch die Hülse auf Wellenfehler zurückzuführende leichte Querbewegungen ohne Schwierigkeiten durchführen kann.

Schließlich sei noch bemerkt, daß im vorliegenden Fall der zwischen dem Element 3 und der Hülse 30 vorhandene Raum 44 mit viskoser Flüssigkeit gefüllt ist.

Dieser Raum 44 wird von der Masse des abzudichtenden Mediums lediglich durch die relativ geringe Dicke der Metallhülse 30 getrennt, so daß das Volumen 44 durch das abzudichtende Medium gekühlt wird und seinerseits zur Kühlung des dauernd durch die Spirale 6 geförderten viskosen Mediums beiträgt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zur Abdichtung einer Wellendurchführung durch eine Wand eines Druckgefäßes, bestehend aus der Kombination von einer Doppel—Spiraldichtung, welche zwei gegenläufige, durch eine zentrale Nut voneinander getrennte und mit einer viskosen Flüssigkeit versorgte Spiralkanäle besitzt, und von zwei die Spiraldichtung umgebenden elastischen Dichtungsringen, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralkanal (6) , der auf der Seite höheren Drucks (4) liegt, wesentlich mehr Windungen aufweist als der andere Kanal (7) , und daß die Stei— gungsrichtungen der Spiralkanäle so gewählt sind, daß bei drehender Welle die viskose Flüssigkeit (11) , die den Kanälen aus zwei Behältern (12, 14} in der Nähe der Dichtungsringe (18, 21) zugeführt wird, die Tendenz hat, in Richtung der Dichtungsringe zu fließen.

2 - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Nut (8) entfernte Ende des längeren Spiralkanals (6) entlang der Welle (1) mit dem ersten Dichtungsring (18) einen Raum begrenzt, der aus dem ersten Behälter (12) mit viskoser Flüssigkeit gespeist wird, und daß das von der Nut (8) entfernte Ende des kurzen Spiralkanals (7) entlang der Welle (1) mit dem zweiten Dichtungsring (21) einen Raum begrenzt, der aus dem zweiten Behälter (14) mit viskoser Flüssigkeit versorgt wird.

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3 - Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter (12) für viskose Flüssigkeit über eine Druckausgleichsleitung (13) mit dem unter Druck stehenden Medium in Verbindung steht.

4 - Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Behälter (14) für viskose Flüssigkeit über ein Ventil (16) mit dem außerhalb des Gefäßes herrschenden Druck beaufschlagt ist.

5 — Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennze ichnet, daß der außerhalb des Gefäßes liegende Dichtungsring (21) außen eine mechanische Versteifung (22, 32) besitzt, durch die es für den Dichtungsring (21) möglich ist, bei stillstehender Welle (1) den gesamten Druck auszuhalten.

6 - Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lagerhülse (3) für die WeIlendurchführung mit Kühlrippen (25) versehen ist.

7 - Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne:t_f daß es sich bei dem hochdruckseitigen Dichtungsring (18) um eine Lippendichtung handelt.

8 - Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem niederdruckseitigen Dichtungsring (21) um eine Verbunddichtung mit Unförmigem Querschnitt und in diesen eingelegter torischer Dichtung handelt.

9 - _ Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,

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dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem niederdruckseitigen Dichtungsring (21) um eine Lippendichtung handelt.

10 - Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (6 und 7) und die zentrale Nut (8) in die Innenfläche einer Hülse (3O) eingeschnitten sind, die in die Wanddurchführung eingelassen ist.

11 - Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30) in einen Raum (35) hineinragt, der zum Druckgefäßinnenraum gehört.

12 - Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (16) als semipermeable Membran ausgebildet ist, die für das Gas durchlässig und für das viskose Medium dicht ist.

13 - Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem verwendeten viskosen Medium um Glyzerin handelt.

14 - Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem viskosen Medium um eine silikonhaltige Flüssigkeit handelt.

15 — Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den

ο Spiralkanälen (6, 7) um Mehrfachgangspiralen handelt, die um 75 zur Mantellinie geneigt sind und einen rechtwinkligen Querschnitt aufweisen, deren Breite etwa 1 mm und deren Tiefe etwa 2/1O mm beträgt.

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16 — Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg zwischen zwei parallelen Kanalabschnitten etwa 1 mm breit ist.

17 - Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3O) mit Hilfe zweier federnder Halteringe (42 und 42') mit der Gefäßwand verbunden ist.

18 - Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3O) mindestens an einer ihrer Stirnseiten Einkerbungen mit dreieckigem Querschnitt (51-52-53) und geringer Länge aufweist, die in Bezug auf die Rotationsachse symmetrisch auf der der Welle (1) gegenüberliegenden Seite der Hülse (30) angeordnet sind.

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