DE2559667A1

DE2559667A1 - Dichtung fuer stroemende medien

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Publication number: DE2559667A1
Application number: DE19752559667
Authority: DE
Inventors: Hermann Ernst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-02
Filing date: 1975-08-02
Publication date: 1977-11-17
Also published as: DE2559667C3; DE2559667B2

Description

Flüssigkeitsringdichtung für strömende Medien
"ie Erfinden, betrifft eine Flüssigkeitsringdichtung für strömende medien zur Abdichtung des Spaltes zwischen einer Welle und einer von dieser durchsetzten Wand, welche zwei Druckräume voneinander trennt und einen Ringraum für den Flüssigkeitsring sowie ein an der Welle befestigtes Rotorteil aufweist, das im Halbquerschnitt etwa die Form eines zur Welle hin offenen U hat, dessen einer Schenkel in Abstand von der Welle zur Bildung einer etwa ringförmigen Öffnung endet, in die ein von der Wand ausgehender stationärer Stutzen ragtO Bei einer Dichtung dieser Art zum Einsatz in Zentrifugalpumpen mit Dichtflüssigkeit bietet das Rotorteil zwei querschnittlich etwa ein T bildende Hohlräume an, die miteinander durch eine Ventilöffnung kommunizierend verbunden sind und zwischen sich einen axialen Fluß der Dichtflüssigkeit erzeugen sollen; die Höhe der von der Dichtflüssigkeit in beiden Hohlräumen erzeugten Ringe bleibt unterschiedlich.
Bisher bekannte Fluidringdichtungen sind vor allem dann nicht einsatzfähig, wenn an der Wellendichtung eine sehr geringe sogenannte Leckage gefordert wird; vor allem bei hohen Wellenumlaufgeschwindigkeiten treten erhebliche Austritte von Fluid bzw. Flüssigkeit auf, die im übrigen bei allen bekannten iXellendichtungsarten bisher bekannter Ausführungsformen während des Betriebes beobachtet werden können, vor allem bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten - selbst dann, wenn das dynamische Dichtungs element nicht bis zur vollen Dichtungskapazität ausgelastet ist. Für das Auftreten dieser vorzeitigen "leichten" Leckagen ist neben der Geometrie des Dichtungsmechanismus der Wellendichtung hauptsächlich deren Umfangsgeschwindigkeit und die Fließeigenschaft des benutzten Stt5mungs- oder Dichtungsmediums verantwortlich.
So weist beispielsweise eine durch die DT-PS 540 033 beschriebene Flüssigkeitsdichtung einen Hohlraun mit in diesen einragender stehender Scheibe auf, durch welche erfahrunQsgemäß der entstehende Flüssigkeitsring durchschnitten und gestört wird; es bilden sich zwei P'liissigkei tsringteile heraus, die sowohl von stehenden als auch von bewegten Flächen begrenzt sind. Die Umfangsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsringes wird durch die Reibungs einwirkung zumindest an den stehenden benetten Flächen etwa um die iIälftn vermindert.
Aufgrund der Strömungsverhältnisse an den stationären benetzten Flächen ergeben sich bei derartigen Dichtungen Leckagen an der inneren Oberfläche des -rotierenden FlüssigeitsrinDes.
Angesichts dieser Gegebenenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt eine Dichtung der eings erwähnten Art zu schaffen, die einen im wesentlichen leckagefreien Betrieb selbst bei e:trern hohen Wellenumfangsgeschwindigkeiten gewährleistet und praktisch keine Abnutzungs erscheinungen an den für die Abdichtung verantwortlichen lechanismus während des Betriebes erleidet. .s soll eine extrem hohe Lebensdauer der dynamischen Dichtelenente im Betrieb erreicht werden sowie eine Unabhängigkeit von der Lubrizität der abzudichtenden medien.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt eine Flüssigkeitsringdichtung, deren Stutzen im Hohlraum zumindest ein etwa radiales Ablenkorgan aufweist und deren Hohlraum durch wenigstens eine in seinem radial äußeren Bereich vorgesehene Öffnung mit dem Ringraum verbunden ist. Der maximale Radius des radialen Ablenkorganes soll dabei kürzer sein als der Innenradius des Flüssigkeitsringes, um diesen nicht zu stören, also lediglich mit rotierenden Flächen in Berührung zu halten.
Dank der Bohrung/en, deren Durchflußfläche bevorzugtermaßen zur Gewährleistung eines proportionalen Abflusses entsprechend den Zuflußflächen zum Hohlraum ausgelegt werden soll, kann ein Teil des strömenden Mediums -- beispielsweise einer Sperrflüssigkeit für Gase od. dgl.-aus den Hohlraum wieder dem vor der Dichtung liegenden Durckraum höheren Druckes zugeführt werden.
Durch die -US-PS 3 765 688 sind zwar Bohrungen in den Hüllwänden drehender Ringhohlräume bekannt, jedoch dienen diese Bohrungen nicht zur Rückführung von Leckagen.
Bei de Enf1ndungsgeg-enstand handelt es sich im wesentlichen um eine berührungsfreie dynamische Wellendichtung mit einem rotierenden Hohlraum, in welchen ein etwa zylindrisches Statorelement, nämlich der Stutzen mit seinen radialen Ableak-Organen, berührungsfrei eingeschaohtelt ist; in den Hohlraum eindringende Leckage wird von diesem Statorelement erfindungsgernäß in einer Weise umgelenkt, daß sie ausschließlich mit rotierenden Flächen des llohlrawnes in Berührung kommt und dabei durch jene Bohrungen in den Hohlraum wänden ieder den letztere umgebenden Spalträumen zugepumpt wird.
