DE2646475A1

DE2646475A1 - Dichtung zum abdichten zwischen einem rotierenden element und einem gehaeuse

Info

Publication number: DE2646475A1
Application number: DE19762646475
Authority: DE
Inventors: Philip Charles Stein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-26
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1977-12-15
Also published as: GB1540843A; US4082296A; DE2646475B2; SE422702B; IT1074706B; JPS52144560A; CH598515A5; JPS5744103B2; SE7701717L; DE2646475C3; CA1040228A; FR2352997A1; FR2352997B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung zum Abdichten zwischen einem rotierenden Element und einem Gehäuse.

Es ist bereits bekannt, daß das Leistungsvermögen einer Wellendichtung irgendeiner Bauweise stark von den physikalischen Eigenschaften der Fluide beeinträchtigt wird, gegenüber denen sie abdichtet, und daß die Fluideigenschaften, wie die Dichte, Viskosität, spezifische Wärme usw., die Leistungsfähigkeit der Dichtung beeinflussen können. Beispielsweise werden seit langem als Hauptlagerwellendichtungen bei Düsentriebwerken und Gaskompressoren Schleifdichtungen, die am Umfang in Segmente unterteilt sind, zum Abdichten zwischen einem Gehäuse und einem rotierenden Element verwendet (US-PS 2 9o8 516). Die Segmente dieser Dichtungen neigen dazu, wenn sie gegenüber Flüssigkeiten abdichten, auf dem Fluidfilm zwischen den

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Segmenten und dem rotierenden Element "Wellen zu reiten", wodurch die Segmente aus der Kontaktstellung mit der Oberfläche abgehoben werden, auf der sie schleifen sollen, was zu einer übermäßigen Leckage führt. Dadurch werden derartige Dichtungen auf die umfangreiche Anwendung bei trockenem Gas beschränkt. Es ist bekannt, dabei die Schleifbzw. Reibbelastungen dadurch zu reduzieren, daß die Schleifdichtung eine Gestalt erhält, die eine Verringerung der Fluidfilmstärke in Drehrichtung des rotierenden Teils herbeiführt, so daß ein zwangsweises hydrodynamisches Anheben herbeigeführt wird, wodurch die Dichtung von dem rotierenden Teil um einen geringen Abstand entfernt wird, beispielsweise o,oo5 mm. Es ist ebenfalls bekannt, eine Wellendichtung mit begrenzter Leckage in einer Gleichgewichtsstellung dadurch zu halten, daß eine Filmleckagebahn von der Hochdruckseite zur Neiderdruckseite der Dichtung vorgesehen wird, die eine Abstufung in der Dicke hat, wodurch ein Druckgradient längs der Bahn geschaffen wird, der die Filmdicke ändert (US-PS 3 516 678). Dies ist eine hydrostatische Dichtung.

Bisher führten schleifende Wellendichtungen, die alternativ sowohl gegenüber Gas als auch Flüssigkeit abdichten sollten, zu schwierigen Problemen, insbesondere wenn die Schleifgeschwindigkeiten beträchtlich waren. Die Schwierigkeiten ergeben sich aus den unterschiedlichen Arten der Fluide. Gase haben im allgemeinen eine niedrigere Viskosität, niedrigere Dichte und niedrigere Wärmekapazität pro VoIumeneinheit als Flüssigkeiten. Die Grenzen für die Schleifbelastung bzw. Reibbelastung zum Verhindern einer überhitzung sind viel niedriger bei Gasdichtungen als bei Flüssigkeitsdichtungen. Der Flächenwiderstand bei Flüssigkeitsdichtungen ist bei einer vorgegebenen Gleitgeschwindigkeit viel höher als der Flächenwiderstand bei Gasdichtungen. Eine Folge des Flächenwiderstandes ist, daß die Belastungen an umlaufenden Arretierungsvorrichtungen

