DE2625153A1

DE2625153A1 - Wellenabdichtung

Info

Publication number: DE2625153A1
Application number: DE19762625153
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dr Kabelitz; Nikolas Dipl Ing Sideris
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1976-06-04
Filing date: 1976-06-04
Publication date: 1977-12-15
Also published as: US4128248A; FR2353772A1; FR2353772B3; GB1537595A; DE2625153C2

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GMBH & CO KG Köln-Bayent a 1

We]lenabdichtung

Die Erfindung bett if ft· die Abdichtung einer Welle in einer Trennwand, die einen Öl enthaltenden Raum von einem ölfreien Raum oder nach außen hm abtrennt, mit Hilfe von zwei einen ölgefüllten Zwischenraum bildenden WeI1endichtrmgen und Mitteln zur Druckentlastung des Zwischenraumes.

Bei rotierenden Vakuumpumpen und Verdichtern tritt das Problem auf, daß die Antriebswelle das Gehäuse durchbricht und dynamisch abzudichten ist. In der Regel geschieht das durch einen radialen Dichtung käuflicher Bauart. Schmierung und Kühlung des Radial-Diehtringes erfolgen durch Öl, das vom Pumpen inneren zum Radial-Dlchtrmg gelangt. In der Regel ist der Umgebungsdruck kleiner als der Druck im Innern der jeweiligen Maschine, Aus diesen Druckverhältnissen und aus der Dichtheitsforderung ergibt sich die Einbaulage des Radialdichtringes so, daß seine Dichtlippe m Richtung Druckzunahme weist, da der Dichtring nur in dieser Lage einwandfrei dichtet. Bei entgegengesetztem Einbau wird die Dicht lippe abgehoben und. damit undicht.

Um eine besonders gute Abdichtung der Welle zu erzielen, ist es bekannt, zwei Radial-Dichtrmge mit einander zugewandten Dicht lippen zu verwenden, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Dichtringen mit Öl gefüllt ist, um ausreichende Schmierung und Kühlung der Ringe sicherzustellen. Infolge viskoser Strömungsvorgänge im konischen Dichtspalt zwischen Radialdichtung und Welle kann im Dichtspalt Öl gefördert werden. Dieses Phänomen tritt selbst dann auf, wenn die Welle den Herstellerempfehlungen folgend "im Einstich" geschliffen ist, d.h., keine gewindeähnlichen Mlkroriefen

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oder ähnliches aufweist. Eine derartige Pumpwirkung der Ringe hat häufig zur Folge, daß im Zwischenraum zwischen den beiden Dichtnngen erhebliche Öldrucke von bis zu einigen Bar aufgebaut werden, die eine erhöhte Differenzdruckbelastung und damit einen vorzeitigen Verschleiß und vorzeitige Undichtigkeit der Radialdichtringe zur Folge haben. Zur Vermeidung dieser Nachteile hat man bereits vorgeschlagen, den Ringraum nach außen hm zu entlasten Bine derartige Entlastung kann jedoch nicht bei Pumpen oder Kompressoren vorgesehen werden, die giftige oder radioaktive Gase fördern und deshalb besonders dicht sein müssen, da mit dem nach außen strömenden öl auch giftige oder radioaktive Gase nach außen dringen. Weiterhin ist diese Druckentlastung nach außen nicht für Pumpen und Kompressoren geeignet, bei denen der Innendruck wesentlich höher als der Außendruck ist. Sobald nämlich z.B. der Druck p- im Innern einer Pumpe wesentlich höher ist. als der

1 cz ι /"»V»