Um die Pumpwirkung der benetzten Außenflächen und der Innenflächen des hohlen ringförmigen Potorteils zu verbessern, können im Rahmen der Erfindung Rotorteil und die dieses umGebende Wand mit pumpfähiger Geometrie und/oder entsprechenden Einsätzen versehen werden, welche die Pur.pwirkung und die Rezirkulation der Leckage entscheidend verbessern.
So hat es sich als günstig erwiesen, im Hohlraum etwa wellenradiale Ringlamellen oder Pumpscheiben mit Zwischenräumen vorzusehen und letztere miteinander sowie mit einem ellenfernen Flüssigkeitsraum außerhalb des Rotorteiles durch nahe ihres Ringrandes angeordnete Durchbrüche zum gegebenenfalls stufenweisen Ableiten radial abgelenkter Leckage zu versehen.
Wach einem weiteren Elerkmal der Erfindung soll zumindest eine der Ringlamellen an ihrem äußeren Umfang einen Ansatz oder entsprechende Zacken zur Erhöhung der Pumpwirkung aufweisen. Ausformungen an im Flüssigkeitsring drehenden Dichtungsscheiben legt die DT-PS 895 230 nahe, allerdings dienen dort die abragenden Schaufeln zur Stabilisierung des Flüssi,,lceitsrillges und die Schaufeln sind nicht in einen rotierenden Hohlraum montiert.
In den Hohlraum des Rotorteiles, gegebenenfalls in die Zwischenräume der Ringlamellen oder Pumpscheiben, können erfindungsgemäß zudem Einlagen in Form durchlässiger Geweberinge oder Drahtelemente eingelegt werden, durch welche die Zentrifugalkraft Flüssigkeit hindurchdrückt, die aber anderseits das Rücl<-fliessen der Flüssigkeit weitgehend verhindern.
Den Ringlarnellen oder Pumpscheiben ist vorteilhafterweise wenigstens eine schulterartige Abstufung oder eine umlaufende Ringnut der Wand bzw. des Statorteils zugeordnet, welche die Flüssigkeit zu den rotierenden Flächen leitet. Diese Abstufungen sollen erfindungsgemäß am Stutzen angebracht sein, der dazu bevorzugt in von der Welle steigenden Radien gestuft wird. Als zusätzliche strömunCshemmende Elemente können auch an diesem Stutzen mehrere Rillen od. dgl. hintereinander vorgesehen werden.
Im Rahmen der Erfindung liegt, daß dem Stutzen ein etwa paralleles Ansatzorgan bzw. ein sogenannter Abstreifring am kurzen U-schenkel des Rotorteils zugeordnet und jenes gegebenenfalls mit Ausnehmungen versehen ist. Letztere sind bevorzugt tangential angeordnet und ihre Achsen schließen miteinander Winkel von beisptelsweise 35° ein. Am Abstroifring oder Ansatzorgan entlang laufende Flüssigkeitspartikel werden am Rande dieser Ausnchnungen von der Welle abgestreift und abgelenkt.
Da eine dynamische Dichtwirkung durch Resirkulation der Leckage nur bei Rotation des lüssigkeitsringes besondere wirkungsvoll bleibt, sollen zur Gewählreistung der Dichtwirkung während des Wellenstillstandes konventionelle Wellendichtungssysteme -- integrieder oder nichtinteQrierter Art -- rait der dynamischen Hohlraumdichtung kombiniert werden, deren Kontaktdichtflächen bei beginnender Rotation durch Einwirkung von Zentrifugalkräften so getrennt werden, daß keine Berührung -- und damit kein Verschloiß durch Reibung zweier Dichtflächen -- während des dynamischen Betrisbes auftreten kann.
So yird zur statischen Abdichtung als rotorseitige Dichtungsfläche ein mit der Welle rotierendes Organ aus elastonerem oder rummiertigem Werkstoff herangezogen, das gegebenenfalls mit Cliehlcraftsegnenten versehen wird, welche die Dichtungsfläche des rotierenden Organs von der stationären Reibungsfläche abuheben vermag.
Bei einer anderen Ausführungsform umgibt die Welle ein den Spalträumen vorgeschalteter Dichtring, dr durch einen Kraftspeicher bei ellenstillstand gegen den Stator gedrückt wird; unter Zusammendrücken des Kraftspeichers löst sich der kontakt zwischen Rotor- und Statordichtung bei Wellendrehung, die Abdichtung wird von den dynamischen Teilen der Dichtung übernommen.
Die erfindungsgemäße Konstruktion der Dichtung hat eine besondere Wirkung auf die Ausbildung der Sekundärströmungen innerhalb des Flüssigkeitsringes im Hohlraum des Rotorteiles, die sich deutlich von den sekundären Strömungserscheinungen in den zwischen Stator- und Rotoraußenflächen vorhandenen Spalträumen unterscheidet. Die Tatsache, daR bei leckagefreiem Betrieb der Flüssigkeitsvin im Hohlraum nur rotierende Flächen benetzt und mit stationären Flächen nicht in Berührung kommt, verhindert das Entstehen radialer, zur Rotationsachse nach innen hin gerichteter Sekundärströmungen. Statt deren bilden sich entlang den benetzten Oberflächen der rotierenden Teile im Hohlraum Sekundärströme, die nur von der Rotationsachse weg nach auswärts gerichtet sind. Ein Ausbrechen energiearmer Fluidteile der Sekundärströmung ist im Flüssigkeitsring des Hohlraumes nicht mehr möglich, sie wird verhindert durch die Einwirkung der Fliehkraft, Durch den Einbau eines erfindungsgemäßen i)iffusorringelementes wird automatisch die Rezirkulation der Leckage kontrolliert und das Dichtungsverhalten der dynamischen Dichtung während der Wellenrotation verbessert; es ist nuner eine automatische Füllung der Dichtung möglich, darüber hinaus kann die Dichtwirkung durch teilweise Ausnutzung des dynamischen Druckanteils gegen Druckunterschiede verbessert werden. Die aktive Zirkulation der Dichtflüssigkeit erlaubt auch den Einsatz m Bereich sehr hoher Umfangs geschwindigkeiten.
Neben der dichtungswirkung während des dynamischen Betriebes können durch die Pumpwirkung im rotierenden hohlraum die Schmiermlttel der Tiellenlagerung zu einem Schmierstoffsumpf zurückgeführt oder durch einen Schmierstoffkühler rezirkuliert werden. Hierbei ist an die Dichtung mittels einer Leitung ein Sammeltan. zur Aufnahme zurüclcg;eführter Schmier-und/oder Sperr- und/oder Kühlflüssigkeit angeschlossen.
Die beschriebene leckfreie Wellendichtung kann in geschickter Kombination mit Leckage gedrosselten Spaltrin0dichtungen auch überall dort Anwendung finden, wo Leckage des Arbeitsmediums oder des Schmiermittels aus druckhohen Räumen nach druckniedrigen Räumen entlang einer rotierenden Welle vermieden werden muß, beispielsweise entlang einer Pumpenwelle.
Un den Einbau bzw. die Verwendung erfindungs-Jemäßer Dichtungen zu vereinfachen, soll dem Rotorteil ein Statorteil zugeordnet sein, welches die den Ringraum begrenzenden Wandabschnitte und/oder Ablenkorgane wenigstens teilweise bildet und mit jenen Rotorteil -- sowie gegebenenfalls dessen Einbautenein gesondertes Einbauelement ergibt. Rotorteil und Statorteil sind somit durch wenige Handgriffe gemeinsam als leckagefreie Dichtung auf eine Welle aufzubringen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in: Fig. 1: den Längsschnitt durch eine Kreiselpumpe mit einer WellendichtuncS; Fig. 2: einen Teillängsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Wellendichtung; Fig. 3: den Teilquerschnitt durch Fig. 2 nach deren Linie III - III; Fig. 4: den Teilquerschnitt durch Fig. 2 nach deren Linie IV - IV; Fi¢. 5: jeweils in der Darstellung einander bis entsprechende schematisierte Längs-Fig. 11: schnitte durch verschiedene Ausführungsbeispiele der Wellendichtung; Fig. 12: den teilweise geschnitten Aufriß durch eine von der Welle gelöste Dichtung; Fig. 13: eine Schrägsicht auf die hier teilweise wiedergegebene Wellendichtung nach Fig. 12; Fig. 14: ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wellendichtung im schematisierten LänQsschnitt; Fig. 15: den Schnitt durch ein vor allem zur Abdichtung von Vakuum herangezogenes Einbaubeispiel mit -- gegenüber den voraufgehenden Fig. -- verkleinerter Wellendichtung.
Eine Exreiselpumpe P mit Saugstutzen 100 auf Druckstutzen 101 weist in dem auf ihrer Pumpenwelle W sitzenden Laufrad 102 wellenparallele Bohrungen 103 auf; durch diese gelangt der größte Teil von am Umfang 104 des Laufrades 102 austretender Flüssigkeit -- welche unter Druckabfall über einen radialen Drosselspalt 105 in den Pumpraum 106 geflossen ist -- als gedrosselte Leckage zurück in den Niederdruckbereich 107 am Laufradeintritt 108 der Rreiselpumpe P.
Der andere Teil der Leckage tritt vom Pumpenraum 106 in einen axialen Drosselspalt 109, der mit kontaktfreien Gewinde-Dichtungsringen 110 versehen sein kann, um die Leckage gering zu halten und weiteren Druckabfall zu bewirken. Dem Drosselspalt 109 folgt ein die Welle W umgebender Ringraum 111, in dem eine Welle dichtung D installiert ist. Durch den axialen Drosselspalt 109 aus dem Pumpraum 106 austretende Leckage wird dank der besonderen Ausgestaltung der Wellendichtung D in den Pumpraum 106 zurückgedrückt und von dort ebenfalls durch die Bohrung 103 zum Niederdruckbereich 107 der Kreiselpumpe P geführt; die Wellendichtung D verhindert jegliche Leckage nach außen -- Bereich 112 -- entlang der Pumpenwelle W. Ein flückschlagventil 113 verhindert unbeabsichtigtes Rückströmen der Flüssigkeit vom Pumpraum 106 zur Wellendichtung D.
Die Pumpwirkung kann noch erhöht werden, indem man die Außenseite der Wellendichtung D und der diese umgebenden stehenden Teile S der Kreiselpumpe P mit pumpgünstiger Geometrie konstruiert, beispielsweise als Seitenkanalpumpe.
Die Wellendichtung D weist einen an der Welle W festliegenden Dichtungsrotor R auf, der mit einer scheibenförmigen Stirnwand 1, einem an deren Umfangskante anschließenden, der Wellenachse M parallelen Firstring 2 und einer der Stirnwand 1 parallelen Scheibenwand 3 einen Hohlraum J einschließt; der durch die Wellenachse M in Fig. 1 begrenzte Halbquerschnitt durch den Dichtungsrotor R zeigt dessen etwa U-förmige Gestalt mit einem von der Scheibenwand 3 gebildeten kürzeren Schenkel, an den im gewählten Ausführungsbeispiel ein etwa wellenparalleler Ringarm 4 angesetzt ist. Den von letzterem und der Welle W gebildeten Spalt 5 der Spaltweite q durchsetzt ein ebenfalls wellenparalleler Stutzen 6 mit endwärtiger Radialscheibe 7 - beides Teile des den Ringraum 111 umgebenden Stators S.
Oberhalb der Radialscheibe 7 sind im Hohlraum J wechselnd Lamellenringe 8 und Distanzringe 10 so angeordnet, daß die Lamellenringe 8 Zwischenräume 9 erzeugen; diese werden miteinander durch in Fig. 3 erkennbare Ausnehmungen 11 der Lamellenringe 8 verbunden.
Bohrungen 12 führen aus dem -- in Fig, 1 linken -- statornächsten Zwischenraum 8 in den dort zwischen Dichtungsrotor R und Stator S erkennbaren Radialspalt oder Spaltraum 13.
Bei dem in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel D1 der Wellendichtung sind Stirnwand 1 und Firstring 2 des Dichtungsrotors R mit der Welle W einstückig, die Scheibenwand wird von einem lösbaren schalenartigen Ringdeckel 3a gebildet.
Der Dichtungsrotor R verursacht durch Reibung -- und/oder besondere, an seiner Mißenseite angebrachte Pumpvorrichtungen, beispielsweise nicht dargestellte Flügel- oder Gewindenuten, -- mit einem flüssigen oder gasförmigen Dichtungsmedium fl dessen Rotation in den etwa radialen Spalträumen 13 und 14 zwischen Dichtungsrotor R und Ringraum-Tiand oder Stator S. Diese Spalträume 13 und 14 verbindet ein der Welle W paralleler Querspalt 15 der Weite a.
lurch die Rotation des ringförmig die Welle W umgebenden Dichtungsmediums Q in den Spaiträumen 13 bis 15 wird an allen D1ediumbzq. Flüssigkeitsteilchen eine Zentrifugalkraft wirksam, wobei sich auf beiden Seiten des hohlen Dichtungsrotors R ein etwa parabolisches Druckfeld aufbaut. Dieses kann mögleiden Druckunterschieden das Gleichgewicht halten, die zwischen den etwa wellenparallelen und zueinander gegenläufigen Fortsetzungen 15 bzw. 17 der Spalträume 13 bzw. 14 entstehen.
'ie Breite b des Wellenspaltes 17 ist in dem dargestellten Beispiel erheblich geringer als die Weite a der Spalträume 13, 14, 15 und des anderen Axialspaltes 16.
Die primäre dominierende Strömungsrichtung der rotierenden Dichtungsflüssigkeit Q in den Spalträumen 13, 14 ist tangential zur Rotorachse in Drehrichtung z der Welle W gerichtet. Gleichzeitig entstehen an den die Dichtungsflüssigkeit Q begrenzenden Wänden etwa radiale Sekundärströmungen, die an den wellennahen Rotorflächen 18 in Pfeilrichtung x nach außen laufen und an den statorseitigen Innenflächen 19 wellenwärts nach innen (Pfeil y), An der Peripheriefläche 20 des inneren Radius r der rotierenden Dichtungsflüssig keit Q erfolgt eine plötzliche Richtungsänderung der einwärts laufenden Sekundärströmung y, wenn die nach außen gerichtete Gegenströmung x erhalten bleiben soll.
In Abhängigkeit von den verwendeten Dichtung medien Qs der Spaltraum-Geometrie und vor allem der Umfangsgeschwindigkeit des dichtenden Flüssigkeitsringes Q durchbrechen die innere Peripheriefläche 20, insbesondere an der Stator-Innenfläche 19, energieschwache Flüssigkeitsteilchen Q1 und werden nicht mehr entsprechend der radial nach außen gerichteten Sekundärströmung x an der Rotorfläche 18 abgelenkt. Ohne besondere Maßnahmen würde jetzt bei einer marktüblichen Flüssigkeitsringdichtung die "leichte" Leckage einsetzen.
Die an der Peripherieoberfläche 20 recht schwach auf die Flüssigkeitsteilchen Q1 des nach innen gerichteten Sekundärstromes y einwirkenden ZentrifugallcrRfte sowie die Kraft der Oberflächenspannung an der Oberfläche des inneren rotierenden FlüssigReitsringes Q reicht nicht aus, die sekundären Flüssigkeitsteilchen Q? Q1 an der Peripherieoberfläche 20 in Richtung auf den Dichtung rotor R umzulenken.
Bei der erfindungsgemäßen leckfreien Welle dichtung D versuchen jetzt die "ausgebrochenen Flüssigkeitspartikel Q aus einem an die Peripherieoberfläche 20 anschließenden Ringraumabschnitt 21 in den wellennahen Axialspalt 17 zu gelangen. Auf dem Wege dorthin wird jene "ausgebrochene" Flüssigkeit Q gezwungen, einen Spaltraum 22 zwischen Ringarm oder Abstreifring 4 und dem Stutzen 6 des Stators S zu passieren. Im Abstreifring 4 vorgesehene Bohrungen 24 werfen einen Teil der "ausgebrochenen" Flüssigkeit Q1 zurück in den Ringraumabschnitt 21 und vermindern damit effektiv die in den Rotorhohlraum J gelangende Flüssigkeitsmenge der "ausgebro,chenent' Flüssigkeit Q1.
Im Bereich des Axialspaltes 17 sind an der Welle eine zusätzliche Dichtwirkung erzeugende Gewindekerbungen 23 zu erkennen.
Insbesondere Fig. 4 verdeutlicht die tangentiale Anordnung der Bohrungen 24 im Abstreifring 4; die Bohrungsachsen schließen miteinander Winkel v von hier 350 ein.
Beim Eintritt der "ausgebrochenen" Flüssigkeitspartikel Q1 in den Hohlraum J des Dichtungsrotors R entlang des ersten Zlrisdenraumes 9e kommen die Flüssigkeitspartikel mit den rotierenden Ringlamellen 8 in Berührung, werden mitgerissen und durch die Rotorbohrungen 12 wieder zurück in den Spaltraum 13 gefördert.
Von Bedeutung ist die in Fig. 2 erkennbare Abstufung 26 zwischen den Radien c und d des stehenden Stutzens 6i sie verhindert effektiv ein mögliches Kriechen der t'ausgebrochenen" Flüssigkeitspartikel Q1 entlang der äußeren Oberfläche 27 des Stutzens 6 und damit evtl. "leichte" Leckage in den Axialspalt 17. Im übrigen kann die Stufung 26 in nicht dargestellter Weise durch mehrere hintereinander angeordnete Rillen ersetzt sein.
Die Zirkulation der 1,ausgebrochenen" Flüssig keitspartikel Q1 in dem mit den Ringlamellen 8 ausgefüllten Hohlraum J gleicht nicht jener in den äußeren Spalträumen 13, 14 des Ringraumes 111, da alle den Hohlraum J zugeordneten Begrenzungswtande 2,2,3,8 rotieren ! Die "ausgebrochenen" Flüssigkeitspartikel 1 sind einer größeren Fliehkraft ausxesetzt als sie in den etwa radialen Spalträumen 13, 14 herrscht, und sie werden daher leicht durch die Ringlamellen 8 über die Bohrungen oder Ausnehmungen 12 in den Spaltraum 13,14,15 zurückgepumpt.
rin Rillen des Hohlraumes J und eventuelles Überfluten über einen Hohlraumabschnitt 28 nach jenem Wellenspalt 17, also die Leckage, ist nur durch Überlastung der leckfreien :Jellendichtung D denkbar. Sonst wird dank des hohlen Dichtungsrotors R und der besonders ausgehildeten Ineinanderschachtelung der rotierenden und der stehenden Toile -- insbesondere dank der Ringlamellen 8 und des Stutzens 6 mit seinen Ausformungen 7, 26 -- jede Leckage der Flüssigkeit Q zum Wellenspalt 17 hin verhindert.
r)7 en 1!einer Stelle rotierende und stationäre Elemente der leckfreien Wellendichtung D während des Betriebes gegeneinander reiben, ist selbst bei hohen Umfangsgeschwindigl:-iten der Verschleiß praktisch unbedeutend, as die Lebensdauer dieser Wellendichtung D erheblich steigert ! Durch Wahl geeigneter Waterialien können selbst aggressive medien, -- beispielsweise die Flüssigkeitsmetalle Kalium, Natrium od. dgl., -- zuverlässig bei hohen Wellenumfangsgeschwindigkeiten abgedichtet werden; auch die Schmierfähigkeit des Dichtungsmediums Q hat keinen Einfluß auf Lebensdauer und Dichtwirkung der Wellendichtung D selbst, Das hier beschriebene Prinzip, durch Verwendung eines hohlen Dichtungsrotors R sowie die besondere Konstruktion der Ineinanderschachtelung rotierender und statischer Wellendichtungselemente '^leichte" Leckagen zu verhindern, läßt sich auch bei Gewindewellendichtungen anwenden, die ebenfalls oft derartige Leckagen aufweisen. Auch bei berührungslosen Gewindewellendichtungen gilt es, diese Leckagen zu unterbinden; bei berührungslosen Gewindewellen wurden "leichte" Leckagen selbst dann beobachtet, wenn die Dichtungskapazität nicht voll ausgenutzt wurde. Allerdings sind die physikalischen Ursachen für die "leichte" Leckage der Gewindichtung meist anderer Natur als die weiter oben für die Flüssigkeitsringdichtung beschriebenen.
Der Einsatz von Wellendichtungen D einfacher Bauform zur Verhinderung der Leckage von Lagerschmierstoffen wie öl oder Schmierfetten an Lagern 30 sind in den Figuren 5ff verdeutlicht. Mittels dieser Wellendichtungen D voll unerwünschterweise in den Spaltraum 13 gelangender Schmierstoff wieder dez1 Lagerraum 31 zugeführt werden. Die Stutzenzunge bzw. Radialscheibe 7 des Stators 5 erzwingt im Zusammenwirken mit der Innenseite der rotierenden Scheibenwand 3 ein radial von der Wellenachse H nach außen gerichtetes Abströmen der Schmiermittelleckage, die nach den Spaltraur 13 auszutreten trachtet. Die Pumpwirkung im Rotorhohlraum J wird nllr durch Reibung des Lagerschmiermittels mit den rotierenden Innenwänden des Dichtungsrotors R erzeugt.
Die Übertragung des notwendigen Drehmomentes auf den Rotor R von der rotierenden Welle 11 und die Ableitung des Reaktionsdrehmomentes durch den Stator 5 in das stationäre Lagergehäuse kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. In Fig. 5 greift eine -- gegebenenfalls auch mehrere -- halbkugelförmige Ausbuchtung 32r des Dichtung rotors R bzw. 32s des Stators S in entsprechende Einformungen oder Ausnehmungen 33 eines rotierenden Lagerringes 34 bzw. eines stationären Lagerringes 35. Jene Ausbuchtungen 32 sind vorzugsweise in gleichmäßigem Winkelabstand über den Kreisumfang verteilt.
Um die Pump- und Abstreifwirkung des Rotorhohlraumes J zu verbessern, sind die durch Wellungen oder Rillen 10r auf Abstand gehaltene Ringlamellen oder Pumpscheiben 8 eingebaut. An deren äußere Unfang finden sich gemäß Fi . 5 die Bohrungen 11 oder entsprechende Schlitze, die ein Entleeren des Schmierst,offes aus den Lamellenzwischenräumen 9 durch die Ausnehmunren 12 in den Lagerraum 31 ermöglichen.