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und anderen Einspannungen bei Flüssigkeitsdichtungen viel höher sind als bei Gasdichtungen bei gleicher Schleifgeschwindigkeit. Um deshalb die Reibung zu überwinden, die sich aus diesen höheren Belastungen ergibt, muß die axiale Federung bei Flüssigkeitsdichtungen größer sein als bei Gasdichtungen. Wenn der Dichtungsring gegenüber einem wellelfesten Ring abdichtet, kann auch eine kleine Abweichung aus der Ebene von etwa ein Millionstel Millimeter (3o Millionstel inch) ein starkes Abheben der Dichtungsfläche bei Abdichten gegenüber Flüssigkeiten infolge des hydrodynamischen Effektes in den konvergenten Fluidfilmbereichen verursachen, was eine übermäßige Leckage ergibt, wenn nicht die Flächenbelastung ausreichend erhöht wird, um ein solches Abheben zu verhindern. Die Nutationsoszillation bzw. die Taumelschwingungen der Dichtungsfläche sind ein bekanntes Problem. Diese Faktoren haben den Einsatz von Schleifdichtungen zum alternativen Abdichten sowohl gegenüber Gasen als auch Flüssigkeiten unzureichend gemacht .

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Dichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die vorstehenden Nachteile vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Dichtungsring mit einer Gestalt gelöst, die ein negatives Anheben erzeugt, um den Dichtungsring zum drehbaren Teil zu drücken. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Fluidbahnen in dem Gehäuse vorgesehen sind, die sich um die Dichtungsfläche des Dichtungsrings erstrecken. Dabei erzeugt jede Bahn einen Flüssigkeitsfilm, der in Kontakt mit dem drehbaren Element steht und der die Tiefe in Richtung der Drehung des drehbaren Elementes erhöht, um einen negativen hydrodynamischen Hub zu erzeugen. Der Dichtungsring kann verschiedene Formen

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haben. Er kann beispielsweise direkt gegenüber einer drehenden Welle oder gegenüber einer Fläche eines von einem drehenden Element getragenen passenden Rings abdichten .

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Dichtung zum Abdichten zwischen einem rotierenden Element und einem Gehäuse, Vielehe einen Dichtungsring aufweist, der für eine Bewegung auf das rotierende Element zu und davon weg angeordnet ist. Der Dichtungsring hat eine Hochdruckseite, eine Niederdruckseite und eine dem rotierenden Element gegenüberliegende Fläche. Der Dichtungsring wird gegen das rotierende Element durch elastische Einrichtungen gedrückt. Hydrodynamische Einrichtungen in Form einer Vielzahl von im Abstand angeordneten Aussparungen in dieser Fläche des Dichtungsrings gegenüber dem rotierenden Element, wobei der Eintritt in jede Ausnehmung enger ist als der Austritt, sorgen dafür, daß ein negativer hydrodynamischer Hub in der Ausnehmung erzeugt und der Dichtungsring zum rotierenden Element gedrückt wird. Zwischen dem Gehäuse und dem Dichtungsring ist eine Dichtung vorgesehen.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform einer Dichtung, die zwischen einem Gehäuse und einer rotierenden Welle abdichtet.

Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine Einzelheit von Fig. 2.

Fig. 3A zeigt schematisch eine erste negative Hubeinrichtung für eine Dichtung.

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Fig. 4 zeigt perspektivisch ein Segment des Dichtungsrings von Fig. 1 von der Hiederdruckseite.

Fig. 5 zeigt im Axialschnitt eine zweite Ausführungsform eines Dichtungsrings.

Fig. 6 ist eine Stirnansicht des Dichtungsrings von Fig. 5. Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie 7-7 von Fig. 6.

Fig. 8 ist ein Axialschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Dichtungsrings.

Fig. 9 ist ein Schnitt längs der Linie 9-9 von Fig. 8.

Fig. 1o zeigt perspektivisch ein modifiziertes Dichtungsringsegment.

