DE2838221C2

DE2838221C2 - Mechanische Wellenabdichtung

Info

Publication number: DE2838221C2
Application number: DE2838221A
Authority: DE
Inventors: Kauko Muurame Hytönen
Original assignee: INSINOEOERITOIMISTO PAINETEKNIIKKA MUURAME FI Oy
Current assignee: INSINOEOERITOIMISTO PAINETEKNIIKKA MUURAME FI Oy
Priority date: 1977-09-14
Filing date: 1978-08-30
Publication date: 1985-08-22
Also published as: ATA628578A; FR2403499A1; IT7850995A0; BR7805970A; DD138918A5; FI61558B; AT360297B; US4183540A; NO783097L; FI772705A; JPS6038591B2; DE2838221A1; JPS5499858A; AR216802A1; GB2004333B; NO145700C; GB2004333A; IT1107984B; FR2403499B1; SE7809633L

Description

4. Wellenabdichtung gemäß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verbindungskanal axial durch den Abdichtungskörper (6) erstreckt und am äußeren Ende des Abdichtungskörpers in die Atmosphäre ausmündet.

5. Wellenabdichtung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die effektiven Flächen des Ansatzes (22), des Kolbens (23) und der Gleitflächen (14, 16) in einer solchen Weise dimensioniert sind, daß

A₂ > ^y und A₃ > -ήτ sowie A₂ + A₃ > A_t

10

wobei

A₂ A₃

die unter Einfluß des Druckmittels stehende effektive Fläche der Gleitfläche, die unter dem Einfluß des Druckmittels stehende effektive Fläche des Ansatzes, die unter Einfluß der Sperrflüssigkeit stehende effektive Fläche des Kolbens

bedeuten.

6. Wellenabdichtung feemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (23) als eine von dem Dichtungsring (7) getragene elastische Ringabdkhtung (24,25,26) geformt ist.

20 Die Erfindung betrifft eine mechanische Wellenabdichtung zum Abdichten eines Spalts zwischen einem rotierenden Element und einem stationären Element zwecks Trennung eines Druckmittelraumes von einem äußeren Raum, welche Wellenabdichtung wenigstens einen an einem der EJcmente gestützten, beweglichen Abdichtungsring, der gegen dieses Element abdichtet, und wenigstens einen, an dem anderen Element befestigten, auf der Druckraumseite des Abdichtungsringes befindlichen Gegenriug, welcher gegen dieses Element abdichtet, wobei der Abdichtungsring und der Gegenring mit in axialer Richtung gegeneinander drückenden abdichtenden Gleitflächen versehen sind, einen zwisehen dem einen Element und dem Abdichtungsring befindlichen, an die erwähnten Gleitflächen grenzenden Zwischenraum Für eine Sperrflüssigkeit und einen am Abdichtungsring angeordneten Ringsalz umfaßt, mittels welchem der Druck des Druckmittels auf die Gleitfläche des Abdichtungsringes eine sciiließendc Kraft ausübt, welche Kraft größer als die durch den Druck des Druckmittels ausgeübte, die Gleitflächen Öffnende Kraft ist, und wobei der Abdichtungsring mit einem gegen eines der Elemente abdichtenden ringförmigen Kolben versehen ist, mittels dessen die Sperrflüssigkeit den Abdichtungsring in Richtung zum Druckraum hin drückt und der so groß ist, daß die durch den Druck der Sperrflüssigkeit ausgeübte, die Gleitflächen öffnende Kraft kleiner ist als die durch d,-n Druck der Sperrflüssigkeit ausgeübte schließende Kraft

Eine derartige Wellenabdichtung ist aus der DE-OS 22 05 195 bekannt. Bei dieser befindet sich der mit dem Abdichtungsring verbundene Kolben im Sperrflüssigkeitskreislauf. Es ist daher nicht gewährleistet, daß die von der axialen Bewegung des Abdichtungsringes verursachte Änderung des Volumens des Gleitraums des Kolbens nicht die oidnungsgemäße Funktion der Abdichtung stört. Weiterhin besteht keine Möglichkeit der separaten Einwirkung auf den Kolben, um eine zusäuli-

ehe Steuerungsmöglichkeit für dessen Verschiebung /u erhalten.