Zur Dämpfung der Schmiermittelumwälzung im Lagerraum 31 durch den in Fig. 7 gezeigten Dichtungsrotor R und zur Reduzierung der Rezirkulation des Schmiernittels durch die Wellendichtung D ist der Stator S zusätzlich durch ein statisches Diffusor-Element E mit Spaltdichtung 40 vom Lagerraum 31 abgetrennt.
Rezirkulation durch die Wellendichtung D stellt sich automatisch ein und wird durch den -- bei Wellendrehung in einer Ringspaltzuführung 41 entstehenden -- Schmiermitteldruck kontrolliert, Das in den Innenraum Jc zwischen Wellendichtung D und Diffuser-Element E -- welches sich erfindungsgemäß auch bei anderen als den oben beschriebenen Dichtunpsarten einbauen läßteingedrungene Schmiermittel wird unter statischem Druckrückgewinn im Diffuser-Element E zur RinOspaltztlführung 41 zurückgefördert und spritzt von dort -- die Lagerschmierung verbessernd -- gegen in 42 rotierende Lagerkugeln, oder es rezirkuliert zusammen mit frisch aus dem Lagerraum 31 eingedrungenem Schmiermittel wiederum durch die rotierende Wellendichtung D.
Außerdem zeigt Fig. 7 vom äußeren Umfang einer der Ringlamellen 8 abgebogene Zacken 43, welche mit der Drehrichtung einen Winkel von etwa 900 einschließen. Diese Zacken 43 verbessern die Pumpwirkung im Hohlraum J zusätzlich und erschweren ein mögliches Rückströmen des Schmiermittels vom Lagerraum 31 durch die Bohrungen 12 in den Rotorhohlraum J. Dieser kann -- wie Fig. 6 erkennen liißteinen ringförmigen Gewebeeinsatz 44 aus DrahtDeflecht, Filz oder ähnlichen Materialien aufnehmen, der ebenfalls die Purnp- und Abstreifwirkung im Rotorhohlraum J steigert und eine zusätzliche Filterwirkung übernimmt.
Das Drehmoment wird gemäß Fig. 6 ein- und abgeleitet durch statische Reibung zwischen dem Dichtungsrotor R bzw. dem Stator S einerseits und der Welle W bzw. dem Lagergehäuse G anderseits.
Fig. 8 stellt eine Variation des stationären Diffusorelements E dar. Zusätzlich ist hier die Wellendichtung D mit einer vorgesetzten Zusatzdichtung 50 versehen, um das Eindringen von Staub-, Schmutzteilen und anderen Fremdmedien in die Hauptdichtung D -- und damit in das Lagerschmiermittel -- zu verhindern. Die Wirkungsweise dieser Zusatzdichtung 50 entspricht im Prinzip jener der bereits beschriebenen Wellendichtung D. Durch Löcher oder Schlitze 12d im Rotor Rd der Zusatzdichtung 30 werden Staub- oder Schmutzteile, die röglicherweise ihren Weg in den Hohlraum J. des rotors Rd gefunden haben lönnten, wieder in den umgebenden Raum 51 zurückzentri fungiert, be-or sie -- in den Hohlraum J der Wellendichtung D einringend -- das Schmiermittel verunreinigen I:?3nnten. Auf der anderen Seite der Wellendichtung D ist wiederum ein Diffusor-Element E erkennbar.
Die bisher gezeigten Ausführungsbeispiele der Wellendichtung D wirken vor allem im Betrieb, 1. h. bei Wellenrotation, abdichtencl.
Un nun auch eine zuverlässige Dichtwirkung bei t:;ellenstillstand zu gewährleisten, sind in folgenden Dichtungskonstruktionen gezeigt, c'ue nit nichtintegrierten (Fig. 9, 10) und mit inrerierten (Fig. 11) statischen Dichtung vorrichtung ausgerüstet sind.
rine statische Abdichtung wird beispielsweise durch gegenseitigen Druckkontakt einer Fläche 60 des Dichtungsrotors R und der gegenüberliegenden Reibfläche 61 des Stators S erreicht; bei den neisten hier gezeigten Ausführungsformen drückt ein mit der Welle W rotierendes Organ 62 aus elastonerem oder gummiartigem Werkstoff auf jene Reibfläche 61. Außerdem können alle statischen Dichtungsteile Fliehkraftsegrlente 53 enthalten, die so bemessen sind, daß von einer vorbestimmten Wellendrehzahl ab die Dichtungsfläche 60 des rotierenden Elastoners 62 von der statischen Reibungsfläche 61, abgehoben wird; die Dichtwirkung wird dann von der oben beschriebenen berührungslosen Dichtung übernommen, damit Peibungsverschleiß an aneinanderreibenden Dichtungsflächen unterbunden wird.
In den Fig. g und 10 ist das rotierende Dichtorgan 62 in einem dünnwandigen hart-- - -: fl Blechgehäuse 70 untergebracht, welches mit einem an seiner äußeren Peripherie abgebogenen Winkel 71 den g'egebenenfalls gestreckten elastomeren Dichtungsteil 62 nach einem bei Drehung der Welle T; erfolgenden Abheben von -der Reibungsfläche 61, unter stützung gegen die Einwirkung der Zentrifugaleigenkräfte und der Fliehkraftsegmente 63, gibt. Damit wird ein Überstrecken des Elastomers 62 sinnvoll verhindert. Sektionen 72 an inneren Durchmesser des Elastomers 62, sind gleichzeitig so mit dem umgebenden Gehälse 70 verbunden, daß sie eine Dichtwirkung gegen beispielsweise mögliche Schmiermittelleckage entlang des Wellenspaltes 17 zwischen der Welle W und der Dichtung D ausüben.