Fig. 11 zeigt eine Abwicklung der Dichtungsfläche des Dichtungsrings von Fig. 1o.

Fig. 12 zeigt schematisch ein zweites negatives Hubelement der Dichtung.

Fig. 13 ist ein Druckdiagramm des Hubelementes von Fig. 12.

Fig. 14 zeigt schematisch ein drittes negatives Hubelement der Dichtung.

Fig. 15 ist ein Druckdiagramm des Hubelements von Fig. 14.

Fig. 16 zeigt ein viertes negatives Hubelement der Dichtung.

Fig. 17 ist ein Druckdiagramm des Hubelementes von Fig. 16.

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Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, bildet ein Gehäuse 2 eine Kammer 4 für die Aufnahme eines Fluids. Durch das Gehäuse 2 geht eine Welle 6 in die Kammer 4. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, hat ein Dichtungsring 8 vier Segmente 1ο. Jedes Segment 1o hat einen abgesetzten Zungenabschnitt 12 (Fig. 4) mit einer diagonalen Fläche 14, die mit einem entsprechend diagonal ausgesparten Nutabschnitt 16 am benachbarten Segment 1o in Eingriff steht, wodurch ein fortlaufender Dichtungsaufbau unabhängig von einer Ausdehnung oder einem Zusammenziehen des Dichtungsrings 8 geschaffen wird. Segmente 1o werden durch einen Schraubenfederring in Kontakt mit der Welle 6 gedrückt. Die stromab liegenden Flächen 22 der Segmente 1o werden gegen einen Flansch 24 des Gehäuses 2 durch Schraubendruckfedern 26 gedrückt, die in Taschen 28 eines geschlossenen Rings 3o sitzen, der zwischen einer Gehäuseschulter 32 und einem Haltering 34 gehalten ist.

Die stromab liegende Fläche 22 eines jeden Segmentes ist mit Nuten 4o versehen, die mit einer Umfangsnut 42 verbunden sind, wodurch Fluid von der Kammer 4 in die Nut 42 gelangen kann und ein teilweises Gegengewicht zum Fluiddurck auf der Hochdruckseite 29 bildet, wodurch die Druckbelastung der Segmente am Flansch 24 verringert wird. Arretierstifte 44 (Fig. 1), die im Flansch 24 sitzen, passen lose in öffnungen 46 im Dichtungsring 8 und verhindern ein Drehen der Segmente 1o, ermöglichen jedoch eine Bewegung der Segmente zur Welle 6 hin und von dieser Weg.

Die Nuten 4o und 42 sind nicht nötig, wenn das Fluid in der Kammer 4 Nominaldruck hätte.

Der vorstehende Aufbau ist an sich bekannt.

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Die Dichtungsfläche 5o hat ein Paar von flachen Ausnehmungen 52. Gev/öhnlich liegt die Tiefe einer jeden Ausnehmung 52 in einem Bereich von etwa o_foo2 cm bis etwa o,o3o cm, was von der Viskosität des Fluids und der Wellendrehzahl abhängt. Das Ende einer jeden Ausnehmung 52 öffnet sich in Drehrichtung der Welle 6 in einen axial ausgesparten Abschnitt 54 in der Fläche 5o, der auch eine Öffnung in der Fläche 29 bildet, so daß jede Ausnehmung 52 dadurch in direkter Verbindung mit dem Fluid in der Kammer 4 steht. Der axial ausgesparte Abschnitt 54 hat einen Winkelabschnitt 56, der als Fluidabstreifer wirkt, wodurch der Fluidstrom in die Kammer 4 erleichtert wird.

Wenn sich in Betrieb Flüssigkeit in der Kammer 4 befindet, führt die Drehung der Welle 6 eine Scherkraft in der Flüssigkeit in der Ausnehmung 52 herbei, die die Flüssigkeit in die Ausnehmung zum axial ausgesparten Teil 54 bewegen würde, es sei denn, daß die reduzierte Filmstärke an der Eintrittsfläche 52A das Einströmen in die Ausnehmung verhindert. Dies ergibt, was später noch erläutert wird, eine Absenkung des Drucks in der Ausnehmung und erzeugt in wirksamer Weise einen negativen hydrodynamischen Hub. Diese negative Hubkraft, welche die Dichtung zur Wellenoberfläche drückt, kann so groß werden, daß das "Wellenreiten" und eine tibermäßige Leckage an der Dichtung vorbei ausgeschlossen wird.

Der negative Hub bzw. der negative Auftrieb ist eine Funktion der absoluten Viskosität der Flüssigkeit, der Relativgeschwindigkeit der zusammenwirkenden Feststofflachen, der Länge und Breite der Ausnehmung, der Länge der Eintrittsfläche und der Differenz der Filmtiefen. Im folgenden wird die Funktion der Dichtung erläutert. Wenn bei der in Fig. 3A gezeigten negativen Hubeinrichtung 6o keine Kontinuität der aufgrund der Strömungserfordernisse vorgesehenen Verbindungsabschnitte b.. und b₂ gegeben wäre, würde die

1 0 9 B ', η / 0 6 3 8

Geschwindigkeit ü an der Grenze 62 in den Abschnitten b.. und b_ eine laminare Strömung der folgenden Größen pro Breiteneinheit herbeiführen:

(D

q₂ = ^h₂U (2)

Da der Mengenstrom über der Länge b₁ gleich dem über der Länge b~ sein muß, muß über der Länge b.. ein zusätzlicher Mengenstrom und über der Menge b„ ein reduzierter Mengenstrom vorhanden sein, was im Diagramm von Fig. 3A durch gestrichelte Linien gezeigt ist. Diese zusätzlichen Mengenströme können durch Superposition berechnet v/erden, wobei zur Aufrechterhaltung der zusätzlichen Mengenströme ein Druckgradient erforderlich ist. Nimmt man an, daß keine Leckage am Seitenrand vorliegt,, ergibt sich:

,3 .3

I dp 1. _TT . ⁿ1

Τψ dt = 2^hi^{ü +}

h³
I

⁽⁴>

wobei dp/dl der Druckgradient, der in jedem der Abschnitte b- und b~ gleichförmig ist,.AP die Druckänderung von jedem Ende der Vorrichtung zur Abstufung hin und U die absolute Geschwindigkeit sind.

Da der Mengenstrom in den beiden betrachteten Abschnitten gleich sein muß, ergibt sich

h³ h³

1 1 Δ ρ 1 2 Λ Ρ

^{hü +} ^ = ^hTJ ^

7 0 9 8 ς r. l 0 6 3 8

2646Λ75

(6)

6u (h^-h-) U

-g (7)

^b1 ^b2

Weil die Druckgradienten gleich sind, ergibt sich die erzeugte hydrodynamische Kraft zu

W = J

(8)

b1
3 b-b₂ (b-+b₂) Δ h ^i Ua

^b2^h1 ^{+ b}1^h2

wobei a die Breite und Ah = h, "

Wenn, wie dies in der Praxis der Fall ist, h.. sehr klein wird, d. h. die Oberflächen stehen längs b,. in Kontakt, wird h₂ = h, so daß die Gleichung folgendermaßen geschrieben werden kann:

3u U b_o (b-.+b.,) a W = -J- i—

wobei der Mengenstrom vernachlässigbar ist und die Größen folgende Bedeutung haben:

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ρ = absolute Viskosität

U = Gleitgeschwindigkeit

b₁ = Länge der Eintrittsfläche

b₂ = Länge der Ausnehmung

a = Breite der Ausnehmung

Ah = Tiefe der Ausnehmung

Diese Gleichung kann sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase verwendet werden, solange die Druckänderung für Gase nominal ist. Für eine typische Dichtung der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Bauweise mit den folgenden Werten, insbesondere für die Ausnehmung 52, a = ο,6 cm, b.. = ο,25 cm, b, = 3 cm, U = 2ooo cm/s, Ah = o,o2 cm. Bei Betrieb mit öl bei einer Viskosität von o,1 Poise ergibt sich der negative Hub einer jeden negativen Hubfläche zu

_ 3 χ o_f1 χ 2ooo χ 3 χ 3,25 χ ο,6 o,oo4

= 8.775 χ 1o⁶dyn = 87,75 N

oder insgesamt 351 N für eine Dichtung mit vier negativen Hubflächen.

Wenn die gleiche Dichtung mit Wasser arbeiten würde, welches eine Viskosität von o,o1 Poise hat, ergäbe sich in jeder Ausnehmung ein negativer Hub von 8,8 N. Wenn mit Luft gearbeitet würde, die eine Viskosität von etwa 185 Mikropoise bei Zimmertemperatur hat, würde der negative Hub ο,16 N pro Hubfläche betragen. Dadurch wird der Flächenwiderstand an der Dichtung und demzufolge die Belastung an den umlaufenden Sperreinrichtungen beträchtlich verringert. Man sieht, daß der negative Hub für eine Ausnehmung einer gegebenen Geometrie direkt proportional zur Viskosität des Fluids ist. Da die Viskosität von Flüssigkeiten sehr viel größer als die Viskosität der üblichen Gase ist, wobei der

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Faktor gewöhnlich 1oo bis 1ooo beträgt, kann die Ausnehmung so proportioniert werden, daß ein sehr bedeutender negativer Hub oder eine Saugwirkung beim Arbeiten mit einer Flüssigkeit erzeugt wird, während die negative Hubkraft beim Arbeiten mit einem gasförmigen Medium vernachlässigbar wird.

Eine Prüfung der Gleichung zeigt, daß sich die Kraft umgekehrt zum Quadrat der Höhe der Abstufung und, wenn die Länge b.. klein ist, nahezu direkt zum Quadrat der Länge ändert. Eine Verdoppelung der Höhe der Abstufung oder eine Halbierung der Länge verringert so die Belastung auf ein Viertel der vorherigen Größe. Somit können die Abmessungen der Vorrichtung so eingeteilt wereen, daß sie einer Vielzahl von Zwecken angepaßt sind. Die Ausnehmungen können lang und schmal oder kurz und breit gemacht werden. Außerdem sind viele Kombinationen von Tiefe, Breite und Länge möglich, um eine gegebene Kraft oder um eine Anpassung an eine spezielle Fläche zu ermöglichen.

Eine alternierende Ausführungsform mit einer Abdichtung gegen einen rotierenden Ring ist in den Figuren 5, 6 und 7 gezeigt. Ein Gehäuse 1o2 bildet eine Kammer 1o4 für die Aufnahme eines Fluids. Durch eine öffnung I08 in dem Gehäuse 1o2 geht eine rotierende Welle I06, die einen aufgepaßten Dichtungsring 11o trägt, der an einer Schulter auf der Welle I06 durch eine Eefestigungsbüchse 114 gehalten ist, die an der Welle I06 durch eine nicht gezeigte Mutter befestigt ist. Von einem Dichtungshalter 122, der mit dem Ende 124 eines Dichtungsbalges 126 verbunden ist, wird ein Schleifdichtungsring 12o getragen. Das andere Ende 128 des Balgs 126 ist mit einem Flansch 13o verbunden, der an dem Gehäuse 1o2 durch Bolzen 132 befestigt ist. Zwischen dem Gehäuse 1o2 und einem Flansch 13o dichtet eine Dichtung 134 ab. Der Balg 126 drückt über den Halter 122 den Dichtungsring 12o gegen den Ring Ho. Ein an dem Halter 122 befestigter Zapfen 14o greift locker in eine öffnung 142 im

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Dichtungsring 12ο ein und verhindert eine Drehung des Dichtungsrings. Der bisher beschriebene Aufbau ist an sich bekannt.