AtmoSphärendruck ρ^ ist, öffnet Her innere Radialdichtring,

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so daß Öl und Fördermedium über die Ausgleichsbohrung in erheblichen Mengen aus der Pumpe austreten können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere für die Verwendung in Pumpen oder Kompressoren geeignete Wellenabdichtung mit Hilfe von zwei einen ölgefüllten Zwischnraum bildenden Wellendichtringen und Mitteln zur Druckentlastung des Zwischenraumes zu schaffen, welche hohen Dichtheitsanforderungen genügt, so daß die damit ausgerüsteten Pumpen oder Kompressoren ohne weiteres für die Förderung giftiger und radioaktiver Gase verwendet werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darm,daß der von den Wellendichtringen gebildete Zwischenraum über einen Kanal mit dem Öl enthaltenden Raum in Verbindung steht. Das aus dem Zwischenraum austretende Öl strömt damit ohne in die Atmosphäre zu gelangen in den Öl enthaltenden Raum

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zurück, so daß Kontaminationen der Umgebung mit verseuchtem Öl nicht auftreten können.

Es ist bekannt, Pumpen oder Kompressoren für giftige, radioaktive oder auch hochreine Fördermedien vor dem Einsatz zu evakuieren und dadurch auf Lecks zu untersuchen. Auch bei der Reinigung derartiger Maschinen erfolgt häufig - vorzugsweise zwecks Entgasung der Wandungen und des Schmiermittels - eine Evakuierung. Bei diesen Druckverhältnissen, bei denen der Innendruck ρ der jeweiligen Maschine kleiner ist als der Umgebungsdruck, entspricht auch die bereits erwähnte erfindungsgemäße Wellenabdichtung nicht mehr den hohen Dichtheitsanforderungen. Sobald die Maschine evakuiert wird, entsteht über den Ausgleichskanal auch im Zwischenraum zwischen den Dichtringen ein Unterdruck, so daß der äußere Dichtring sich öffnet und Umgebungsluft über den Kanal in die Maschine eindringen kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darm, die Wellenabdichtung zusätzlich so zu gestalten, daß sie auch bei wechselnder Druckbelastung stets dicht ist.

Die einfachste Lösung dieser weiteren Aufgabe besteht darin, daß der den Zwischenraum zwischen den Dichtringen mit dem Öl enthaltenden Raum verbindende Kanal ein Verschlußelement aufweist. Wird die Maschine mit höherem Innendruck als dem Umgebungsdruck betrieben, dann kann das Verschlußelement, z.B. ein Ventil, von Hand geöffnet werden. Hohe Dichtheitsanforderungen sind dann erfüllt. Hat die Maschine einen Innendruck p., der kleiner ist. als der Umgebungsdruck, dann wird das Ventil geschlossen. Dadurch ist die Bildung eines Unterdruckes im Raum zwischen den Dichtringen vermieden, so daß das Eindringen von Umgebungsluft in diesem Raum nicht möglich ist. Zweckmäßig sind mindestens ein Meßinstrument zur Messung des Differenzdruckes zwischen dem öl enthaltenden und dem ölfreien Raum vorgesehen, so daß die Betätigung des Verschlußelementes danach erfolgen kann.

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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn dem Verschlußelement Steuermittel zugeordnet sind, die ein Öffnen bewirken, wenn Druck p. im Öl enthaltenden Raum größer ist als der Druck ρ

X u

im ölfreien Raum, und die ein Schließen des Verschlußelementes bewirken, wenn der Druck ρ im Öl enthaltenden Raum kleiner ist als im ölfreien Raum. Die Steuermittel können z.B. von einem Differenzdruckgeber mit einer Membran gebildet werden, der Mittel (z.B. em Gestänge) zur Übertragung ihrer elastischen Verformung auf das Verschlußelement zugeordnet sind. Die Membran kann auch selbst das Verschlußelement sein.

In einigen praktischenFällen - z.B. bei der Verwendung von Pumpen oder Kompressoren in geschlossenen Umwälzsystemen, bei denen die Maschinen häufig nicht gegen den Atmosphärendruck arbeiten - kann es zweckmäßig sein, wenn der Druck p. im Innern der Maschine nicht mit dem Umgebungsdruck ρ , sondern mit einem dem geschlossenen Umwälzsystem entsprechenden Referenzdruck ρ ^ verglichen wird. In solchen Fällen kann es auch zweckmäßig sein,den Druck ρ im Zwischenraum zwischen den beiden Dichtringen zu berücksichtigen. Nur dann ist es möglich, die verschiedenen, für die Abdichtung schädlichen Druckverhältnisse - viel zu hoher oder zu niedriger Druck im Zwischenraum zwischen den Dichtringenzu vermeiden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erf indung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Auführungsbeispielen erläutert werden.

In den Figuren sind die Trennwand mit 1 und die die Trennwand durchdringende Welle mit 2 bezeichnet. Die Trennwand trennt den Öl enthaltendenRaum 3, in der der Druck p, herrscht, vom ölfreien Raum 4, in dem der Druck ρ herrscht.

In der Regel ist der Raum 4 die Atmosphäre,und der

Druck p₌ der Atmosphärendruck,
a ■

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Die Welle 2 ist mil Hilfe der beiden Dicbtrmge 5 und 6 in der Trennwand ι abgedicbti?i. Zur Sicherung der Dirhtringe und 6 gegen seitliches Verru*sehen sind die Anschlagringe 7 und 8 vorgesehen Die Dichi ringe 5 und 6 bilden einen ölgefüllten Zwischenraum 9, in dem der Druck p„ bei τ t-nbt .

Tn der Figur ¹ ist det »-»ünn« * mit d€?m Z-Anschcm aum 9 übet den von Bohrungen in der Tr ennwdnd ι gebildete?! Kcinal ~-O verbunden. Dadurch können im Falle ρ größer ρ v.u vor-

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zeitigem Verschleiß und vorzeitiger Undicht igkei J-, insbesondere des Radlaldichiιinges 5, führende Öldrücke ρ im Ringraum 9 vermieden werden, welche ohne Kanal 10 infolge der Pumpwirkung des HadiaIdιchtringes 6 entstehen können.

In der Figur 2 weist der Kanal 10 ein Ventil 11 auf, das z.B. von Hand im Falle ρ größer ρ ge<

ι a

ρ kleiner ρ geschlossen werden kann.

z.B. von Hand im Falle ρ größer ρ geöffnet und im Falle

ι a

In der Figur 3 ist die Trennwand 1 Teil eines Pumpengehäuses, z.B. einer Vakuumpumpe. Die Welle 2 ist mit Hilfe des Gleitlagers 12 im Pumpengehäuse gelagert. Im Pumpenraum 3 herrscht der Druck ρ , In dem den Zv7ischenraum zwischen den Dichtringen 5 und 6 mit dem Pumpeninnenraum verbindenden Kanal 10 ist ein anderes Verschlußelement 13 angeordnet. Dieses besteht aus dem Körper 14, in den die zum Zwischenraum 9 und zum Pumpeninnenraum 3 führenden Kanalabschnitte von unten münden und den sie bis nach oben durchsetzen. Die Oberseite des Körpers 14 ist mit der elastischen Membran 15 abgedeckt, die von der mit einer oberen öffnung versehenen Kappe 16 festgehalten wird. Ist der Druck ρ im Innenraum der Pumpe größer als der auf der freien Seite der Membran i5 lastende Außendruck, dann öffnet die gleichzeitig als Schließelement wirkende Membran den Kanal 1O. Ist der Innendruck ρ kleiner als der Außendruck, dann ist der Kanal 10 verschlossen. Diese Lösung hat noch einen weiteren Vorteil: Steigt unabhängig vom Innendruck ρ der Druck ρ im

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Zwischenraum 9 im erheblichen Maße an, was zu einem überhöhten Verschleiß des äußeren Dichtringes 5 führen kann, dann kann über das Verschlußelement 13 eine Entlastung dieses Druckes in den Innenraum 3 der Pumpe erfolgen.

Wie bereits erwähnt, kann es in einigen Fällen zweckmäßig sein,anstelle des Atmosphärendruckes einen anderen Referenzdruck heranzuziehen.Dazu kann der Raum oberhalb der Membran mit Hilfe des gestrichelt dargesllten Gehäuses 17 als geschlossene Kammer ausgebildet sein, in der der gewünschte Referenzdruck ρ _ herrscht.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 sind elektronische Steuermittel vorgesehen. Das Verschlußelement 13 wird von einem Umsetzer 18 gesteuert, dem geeignete, den Drücken

ρ. , ρ und ρ entsprechende Signale über die Meßinstrumente χ a ζ

19, 20 und 21 zugeführt werden. Zusätzlich ist ein mit bezeichneter Solldruckwertgeber vorgesehen, der eingesetzt wird, wenn statt des vom Meßinstrument 20 gelieferten Signals für den Umgebungsdruck ein anderer Referenzdruck herangezogen werden soll. Mit den in Figur 4 dargestellten Steuermitteln ist die Steuerung des Verschlußelementes 13 in der Weise möglich, daß für die hohen Dichtheitsanforderungen schädliche Druckverhältnisse nicht mehr auftreten. Soll nur die Druckdifferenz zwischen p. und ρ maßgebend sein,

χ a

dann werden nur die von den Instrumenten 19 und 20 gelieferten Signale herangezogen. Soll zusätzlich der Druck ρ im Ringraum 9 Berücksichtigung finden, wird vom Umsetzer auch das vom Meßgerät 21 gelieferte Signal berücksichtigt. Schließlich kann auch mit Hilfe des Solldruckwertgebers ein anderer Referenzdruck herangezogen werden.

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Dichtung einer Welle in einer Trennwand, dxe einen Öl enthaltenden Raum von einem ölfreien Raum oder nach außen hm abtrennt, mit Hilfe von zwei einen ölgefüllten Zwischenraum bildenden Wellendichtringen und Mitteln zur Druckentlastung des Zwischenraumes, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (9) über einen Kanal (10) mit dem ölenthaltenden Raum (3) in Verbindung steht.

2. Wellenabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal UO) ein Verschlußelement (13) aufweist.

3. Wellenabdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Instrument zur Messung des Differenzdruckes zwischen dem öl enthaltenden Raum (3) und dem ölfreien Raum (4) vorgesehen ist.

4. Wellenabdichtung nachAnspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement 13 von einem Körper(14) gebildet wird, in den die Abschnittt?des Kanals (10) münden, und daß den Mündungsöffnungen eine Membran (15) zugeordnet ist.

5. Wellenabdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Seite der Membran (15) dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist.

6. Wellenabdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Seite der Membran (15) einem beliebigen Referenzdruck ausgesetzt ist, der in einer auf den Körper (13) angeordneten, von einem dichten Gehäuse (17) gebildeten Kammer herrscht.

7. Wellenabdichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß dem Verschlußelement (13) Steuermittel zugeordnet, sind, die ein Öffnen des Verschlußelementes bewirken, wenn der Druck im Öl enthaltenden Raum (3) größer ist als Lm ölfreien Raum (4), undde ein Schließen des Verschlußelementes (13) bewirken, wenn der Druck im Öl enthaltenden Raum '-3) kleiner ist als im ölfreien Raum ;4i.

8, Wellenabdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel von einem Differenzdruckgeber mit einer Membran gebildet werden, welcher Mittel (z.B. ein Gestänge zur Übertragung ihrer elastischen Verformung auf das Verschlußelement zugeordnet sind.

9. Wellenabdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran selbst das Verschlußelement ist.

10.Wellenabdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Steuermittel (18,bis 23) vorgesehen sind.

11,WeIlenabdichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß em auf das Verschlußelelement (13) einwirkender Umsetzer (18) vorgesehen ist, dem Druckmeßeinrichtungen (19 bis 2Ή zur Messung der Drücke ρ., ρ und/oder ρ

is. ,ζ

zugordnet sind,

12.WeIlenabdichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichröb , daß dem Umsetzer (18) noch em Solldruckwertgeber (22) zur Vorgabe eines vom Atmosphärendruck p, verschiedenen

CL

'Heferenzdruckwertes ρ ^ zugeordnet ist.

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