Als nichtintegrierte Komponente kann die statische Dichtung unabhängig von der eigentlichen Hauptdichtung montiert werden.
In der Ausführung gemäß Fig. 11 wird die statische Abdichtung während des Wellenstillstandes durch eine zusätzliche Gleitringdichtllng mit Dichtring 73 in Stator S gewährleistet, Dieser Dichtring 73 kann bepielseise aus Graphit geformt sein und braucht keine elastomeren rigenschaften besitzen; er wird durch eine vorgespannte Feder 74 gegen eine Stirn fläche 75 des Stators 5 gedrückt und sichert damit ebenfalls die Abdichtung gegen Leckage während des Wellenstillstandes. Bei zunehmender Wellendrehzahl erzeugen die Fliehkraftsegmente 63 über Haken 76 einen axialen Schub auf den Dichtring 73; unter Zusammendrücken der Dichtungsvors pannfeder 74 löst sich der Kontakt zwischen Rotor- und Statordichtung und die Abdichtung wird -- wie oben wiederholt beschrieben -- von dem dynamischen Teil der Dichtung D übernommen.
Das Statorgehäuse 77 in Fig. 11 ist mit einer Abstufung 26S versehen, durch welch ein mögliches Kriechen der Dichtungsflüssigkeit entlang dem wellenparallelen Spalt 22 zwischen Stator S und Dichtungsrotor G nach Ringraum 111 unterbunden wird, Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 13 und 12 umfängt den die Welle W umgebenden Kragen 80 des Dichtungsrotors R eine Rinne 81, in welcher in elastorierer Ring 62 V-förigen Querschnittes durch eine Haftschicht 82 gehalten wird. Auf jenem elastomeren in 62 erkennt man -- in diesen mittels eines Zapfens eingreifend-- mehrere Fliehkraftsegmente G3. Diese sind seitlich in einen Abstand i von einen Ringrand 2g umgeben, an dessen unteren Kante (drei auf dem erzeugten Kreisbogen gleichmäßig verteilte) Bohrungen 12 angeordnet sind. Diesen Dichtungsrotor R berspannt einschließlich der eingelegten Ringlaellen @ ein Rotordeclzel 3g. iRber der1 Rotor 3 und seinen Deckel 3g findet sich der Stator S, dessen wellenparallele Innenwandung 6g zwischen den Rotor@kragen @0 und die Ringlamellen eingreift sowie :iie bereits beschriebene Abstufung 26s aufweist. Die Außenwandung @4 des Stators S ungibt in zusammengebautem Zustand sowohl den Dichtungsrotor R and dessen Deckel 3g als auch ein gegebenenfalls unterhalb des Dichtungsrotors R vorgesehene5 deckelähnliches @rgan 85.
in typisches Einbaubeispiel einer trennbaren Dichtung Di zeigt Fig. 14; Dichtungsrotor Ri und Stator Si können unabhängig voneinander axial auseinandergenommen und separat montiert bzw. demontiert werden. Ein nittlerer Ringwischenraum ist mit 86 bezeichnet. Diese Dichtungen sind den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 und 11 bis 13 gleich.
Gemäß Fig. 15 läßt sich eine Wellendichtung Dq in Kombination mit einer Sperrflüssigkeitsanlage zum leckfreien Abdichten von hohen Druckunterschieden zwischen einem Hochdruckraum 16q und einem Niederdruckraum 112q einsetzen. Das Dichtungs- oder Sperrmedium wird aus einem obenliegenden Vorratsbehälter 120 durch eine Pumpe 121 unter Druck -- der wenigstens gleich oder größer ist als der in Raum 16 vorherrschende Druckeiner Mut 122 für das Dichtungsmeidum zugeführt, Drosselbereiche Rq und 16 kontrollieren den Durchsatz des Dichtungsmediums nach Hochdruckraum 16 sowie zur Wellendichtung D q q und wirken dabei abdichtend auch gegen große Druckunterschiede zwischen Hochdruckraum 16q und Miederdruckraum 112q.
Während des Betriebes sorgt die Wellendichtung Dq für die leckagefreie Rückführung des durch den Drosselbereich der Länge L zur Wellendichtung Dq gelangten Dichtungsmediums zum Vorra-tsbehälter 120 in schon obenbeschriebener Weise Leckage des Dichtungs- oder Sperrmediums selbst und/oder des abzudictenden Mediums aus Hechdruckraum 16q in den Niederdruckraum 112q wird durch die -- Dichtungsrotor Rq, Stator Sq, Hohlraum Jq und Ringlamellen 8 aufweisende-Wellendichtung Rq verhindert. Die Dichtungswirkung des Wellenspaltes 17 wird zusätzlich noch durch das Anbringen von dynamischen Dichtungselementen -- zuri Beispiel Gewindedichtungen 23 und 23q -- verstärkt, die jeweils im Dichtungsrotor R q und Statorteil Sq vorgesehen sind. Die Förderrichtung dieser Zusatzdichtung ist hier zum rotierenden Hohlraum Jq hin gerichtet, Um bei Einsatz der Wellendichtung D q mit Hilfe geeigneter Sperrflüssigkeit im Spalt-@aum 14 Vakuum im Raume 112q gegen Drücke @@@@@chdruckraum 16q abzudichten, sind die Zusatzdichtungen 23 als vakuumpumpende Elemente ausgebildet, die ein Entweichen eventueller Dampf- und Caspartikel aus Raum Jq q entlang detn Spalt 17 nach Raum 112q vermindern oder verhindern - letzteres gibt in vergrößerter Darstellung auch Fig. 2 an Beispiel des Rückführungewindes 23 als Sperre für Dampfmolekühle wieder.