Die Dichtungsfläche 15o des Dichtungsrings 12o hat einen am Umfang erhabenen Abschnitt 152, der zwischen dem Dichtungsring 12o und dem Eingriffsring 11o abdichtet. Die Dichtungsfläche 15o trägt vier im Abstand angeordnete erhabene Taschenkissen bzw. Taschenwulste 154, von denen jeder eine angehobene Eintrittschiene 156, die eine Eintrittsfläche bildet, eine angehobene Seitenschiene 158 und eine angehobene Seitenschiene 16o aufweist. Die Oberseiten der Schienen 156, 158 und 16o liegen in einer Ebene mit der Oberfläche des erhabenen Abschnitts 152. Die Oberfläche 162 eines jeden Polsters bzw. Wulstes 154 in den vorstehend beschriebenen Schienen wird um einen geringen Abstand unter die genannte Ebene gedrückt, gewöhnlich in einem Bereich von etwa o,oo2 bis etwa o,o3 cm. Die Oberfläche 162 liegt in einer Entfernung von o,15 bis o,3o cm über der Fläche 15o des Dichtungsrings 12o.

Wenn die Kammer 1o4 mit einer unter einem wesentlichen Druck stehenden Flüssigkeit gefüllt ist, liegt der erhabene Abschnitt 152 des Dichtungsrings 12o an dem Eingriff sring 11o an, wenn die Welle 1o6 sich in der Ruhestellung befindet, wobei nur ein sehr dünner Flüssigkeitsfilm dazwischen vorhanden ist. Die Drehung der Welle 1o6 führt zu einem negativen Hub, der den Dichtungsring fest gegen den Eingriffsring 11o drückt, wodurch die Stärke des Films zwischen dem erhabenen Abschnitt 152 und dem Eingriffsring 11o verringert und somit ein starkes Lecken infolge des Abhebens des Dichtungsrings 12o verhindert wird. Eine Taumelschwingung wird ebenfalls unterbunden .

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Die Dichtung kann mit dem Balg 126 so ausgelegt sein, daß nur eine geringe Schleifbelastung vorliegt, die für den Betrieb mit einem Gas geeignet ist. Wenn mit einer Flüssigkeit gearbeitet wird, liefern die negativen Hubpolster 154 die zusätzliche Belastung, die für den Betrieb als Flüssigkeitsdichtung erforderlich ist.

Der in Fig. 8 gezeigte modifizierte Dichtungsring 2o2 zum Abdichten zwischen einem Gehäuse 1o2 und einem Anschlußdichtungsring 11o, der von einer Welle 1o6 getragen wird, hat eine Dichtungsfläche 2o4, die zu der Dichtungsfläche 15o des Dichtungsrings 12o identisch ist, wobei die entsprechenden Teile die entsprechenden Bezugszeichen haben, wobei bezüglich der Dichtungsfläche auf Einzelheiten von Fig. 6 Bezug genommen wird.

Der Dichtungsring 2o2 wird gegen den Ring 11o durch Schraubendruckfedern 2o6, von denen nur eine gezeigt ist, gedrückt, die in Taschen 2o8 im Flansch 21o sitzen, der an dem Gehäuse 1o2 mit Bolzen 212 festgelegt ist. Zwischen dem Flansch 21 ο und dem Gehäuse 1o2 ist eine Dichtung 214, zwischen dem Flansch 21o und dem Dichtungsring 2o2 eine Dichtung 216 vorgesehen. Der Dichtungsring 2o2 hat eine Tasche 22o (Fig. 9) für die Aufnahme von Zapfen 222, die im Flansch 21ο befestigt sind und die Drehung des Dichtungsrings 2o2 verhindern.

Geht man davon aus, daß die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform normalerweise als Gasdichtung arbeitet, werden die Federn 2o6 so gewählt, daß eine geringe Schleifbelastung vorhanden ist, um ein überhitzen des Dichtungsrings 2o2 zu verhindern. Beim Abdichten gegenüber einem Gas ist der Flächenwiderstand am Dichtungsring 2o2 relativ klein, so daß die Belastung an den Zapfen 222 derart ist, daß sich der Dichtungsring 2o2 frei zum Ring 11ο hin und von ihm weg bewegen kann. Nimmt man nun an, daß der Dichtungsring 2o2

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einem ölschwall ausgesetzt ist, verursacht die Dichtungsfläche 2o2 eine große Kraft, um den Dichtungsring 2o2 gegen den Ring 11o zu drücken, wodurch ein "Wellenreiten" und eine dadurch bedingte Leckage verhindert und die Reibung zwischen den Zapfen 222 und dem Dichtungsring 2o2 überwunden wird, die zu dem viel höheren Flächenwiderstand am Ring 2o2 infolge des Vorhandenseins von öl gehört.

Das in Fig. 1o gezeigte Dichtungsringsegment 3o2 ist eine Modifizierung des Dichtungsringsegmentes 1o. Da der übrige Aufbau zum Dichtungsring 1o identisch ist, werden nur die neuen Gesichtspunkte beschrieben, während die gleichen Bauteiel die gleichen Bezugszeichen erhalten. Die Modifizierungen sind an der Dichtungsfläche 3o4 vorge ommen, die schmalere und kürzere Ausnehmungen 3o6 hat, wobei eine sich weiter erstreckende Lagerfläche 3o3 zwischen den Ausnehmungen vorgesehen ist. Diese zusätzliche Lagerfläche ist dadurch vorteilhaft, daß eine bessere Verteilung der Last auf den Dichtungsring und eine längere Lebendauer erreicht werden. Jede Ausnehmung 3o6 steht mit dem Inneren der abzudichtenden Kammer über einen Ausnehmungsabschnitt 3o7 in Verbindung. Die Lagerfläche 3o8 hat eingeschnittene Nuten 31o, die zu einer Nut 312 führen. Das Fluid in den Nuten 31o und in der Nut 312 wirkt so, daß das Segment 3o2 von der Welle, an der sie abdichtet, weggedrückt wird, wodurch die Schleifbelastung, insbesondere bei Abdichten gegenüber einem Gas, reduziert wird. Wenn gegenüber einer Flüssigkeit abgedichtet wird, kann durch die Bauweise die von den Ausnehmungen 3o6 ausgeübte Kraft materiell nicht ausgeglichen werden.

Mit jeder Ausnehmung 3o6 ist über einen Kanal 318 eine Nut 316 verbunden, die sich stromab von den Ausnehmungen 3o6 befindet. Das Fluid, welches in die Nut 316 leckt, strömt durch einen Kanal 318 in eine Ausnehmung 3o6, da der Druck darin beträchtlich unter dem Systemfluiddruck liegt.

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Al

Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, besteht das Problem der negativen Hubkonfigurationen darin, daß sie eine Filmstärke am Auslaßende zeigen, die größer ist als die Filmstärke am Einlaßende. Dadurch kann eine Vielzahl von Gestaltungen verwendet v/erden. So kann, wie in Fig. 12 gezeigt ist, ein Polster 4oo eine Oberfläche 4o2 gegenüber der Oberfläche 4o4 eines rotierenden Gegenrings haben, wobei die Fläche 4o2 eine konstante Neigung vom Eintrittsende 4o6 zum Auslaßende 4o8 hat. Der negative Hub wird durch das Druckdiagramm in Fig. 13 veranschaulicht, in welcher die Länge der Pfeile 4o9 proportional zum Druck ist. Gemäß Fig. 14 kann das Polster 41o eine Verbundfläche, bestehend aus einer ebenen und einer geneigten Fläche 412 gegenüber der Fläche 414 eines rotierenden Gegenrings haben, wobei sich die Verbundfläche vom Eintrittsende 416 zum Austrittsende 418 erstreckt. Der erhaltene negative Hub ist in dem Druckdiagramm von Fig. 15 durch die Pfeile 419 veranschaulicht.

