DE2625153C2

DE2625153C2 - Wellendichtung

Info

Publication number: DE2625153C2
Application number: DE2625153A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dr. Kabelitz; Nikolas Dipl.-Ing. 5000 Köln 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: 1983-07-14
Also published as: FR2353772A1; FR2353772B3; GB1537595A; DE2625153A1; US4128248A

Description

a) Der Zwischenraum (9) ist über einen Verbindungskanal (10) mit dem öl enthaltenden Innenraum (3) der Pumpe verbunden;

b) in dem Verbindungskanal (10) ist ein Verschlußelement (13) angeordnet;

c) das Verschlußelement (13) ist in Abhängigkeit vom Innendruck ρ* vom Umgebungsdruck ρ» bzw. pref und vom Druck p_z im ölgefüllten Zwischenraum (9) derart gesteuert, daß es

el. bei pi < ρ,

zur Verhinderung eines den Umgebungsdruck p. bzw. prd unterschreitenden Druk- «t<s pz im Zwischenraum (9) geschlossen ist und zur Entlastung des Zwischenraumes (9) öffnet, wenn und solange der Druck p_z im Zwischenraum (9) größer p, bzw. pnt ist, und

c2. bei pi > p.

zur Erzielung eines Druckausgleichs zwischen dem Innenraum (3) der Pumpe und dem Zwischenraum (9) geöffnet ist

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (13) von einem Körper (14) gebildet wird, in den die Abschnitte des Kanals (10) münden, und daß den Mündungsöffnurigen emc auch als Verschlußelement wirkende Membran (15) zugeordnet ist

3. Wellendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Seite der Membran (15) dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist.

4. Wellendichtung nach Anspruch 2, 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.

5. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verschlußelement (13) elektronische Steuermittel (18 bis 23) vorgesehen sind.

6. Wellendichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf das Verschlußelement (13) einwirkender Umsetzer (18) vorgesehen ist, dem Druckmeßeinrichtungen (19 bis 21) zur Messung der Drücke pi, p, und p_z zugeordnet sind.

7. Wellendichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umsetzer (18) ein Solldruckwertgeber (22) zur Vorgabe eines vom Atmosphärendruck p, verschiedenen Referenzdruckwertes pre/zugeordnet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung für eine ölgedichtete Rotationsvakuumpumpe mit zwei einen ölgefüllten Zwischenraum bildenden Wellendichtringen. Wenn Pumpen dieser Art für die Förderung radioaktiver oder giftiger Gase eingesetzt werden, müssen sie besonders hohen Dichtheitsanforderungen genügen.

Bei ölgedichteten rotierenden Vakuumpumpen tritt

das Problem auf, daß die Antriebswelle das Gehäuse durchbricht und dynamisch abzudichten ist. In der Regel geschieht das durch einen radialen Dichtring käuflicher

Bauart Schmierung und Kühlung des Radialdichtringes

erfolgen durch · Öl, das vom Pumpeninneren zum

Radialdichtring gelangt. Aus der: auftretenden Druck- Verhältnissen und auf der Dichtheitsforderuag ergibt

sich die Einbaulage des Radialdichtringes so, daß seine

Dichtlippe in Richtung Druckzunahme weist, da der Dichtring nur in dieser Lage einwandfrei dichtet Bei

entgegengesetztem Einbau wird die Dichtlippe abgehos ben und damit undicht

Da auch bei Vakuumpumpen wechselnde Druckverhältnisse, d. k, der Innendruck der Pumpe kann je nach Betriebsart größer oder kleiner als der Außendruck sein, auftreten können, wurde bereits vorgeschlagen, zwei Radial-Dichtringe mit einander zugewandten Dichtlippen 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 Herstellerempfehkmgen folgend, »im Einstich« geschliffen ist d. h, keine gewindeähnlichen Mikroriefen oder ähnliches aufweist Eine derartige Pumpwirkung der Ringe hat häufig zur Folge, daß im Zwischenraum zwischen den beiden Dichtringen 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 hin zu entlasten. Eine derartige Entlastung kann jedoch nicht bei Pumpen oder Kompressoren vorgesehen werdra, 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 /j,im Innern einer Pumpe wesentlich höher ist als der Atmosphärendruck p„ öffnet sich der innere Radialdichtring, so daß Öl und Fördermedium über die Ausgleichsbohrung in erheblichen Mengen aus der Pumpe austreten können.

Diese Nachteile können bei einer aus der DE-PS 8 58 483 bekannten Wellendichtung vermieden werden, bei der der von den Wellendichtringen gebildete Zwischenraum über einen Kanal mit dem Öl enthaltenden Raum in Verbindung steht Das aus dem Zwischenraum austretende Ol strömt damit, ohne in die Atmosphäre zu gelangen, in den öl enthaltenden Raum zurück, so daß Kontaminationen der Umgebung mit verseuchtem öl nicht auftreten können.

Es ist bekannt, Pumpen 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 Umgebungs-

druck, entspricht auch die bereits erwähnte Wellendichtung nicht mehr den hohen Dichtheitsanforderungen. Sobald die: Maschine evakuiert wird, entsteht über dem Ausgleichskanal auch im Zwischenraum zwischen den Dichtungen ein Unterdruck, so daß der Süßere Dichtring sich öffnet und Umgebungsluft über den Kanal in die Maschine eindringen kann.