L e e r s e i t e

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Flüssigkeitsringdichtung für strömenie Modien zur Abdichtung des Spelter zwischen einer Welle und einer von @ie@@@@ @@@@-sotzten @@@@, @@@ch@ @@ei @@ruckräure voneinander trennt @@@ einen @@@@@@@ für @@@@ Flüssigkeitsr@@@@@ @@@@@@ @@@ @@ dar Welle befestigtes Pot@@teil au@@@@t, das in @albquerschnitt etwa die Form eines zur Welle hin offenen @ hat, @essen einer Schenkel in Abstant von dar Welle zur Sildung einer etwa ringförmigen @@@@@@@ eriet, in die ein von der Wand ausgehender stationärer Statuen ragt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Stutzen (6) in Hohlraum (@) zumindest ein etwa radiales Ablenkorgen (7, 26) aufweist, und daß der Hohlraum durch wenigstens eine in seinern raidal äußeren Bereich vorgesehene Öffnung (1@) mit dem @ingraum (13, 14, 15; 111) verbunden ist.
2. Dichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Hohlraum (J) eine Punpwirkung erzeugende Einbauten (3, 43, 44) angeordnet sind.
3. Dichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet Aurch sich mit dem Rotorteil (R) drehende Flächen aufweisende etwa radiale Minbauten (@), beispielsweise Ringlamellen odnr Pumpscheiben, welche im Hohlraum (J) Zwischenräume (9) erzeugen.
4. Dichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Zwischenräume (9) miteinander durch Ausnehmungen (11) in den Ringlamellen oder Pumpscheiben (8) verhunden sind.
5. Dichtung nach einen er Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußfläche der Öffnung/en bzw. Ausnehnungen (12 bzw. 11) entsprechend den Zuflußflächen zum Hohlraum (J) ausgelegt sind.
6. Dichtung nach einer der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vorn äußeren Umfang wenigstens einer Ringlanelle (8) schaufelähnliche Zacken (43) abragen.
7, Dichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum (J) des Rotorteils (R) wenigstens ein ringähnlicher Gewebeeinsatz (44) vorgesehen ist.
8. Dichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß den rotörseitigen Ringlamellen (8) od. dgl. Einbauten (43, 44) als Ablenkorgan wenigstens eine ringähn).iche schulterartige Abstufung (26) oder eine umlaufende Ringnut der Wand (S) zugeordnet ist.
9. Dichtung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß arn Stutzen (6) als Ablenkorgan eine teilweise in den Hohlraum (J) einragende, zum Flüssigkeitsring (Q) in Abstand stehende Radialscheibe oder Ringzunge (7) vorgesehen ist.
10. Dichtung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gelxennzeichnet, daß die Ablenkorgane (26) als im Stutzen (6) vorgesehene Stufungen mit von der Welle (W) steigenden Radien (c, d) allsgebildet sind.
11. Dichtung nach Anspruch 1, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Stutzen (6) mehrere Rillen (23) hintereinander angeordnet sind.
12. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stutzen (6), ein etwa paralleles Ansatzorgan (4) am kurzen U-Schenkel (3) des Rotorteils (R) zugeordnet und dieses gegebenenfalls mit Ausnehmungen (24) versehen ist.
13. Dichtung nach Anspruch 1n, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (24) etwa tangential zur Welle (W) gerichtet sind (Fig. 4).
14. Dichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß den Hohlraum (J) wenigstens ein wandseitiges Diffusorelement, beispielsweise eine Diffusorringplatte (E), zur automatischen überführung von Dichtflüssigkeit (Q) etwa vom Außendurchmesser (2) des Rotorteils (R) unter Druck durch Ausnehmung/en (28) zu einem radial nach innen um die Welle (W) angeordneten Spalt (40) nachgeschaltet ist.
15. Dichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur statischen Abdichtung einer Dichtungsfläche (6) des Botorteils (R) eine Reibfläche (61) der stehenden Wand (S) anliegt, beispielsweise ein mit der Welle (W) rotierendes Organ (6?) aus elastomeren oder gummiartigem Werkstoff, welchem zumindest ein Fliehkraftsegment (63) zugeordnet ist, mittels dessen die Dichtungsfläche des rotierenden Organs von der statischen Reibfläche während der Drehung der Welle abhebbar ist.
16. Dichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Welle (W) umgebender, den Zwischenräumen (n) zwischen den Ringlamellen (8) vorgeschalteter Dichtun"sring (73) durch einen Kraftspeicher (74) bei Wellenstilistand gegen die Wand (S) gedrückt ist.
17. Dichtung nach wenigstens einem der Ansprücre 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung des Drehmomentes von der Welle (T.I) auf das Rotorteil (R) bzw.

zur Ableitung des Reaktionsdrehmomentes durch die Wand (S) zwischen Welle und Rotor bzw. zwischen land und einem stationären Lagerteil einerseits halbkugelförmige Ausbuchtungen (32) od. dgl. Indentionen sowie andererseits entsprechende Einformungen (33) oder andere lösbare Verbindungselemente angeordnet sind.
18. Dichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rotorteil (R) ein Statorteil (S) zugeordnet ist, welches die den Ringraum (13,14,15;111) bexrenzenden Wandabschnitte und/oder Ablenkorgane (7,26) wenigstens teilweise bildet und mit dem Rotorteil sowie gegebenenfalls dessen Einbauten (8,43,44) ein gesondertes Einbauelement ergibt.
19. Dichtung nach Anspruch 14 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Einbauelement aus Rotorteil (R) und Statorteil (S) die Diffusorringplatte (E) und/oder gegebenenfalls zumindest ein weiteres Dichtungselement (50,73) zugeordnet ist.