Eine Abdichtung der genannten Art wird in Pumpen, Mühlen, Gebläsen etc. verwendet, wo sich eine rotierende Welle durch eine stationäre Wand erstreckt. Auf den verschiedenen Seiten der Wand sind normalerweise verschiedene Drücke und verschiedenartige Flüssigkeiten und Gase vorhanden. Somit kann das Druckmittel eine Flüssigkeit oder ein Gas sein und der an die Außen-

sehe der Wand angrenzende Raum kann aus einem unter Ober- oder Unterdruck oder atmosphärischem Druck stehenden Flüssigkeits- oder Gasraum bestehen. Als Sperrflüssigkeit wird meistens Wasser benutzt

Es ist auf vielen Gebieten bekannt, mechanische Wellenabdichtungen dieser Art zur Abdichtung von unter Druck stehenden Flüssigkeiten gegen die Atmosphäre zu benutzen. Das Abdichten kann entweder mittels ei-,ner solchen Abdichtung ausgeführt werden, bei der der Druck des verwendeten Sperrwassers kontinuierlich, auch bei einer Maschine außer Betrieb, höher ist als der Flüssigkeitsdruck, oder mittels einer Abdichtung, bei der der Druck des Sperrwassers immer niedriger sein soll als der Flüssigkeitsdruck.

Wenn eine solche Abdichtung verwendet wird, bei der der Druck des Sperrwassers immer höher sein soll als der Flüssigkeitsdruck, ist es schwer, bei allen Verhältnissen sicherzustellen, daß die Menge von unter Oberdruck stehendem Sperrwasser, zum Beispiel bei elektrischen Störungen, ausreicht. Zur Ausschließung von Störungen der Elektrizitätsverteilung bei der Erzeugung von ausreichenden Quantitäten von Sperrwasser unter ausreichendem Druck wird man dazu gezwungen, komplizierte und kostspielige, mit Reser/skraftquellen versehene Sperrwassersysteme aufzubauen. Sollte der Sperrwasserdruck jedoch, trotz allen Reserveanordnungen, aus irgendeinem Grunde unter den Flüssigkeitsdruck sinken, wird der auf der Flüssigkeitsseite befindliche Abdichtungsring durch den Flüssigkeitsdruck axial verschoben und Flüssigkeit drängt zwischen den abdichtenden Gleitflächen in den Sperrwasserraum. Wenn Verunreinigungen in der Flüssigkeit vorhanden sind, verschleißen die dichtenden Gleitflächen schnell oder sie können Stockungen im Sperrwasserraum veranlassen oder ein erneutes Schließen der Gleitflächcn verhindern. Hierbei wird die Abdichtung verdorben.

Wenn eine solche Abdichtung verwendet wird, bei der der Sperrwasserdruck niedriger sein soll als der Flüssigkeitsdruck, wird ein zwischen den Gleitflächen befindlicher schmierender Film nicht aus dem Sperrwasser, sondern aus der Flüssigkeit gebildet. Wenn die Flüssigkeit zum Beispiel ätzend ist verursacht der schmierende Flüssigkeitsfilm ein rascheres Ätzen der Gleitflächen auf der Flüssigkeitsseite, oder wenn die schmierenden Eigenschaften der Flüssigkeit schwach sind, wird hierdurch eine raschere Abnutzung der auf der Flüssigkeitsseite befindlichen Gleitfläche als bei der Verwendung von unter Überdruck stehendem Sp>errwasser veranlaßt Wenn der Druck des Dichtungswassers aus irgendeinem Grunde über den Flüssigkeitsdruck steigt, öffnen sich die auf der Flüssigkeitsseite befindlichen Gleitflächen und Flüssigkeit kann in den Sperrwasserraum drängen. Die in der Flüssigkeit vorhandenen Verunreinigungen können das erneute Schließen der Gleitflächen verhindern und den Sperrwasserraum verstopfen. Die oben angeführten Ursachen können in wesentlichem Maße die Lebensdauer der Abdichtungen verkürzen und sie kann wegen eines falschen Sperrwasserdruckes verdorben werden.

Aus der GB-PS 8 95 408 ist eine Wellenabdichtung bekannt, die nur von dem Druck der abzudichtenden Flüssigkeit gesteuert wird und keinen Sperrmittelkreislauf besitzt. Bei unzureichendem Flüssigkeitsdruck wird die Dichtung mit Hilfe der Kraft einer Feder hergestellt, list der Druck der abzudichtenden Flüssigkeit ausreichend hoch, dann wird hierdurch die Feder zurückgedrängt, und die Dichtflächen werden nur durch die Flüssigkeit gegeneinander gedrückt Die Abdichtung enthält einen verschiebbaren Kolben, auf dessen eine Seite die Feder und anf dessen gegenüberliegende Seite die abzudichtende Flüssigkeit wirken. In Abhängigkeit vom Verhältiiis der Federkraft zur Druckkraft der Flüssigkeit befindet sich der Kolben entweder in einer Stellung, in der die Feder auf die Dichtflächen wirkt, oder in einer Stellung, in der der Einfluß der Feder auf den Dichtflächendruck ausgeschaltet ist.

to Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanische Wellenabdichtung zu schaffen, bei der die ordnungsgemäße Funktion der Abdichtung durch die Bewegung des Kolbens nicht beeinträchtigt wird und bei der eine zusätzliche Möglichkeit zur Einwirkung auf den Kolben unabhängig vom Sperrmitteldruck besteht

Diese Aufgabe wird bei der anfangs genannten mechanischen Wellenabdichtung erfindangsgemäß dadurch gelöst, daß der Gleitraum des Kolbens durch einen Kanal einem unter Druck stehenden angeschlossen ist

In einer erfindungsgemäß erziehen Wellenabdichtung kann der Sperrflüssigkeitsdruck höher oder niedriger als der Druckmittelsdruck sein, ohne daß sich die Gleitflächen durch Einfluß des Druckmitteldruckes oder der Sperr*lüssigkeitsdruckes oder durch den gleichzeitigen Einfluß der beiden Öffnen. In einer erfindungsgemäßen Wellenabdichtung veranlaßt der erwähnte ringförmige Ansatz des Abdichtungsringes, daß die durch den Druckmitteldruck auf den Gleitflächen wirkende öffnende Kraft kleiner ist als die von dem Druckmitteldruck veranlaßte schließende Kraft wogegen der erwähnte ringförmige Kolben des Abdichtungsringes veranlaßt daß der vom Sperrflüssigkeitsdruck auf den Gleitflächen wirkende öffnende Kraft bei allen Verhältnissen kleiner ist als die vom Sperrflüssigkeitsdruck veranlaßte schließende Kraft Hierdurch ist das Abdichtungsvermögen der Wellenabdichtung von der Höhe des Sperrflüssigkeitsdruckes im Verhältnis zum Dt sckmitteldruck unabhängig. Der aus dem Gleitraum des Kolbens in einen Raum unter Druck, ζ B. in die Außenluft fahrende Kanal, versichert, daß die, von der axialen Bewegung des Abdichtungsringes verursachte Änderung im Volumen des Gleitraums des Kolbens, nicht die Funktion der Abdichtung stört

Die Erfindung wird unten mehr im Einzelnen betrachtet, und zwar mit Bezug auf die Zeichnungen, wo

F i g. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wellenabdichtung, fertig montiert darstellt

F i g. 2 den Abdicbtungsring und den Abdichtungskörper der Wellenabdichtung, auseinander gesondert als Axialschnitt darstellt,
F i g. 3 das Betätigungsprinzip der Wellenabdichtung in größerem Format darstellt und

F i g. 4 eine alternative Ausführungsform der Wellenabdichtung darstellt

Auf den Zeichnungen sind eine rotierende Welle 1 z. B. einer Flüssigkeitspumpe und ein stationäres Gehäuse 2 dargestellt. Der Spalt zwischen der Welle und dem Gehäuse ist mit einer ringförmigen Wellenabdichtung 3 abgedichtet. Innerhalb des Gehäuses (links auf der Fig. 1) befindet sich ein Druckraum 4 für eine Druckflüssigkeit und außerhalb des Gehäuses (rechts auf der F i g. 1) ist die Atmosphäre 5.

Die Wellenabdichtung 3 umfaßt einen auf dem Gehäuse angeordneten festen ringförmigen Abdichtungskörper 6, zwei zwischen dem Abdichtungskörper und

der Welle befindliche Abdichtungsringe 7, 8 und zwei /3 = Pt

auf entgegengesetzten Seiten liegende, an der Welle befestigte Gegenringe 9, 10. Die Sperrschrauben der Gegenringe sind mit den Hinweisnummern 9', 10' versehen. Die Gegenringe sind in einer an sich bekannten Weise gegen die Welle mit Ringabdichtungen 11 und der Abdichtungskörper 6 gegen das Gehäuse 2 mit Ringabdichtungen 12 abgedichtet. Die Abdichtungsringe 7, 8 sind gleichsam gegen den Abdichtungskörper 6 mit Ringabdichtungen 13 abgedichtet. Beide Gegenringe haben gegen die Abdichtungsringe gerichtete Gleitflächen 14,15 und die gegen die Gegenringe gerichteten Enden der Abdichtungsringe haben entsprechende Gleiiflächen 16,17. Zwischen den Abdichtungsringen 7, 8 befindliche Druckfedern 18 drücken die Abdichtungsringe auseinander, so daß die Gleitflächen paarweise aneinandergedrückt werden. Zwischen den Abdichtungsringen und der Welle bleibt ein Zwischenraum 19 für Sperrwasser und im Gehäuse 2 gibt es einen Einlauf· kanal 20 und einen Ablaufkanal 21 für Sperrwasser. Am druckraumseitigen Abdichtungsring 7 gibt es einen ringförmigen Ansatz 22 zu einem später zu erläuternden Zweck.

An dem äußeren Ende des druckraumseitigen Abdichtungsringes 7 ist ein ringförmiger abdichtender Kolben 23 befestigt. Der Kolben umfaßt eine elastische Ringabdichtung 24 (F i g. 2), auf deren entgegengesetzten Seiten Stützplatten 25, 26 angeordnet sind. Die Kombination 24, 25, 26 ist axial unbeweglich mit einer Schraube 27 an dem Abdichtungsring 7 befestigt. Für den Kolben ist an dem Abdichtungskörper 6 ein zylinderförmiger Gleitraum 28 zur Axialbewegung des mit dem Abdichtungsring zusammen beweglichen Kolbens geformt. Durch den Dichtungskörper erstreckt sich ein radialer Kanal 29. Das innere Ende des Kanals steht in Verbindung mit dem erwähnten Gleitraum 28 durch einen Zwischenraum zwischsr! diesem Gleitraum und der Ringabdichtung 13. Der Kanal 29 des Abdichtungskörpers ist durch einen sich durch den Körper erstreckenden Kanal 30 mit der Atmosphäre 5 in Verbindung.

In der oben beschriebenen Konstruktion neigt die Druckflüssigkeit 31 (F i g. 3) dazu, aus dem Druckraum 4 zwischen die Gleitflächen 14,16 einzudrängen und eine, die Gleitflächen öffnende Kraft Fi zu veranlassen

wo A3 die effektive Kolbenfläche ist

Wenn die die Gleitflächen 14, 16 schließende Kraft der Federn 18 mit Fj bezeichnet wird, verbleiben die Gleitflächen geschlossen, vorausgesetzt, daß

Fz + h + Fj > F\ + f\. {?)

Wenn der Sperrwasserdruck p, Null, d. h. niedriger als der Druck der Druckflüssigkeit ist (und die Federkraft Fj der Einfachheit halber mit Null bezeichnet wird), wird die Bedingung (5) erfüllt, wenn

A₂ > ·Ο-{ρ, "O).

Wenn der Druckflüssigkeitsdruck p„ Null ist, d. h. der Drdckwasserdruck größer als der Drsicknüssigkeitsdruck ist, wird die Bedingung (5) erfüllt, wenn

A₃ > -Q- (p_n = 0).

Wenn der Sperrwasserdruck p_t und der Druckflüssigkeitsdruck p„ gleich groß sind, wird die Bedingung (5) erfüllt, wenn

A₁ + Ai > Ai (pi

wo pn der Druckflüssigkeitsdruck und Ai die effektive Fläche der Gleitflächen ist Die Druckflüssigkeit wirkt auch auf den Ansatz 22 und veranlaßt eine die erwähnten Gleitflächen 14,16 schließende Kraft F₂

F₂ = Pn-A₂. (2)

wo A₂ die effektive Fläche des Ansatzes ist

Das Sperrwasser 32 neigt entsprechend dazu, zwischen die erwähnten Gleitflächen 14, 16 einzudrängen und eine die Gleitflächen öffnende Kraft f\ zu veranlas-

(3)

wo pi der Sperrwasserdruck ist Das Sperrwasser wirkt auch auf den oben beschriebenen Kolben 23 und veranlaßt entsprechend eine die Gleitflächen 14,16 schließende Kraft/3

Der F i g. 3 kann entnommen werden, daß durch Ausrüsten des Abdichtungsringes 7 mit einem Kolben 23 obenbeschriebener Art auf die Gleitflächen 14, 15 immer eine schließende Kraft Λ gerichtet werden kann.

welche größer ist als die öffnende Kraft /ι, ganz abgesehen davon, ob der Druckwasserdruck kleiner oder größer oder ebenso groß wie der Druckflüssigkeitsdruck ist
Die Verbindung des Gleitraums 28 des Kolbens 23

durch die Kanäle 29, 30 mit der Atmosphäre 5 versichert, daß die durch die axiale Bewegung des Kolbens im Gleitraum veranlaßte Änderung des Volumens des Gleitraums keine die Erfüllung der Bedingung (5) widerstehenden axialen Zusatzkräfte in der Abdichtung ver-

45 anlaßt In den oben angeführten Formeln ist vorausgesetzt worden, daß die Federkraft der Federn 18 unwesentlich ist, d. h„ daß die Federn dimensioniert sind, nur einen Vordruck der Gleitflächen 14,16 und entsprechend 15, 17 aneinander hervorzurufen. Es ist jedoch klar, daß, je größer die Federkraft ist, desto mehr steigert sk. die vom Kolben 23 ausgeübte schließende Kraft /j.

Bei zunehmender Federkraft kann die Kolbenfiäche somit entsprechend herabgesetzt werden.

In der auf der F i g. 4 dargestellten Ausführungsform sind die gleichen Teile mit denselben Hinweisnummern wie in der vorhergehenden Ausführungsform bezeichnet worden. Die Konstruktion gemäß F i g. 4 weicht von der vorhergehenden Konstruktion zunächst insofern ab.

daß die Abdichtungsringe 7, 8 anstatt an dem Maschinengehäuse an der Welle 1 und die Gegenringe 9, 10. anstatt an der Welle an dem Maschinengehäuse 2 befestigt worden sind.

Die Zeichnungen und die angeschlossene Beschrei-

bung sind nur abgesehen, die Erfindungsidee zu veranschaulichen. In ihren Einzelheiten kann die erfindungsgemäße Abdichtung sogar bedeutend im Rahmen der Patentansprüche variieren. Das atmosphärenseitige Ab-

dichten der Abdichtung kann anstatt durch die Gleitflächen 15, 17 durch irgendeine andere Axialabdichtung erzielt worden sein. Die Dichtungsringe 7, 8 können direkt gegen an aim Maschinengehäuse 2 verarbeitete Gleitflächen abdichten, wobei der Abdichtungskörper 6 ausgelassen werden kann. Auch wenn oben zwei separate Abdichtungsringe 7,8 vorgelegt worden sind, kann der Aiy^chtungsring 7 angeordnet werden, direkt gegen einen auiivärtigen Gegenring 10 abzudichten, wobei der Abdichtungsring 8 ausfällt. Der Kolben 23 kann, anstatt aus einem separaten Stück 24, 25, 26, aus Einern vom Abdichtungsring 7 und einer ringförmigen Flansche geformten Stück, welches in geeigneter Weise gegen den Abdichtungskörper 6 abdichtet, bestehen. In der auf der F i g. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Kolben 23 axial unbeweglich an einem Dichtungsring befestigt worden; es ist aber möglich, daß sich zwischen dem Kolben und der Schraube 27 ein Zwischenraum befindet, wc;! es von der Erfindung aus gesehen nur wesentlich ist, daß sich der Kolben in Richtung zum Druckraum dicht an den Abdichtungsring drückt Anstatt des sich durch das Maschinengehäuse erstreckenden Kanals 30 kann der Kanal 29 des Abdichtungskörpers 6 angeordnet sein, sich axial durch den Abdichtungskörper 6 zu erstrecken und in die Atmosphäre 5 durch dessen äußere Kante auszumünden. Anstatt der Atmosphäre kann der Gleitraum 28 durch die Kanäle 29, 30 mit einem separaten Raum 5' (Fig.3) unter konstantem Druck angeschlossen sein, der, trotzdem sich der Kolben 28 in dem Gleitraum axial bewegt, einen konstanten Druck im GLitraum beibehält

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Mechanische Wellenabdichtung zum Abdichten eines Spalts zwischen einem rotierenden Element (1) und einem stationären Element (2) zwecks Trennung eines Dnickmittelraumes (4) von einem äußeren Raum (5), welche Wellenabdichtung (3) wenigstens einen an einem (2) der Elemente gestützten, beweglichen Abdichtungsring (7), der gegen dieses Element (2) abdichtet, und wenigstens einen, an dem anderen Element (1) befestigten, auf der Druckraumseite des Abdichtungsringes befindlichen Gegenring (9), welcher gegen dieses Element (1) abdichtet, wobei der Abdichtungsring und der Gegenring mit in axialer Richtung gegeneinander drückenden abdichtenden Gleitflächen (14, 16) versehen sind, einen zwischen dem einen Element und dem Abdichtungsring befindlichen, an die erwähnten Gleitflächen grenzenden Zwischen« ium (19) für eine Sperrflüssigkeit (32) und einen am Äbdichiungsring angeorüneten Ringsatz (22) umfaßt, mittels welchem der Druck des Druckmittels (31) auf die Gleitfläche (16) des Abdichtungsringes eine schließende Kraft (F₂) ausübt, welche Kraft größer als die durch den Druck des Druckmittels ausgeübte, die Gleitflächen öffnende Kraft (Fi) ist, und wobei der Aodichtungsring mit einem gegen eines der Elemente (1 oder 2) abdichtenden ringförmigen Kolben (23) versehen ist, mittels dessen die Sperrflüssigkeit (32) den Abdichtungsring (7) ■> Richtung zum Druckraum (4) hin drückt und der so groß ist, daß die durch den Druck der Sperrflüssigkeit ausgeübte, ,,ie Gleitflächen öffnende Kraft (Zi) kleiner isi als die durch den Druck der Sperrflüssigkeit ausgeübte .vhließende Kraft (AV dadurch gekennzeichnet, daß der Gl'eitraum (28) des Kolbens (23) durch einen Kanal (29, 30) einem unter Druck stehenden Raum (5) angeschlossen ist.

2. Wellenabdichtung gemäß Patentanspruch 1. wo an dem stationären Element (2) axial unbeweglich ein Abdichtungskörper (6) befestigt ist, gegen weichen der Abdichtungsring (7) abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Abdichtungskörper (6) ein zylinderförmiger. den Innenkreis des Abdichtungskörpers umschließender Gleitraum (28) für die axialgerichtete Bewegung des Kolbens (23) geformt ist und daß der Gleitraum mit dem unter Druck stehenden Raum (5) durch einen, sich durch den Abdichtungskörper erstreckenden Verbindungskanal (29) in Verbindung stehi.

3. Wellenabdichtung gemäß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (29) durch einen im stationären Element (2) geformten Kanal (30) mit einem Raum unter konstantem Druck, vorzugsweise mit der Atmosphäre (5) verbunden ist.