Das in Fig. 16 gezeigte Polster 42o kann eine Fläche 422 gegenüber der Fläche 424 eines Gegenrings haben, wobei die Fläche des Polsters zwischen dem Eintrittsende 426 und dem Auslaßende 428 abrupt abgestuft ist. Der negative Hub ist in dem Druckdiagramm von Fig. 17 durch die Pfeile 429 veranschaulicht .

Man sieht, daß eine Vielzahl von zugeordneten Ausbildungen einschließlich Ebenen und Kurven mit einer solchen Form äquivalente Strukturen sind, die den Zustrom in die negativen Hubbereiche beschränken. Weiterhin können die negativen Hubvorrichtungen entweder mit oder ohne Seitenschienen, wie die Seitenschienen 158 und 16o von Fig. 6, hergestellt werden. Diese Seitenschienen beschränken eine Randleckage und erhöhen dadurch die Wirksamkeit der Vorrichtung.

Die Dichtungsringe können aus Materialien hergestellt werden, wie sie gewöhnlich für Gleitdichtungen verwendet werden, beispielsweise aus Graphit oder Bronze.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

ί1., Dichtung zum Abdichten zwischen einem drehbaren Element und einem Gehäuse, welches ein Fluid enthält, mit einem Dichtungsring, der für eine Bewegung zu dem rotierenden Element hin und davon weg angeordnet ist, wobei eine Dichtungsfläche mit dem rotierenden Element in Kontakt steht, mit wenigstens einem elastischen Element, um die Dichtungsfläche des Dichtungsrings gegen das drehbare Element zu drücken, mit einer Dichtung zwischen dem Dichtungsring und dem Gehäuse und mit einer Einrichtung zum Begrenzen der Drehung der Dichtung, dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtungsring (8, 12o, 2o2, 3o2) und das drehbare Element (6, 11o) eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Fluidbahnen (52, 162, 3o6) in dem Gehäuse bilden, die sich über die Dichtungsfläche (5o, 15o, 3o4) erstrecken, wobei jede Bahn zur Erzeugung eines Fluidfilms vorgesehen ist, der in Kontakt mit dem drehbaren Element und der Dichtungsfläche steht und der am Anfang der Bahn dünner ist als am Ende der Bahn zur Erzeugung eines negativen hydrodynamischen Hubs.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der Bahnen (52) in Verbindung mit einer Aussaprung (54) in der Dichtungsfläche für die Rückgewinnung des Leckfluids steht.
3. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtungsfläche eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Ausnehmungen aufweist, die mit dem drehbaren Element zur Bildung von im Abstand angeordneten Bahnen zusammenwirkt.

ORIGINAL INSPECTED
4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtungsfläche (15ο) des Dichtungsrings (12o) eine Vielzahl von im Abstand angeordneten erhabenen Polstern (154) hat, von denen jedes mit einer Ausnehmung für ein Zusammenwirken mit dem drehbaren Element (11o) zur Bildung der im Abstand angeordneten Bahnen versehen ist, wobei die Dichtungsfläche stromab von den Polstern einen erhabenen Abschnitt zum Abdichten gegen das drehbare Element aufweist.
5. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das drehbare Element eine Welle (6, 1o6) ist_f der Dichtungsring (8, 12o, 2o2, 3o2) aus einer Vielzahl von Segmenten zusammengesetzt ist, die die Welle umgeben und von denen jedes eine Stromaufseite und eine Stromabseite hat, wobei eine Nut auf der Stromabseite in Verbindung mit dem Fluid in dem Gehäuse steht, um einen Kraftausgleich gegenüber der Kraft zu schaffen, die von dem Fluid auf der Stromaufseite erzeugt wird.

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