Schließlich ist aus der US-PS 3740 057 eine Wellendichtung bekannt, bei der zwei Dichtringe einen flüssigkeitsgefüIUen Zwischenraum bilden. Diesem Zwi- ^|0 schenraum ist eine komplizierte Membranregelarmatur zugeordnet, welche den Druck im Zwischenraum in Abhängigkeit vom Innendruck und Außendruck derart steuert, daß er jeweils gleich oder größer als der größere der beiden Druckwerte (Innendruck, Außendruck) ist. Abgesehen von der äußerst aufwendigen Regelarmatur ist nachteilha/t, d?J infolge der möglichen, im Zwischenraum auftretenden Oberdrücke hohe Differenzdrücke an den Dichtringen auftreten, wodurch — wie eingangs bereits erwähnt — deren Lebensdauer stark beeinträchtigt ist Darüber hinaus wird bei dieser Lösung La Kauf genommen, daß kleine Mengen der im Zwischenraum befindlichen Dichtungsflüssigkeit sowohl in das Innere der Maschine eintritt als auch in die Umgebung austritt Dadurch nimmt die Menge der ^2d Dichtungsflüssigkeit ständig ab, so daß ihr Vorhandensein zumindest in angemessenen Zeitabständen kontrolliert werden muß. Bei in geschlossenen Systemen eingebauten Maschinen ist das von besonderem Nachteil.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellendichtung für eine ölgedichtete Rotationsvakuumpumpe mit zwei einen ölgefOllten Zwischenraum bildenden Wellendichtringen zu schaffen, welche einfach gestaltet ist sowie hohen Dichtheits- ^u und Lebensdaueranforderungen genügt, so daß die damit ausgerüstete Vakuumpumpe auch bei wechselnden Druckverhältnissen für die Förderung giftiger und radioaktiver oder auch hochreiner Gase eingesetzt werden kann.

Erfindungs^emäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst

Der wesentliche Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß sichergestellt ist, daß der Druck p_z im Zwischen- ⁴' raum zwischen den Dichtringen nicht über den maximal auftretenden Innen- oder Außendruck ansteigen kann, so daß die an den Dichtringen auftretenden, für ihre Lebensdauer entscheidenden Druckdifferenzen optimal niedrig gehalten werden können. Bezüglich Dichtheit '" und Lebensdauer ist des(v',b diese Wellendichtung den vorbekannten Lösungen überlegen, so daß damit ausgerüstete Pumpen für dsn Einsatz in offenen oder geschlossenen Systemen, in denen radioaktive, giftige oder auch hochreine Gase zu behandeln sind, besonders ⁵' geeignet sind.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der F i g. 1 und 2 erläutert werden.

In den Figuren sind die Trennwand mit 1 und die die Trennwand durchdringende Welle mit 2 bezeichnet. Die Trennwand 1 trennt den Öl enthaltenden Raum 3, in der der Druck p, herrscht, Vom ölfreien Räum 4, in dem der Druck p, herrscht. In der Regel ist der Raum 4 die Atmosphäre und der Druck p. der Atmosphärendruck.

Die Welle 2 ist mit Hilfe der beiden Dichtringe 5 und 6

in der Trennwand 1 abgedichtet Zur Sicherung der Dichtringe 5 und 6 gegen seitliches Verrutschen sind die Anschlagringe 7 und 8 vorgesehen. Die Dfchtringe 5 und 6 bilden einen ölgefüJlten Zwischenraum 9, in dem der Druck pz herrscht Dieser Zwischenraum 9 zwischen den Dichtringen 5 und 6 ist mit dem Pumpeninnenraum 3 über den Kanal 10 verbunden, in dem ein Verschlußelement 13 angeordnet ist In der F i g. 1 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 p* Das im Kanal 10 angeordnete Verschlußelement 13 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 p, im Innenraum der Pumpe größer als der auf der freien Seite der Membran 15 lastende Außendruck, dann öffnet d>3 gleichzeitig als Schließelement wirkende Membran den Kanal 10. Hohe Dichtheitsanforderungen sind dann erfüllt Ist der Innendruck p, kleiner als der Außendruck, dann ist der Kanal 10 verschlossen. Dadurch ist die Bildung eines Unterdruckes im Raum 9 zwischen den Dichtringen 5 und 6 vermieden, so daß das Eindringen von Umgebungsluft in diesen Raum nicht möglich ist

Die Lösung nach Fig. 1 hat noch einen weiteren Vorteil. Steigt unabhängig vom Innendruck p,der Druck Pz im Zwischenraum 9 in erheblichem 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 15 mit Hilfe des gestrichelt dargestellten Gehäuses 17 als geschlossene Kammer ausgebildet sein, in der der gewünschte Referenzdruck p_nf herrscht.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 sind elektronische Steuermittel vorgesehen. Das Verschlußelement 13 wird von einem Umsetzer 18 gesteuert, dem geeignete, den Drücken p_h p, und p_z entsprechende Signale über die Meßinstrumente 19, 20 und 21 zugeführt werden. Zusätzlich ist ein mit 22 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 F i g. 2 dargestellten Steuermitteln ist die Steuerung des Verschlußelementes 13 in der Weise möglich, daß für die hohen Dichtheitsanforderunge,7 sciiädliche Druckverhältnisse nicht mehr auftreten. Soll nur die Druckdifferenz zwischen p, und p, maßgebend sein, dann werden nur die von den Instrumenten 19 und 20 gelieferten Signale herangezogen. Soll zusätzlich der Druck p_z im Ringraum 9 Berücksichtigung finden, wird vom Umsetzer 18 auch das vom Meßgerät 21 gelieferte Signal berücksichtigt. Schließlich kann auch mit Hilfe des Sölldfückweflgebers 22 ein anderer Referenzdruck herangezogen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wellendichtung für eine ölgedichtete Rotationsvakuumpumpe mit zwei einen ölgefüllten Zwischenraum bildenden Wellendichtrtngen, gekennzeichnet durch die folgenden, zum Teil an sich bekannten Merkmale: