DE2854456C2 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für schnell laufende Wellen, insbesondere Drehdurchführungen bei hohen mechanischen und/oder Druckmittelbelastungen mit mehreren axial benachbart liegenden und zwischen Gehäuse und Welle angeordneten unelastischen Dichtungsringen, die jeweils mindestens eine ballig ausgebildete stirnseitige Radialfläche aufweisen, derart, daß ein Dichtungsring mit einem benachbarten Dichtungsring einen Linienkontakt bildet.

Eine derartige Dichtungsanordnung ist aus der DE-PS 8 51 882 bekannt, und zwar einmal in Form von abwechselnd hintereinander angeordneten Kugelkörpern und Formkörpern, die letztere jeweils einander gegenüberliegende konische Abschnitte aufweisen, welche mit den Kugelflächen die Linienkontakte bilden, und zum anderen in Form von identischen Formkörpern, die an einem Ende eine konische Fläche und am anderen Ende einen konvex gewölbten Vorsprung aufweisen. Zwar können sich die einzelnen Dichtungsringe bei einem Verziehen der Welle relativ zueinander einstellen, jedoch kann diese Dichtungsanordnung nicht für durch hohen Druck belastete Dichtungen eingesetzt werden, weil aufgrund des Linienkontaktes zwischen den einzelnen Dichtrinfeen eine Leckströmung stattfindet. Außerdem besteht die Gefahr, daß bei enger Passung der Dichtungsringe an der umlaufenden Welle die dort vorhandene Reibung größer ist als an den Kontaktlinien, so daß insbesondere bei statischen und dynamischen Wellenverformungen ein Mitdrehen einzelner Dichtungsringe mit der Welle unvermeidbar ist.

Aus der DE-PS 8 48 504 ist eine etwas andersartige Dichtungsanordnung bekannt, bei der eine einstückige

Dichtungshülse anstelle einer Vielzahl aneinander liegender Dichtungsringe verwendet wird. Die Dichtungshülse weist mehrere größere Ringflansche auf, die in Gehäusenuten eingreifen und deren Flanken gegenüber den Radialflächen der Nuten mittels V-förmiger Federringe abgedichtet sind. Mit dieser Dichtungsanordnung kann zwar eine radiale wie auch eine axiale Relativverschiebung zwischen Dichtungsanordnung und Gehäuse aufgefangen werden, nicht aber eine, durch hohen Druck und hohe Temperatur schnell umlaufende und dynamischen Verformungen ausgesetzte Welle gegenüber dem Gehäuse abgedichtet werden, weil wegen der großen Länge der Dichtungshülse und der notwendigen engen Passung zwischen Hülse und Welle eine Verklemmung mit nachfolgender Zerstörung der Dichtungshülse eintreten wird. Darüber hinaus ergeben die V-förmigen Federringe ebenfalls nur Linienberührungen mit dem Nachteil, daß beim Abdichten hoher Druckdifferenzen Leckströme unvermeidlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dichtungsanordnung für schnell laufende und durch hohe Drücke und hohe Temperaturen hochbeanspruchte Wellen zu schaffen, die statischen und dynamischen Wellenverformur.gen standhält und deren Abdichtung sowohl am Umfangsspalt als auch an den einander in Kontakt stehenden Radialfläche gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß jeder Dichtungsring an seiner einen Radialfläche im Bereich der Kontaktlinien mit dem benachbarten Dichtungsring eine Umfangsrille aufweist, in welcher eine elastische Ringdichtung eingesetzt ist, die jeweils mit einer Radialfläche ohne Ringdichtung zusammenwirkt.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß unter Beibehaltung des Abrollvermögens der einzelnen Dichtungsringe die Radialflächenabdichtung gesteigert wird, so daß zwischen den einzelnen Dichtungsringen hindurchlaufende Leckströme vermieden werden und gleichzeitig die Radialflächenreibung erhöht wird, so daß trotz enger Passung der Dichtungsringe an der Welle ein Mitdrehen der Dichtungsringe verhindert wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Umfangsrille im Bereich der größten Breite des Dichtungsringes angeordnet ist. Die Dichtungsringe können dadurch eine torusförmige Gestalt, also eine Gestalt etwa nach Art eines Autoreifens haben, und die Kraft, mit welcher je zwei benachbarte Dichtungsringe gegeneinander gedrückt werden, wirkt axial, was im Gegensatz zum erst erwähnten Stand der Technik steht.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß die

Dichtungsringe in einem Gehäuseringraum eingesetzt sind, deren eine Radialfläche ein auf demselben Durchmesser wie die Umfangsrillen der Dichtungsringe liegende Umfangsrille aufweist, in welcher eine elastische Ringdichtung eingesetzt ist. Dabei sind vorzugsweise beide Radialflächen des Gehäuseringraumes ballig ausgebildet. Auf diese Weise wird nicht nur eine Leckströmung zwischen den einzelnen Dichtringen, sondern auch zwischen Dichtring und Gehäuse sicher vermieden.

Anhand der Zeichnung sei die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Dichtungsanordnung einer Drehdurchführung unter Verwendung von elastischen Dichtungen und
F i g. 2 eine Dichtungsanordnung für schnellaufende

hochbelastete Wellen unter Verwendung von unelastischen Dichtungskörpem.

F i g. 1 zeigt den Längsschnitt einer Drehdurchführung unter Verwendung elastischer Dichtungen für Umfangsgeschwindigkeiten der Welle bis etwa 4 m/sek. Im Gehäuse 1 der Drehdurchführung mit den begrenzenden Deckeln 2 und 3 dreht sich die Welle 4, die in den spieleinstellbaren Wälzlagern 5 und 6 gelagert ist Das Lagerspiel wird mit den Gewindebüchsen 7 und 8 eingestellt Durch die Anschlußbohrungen 9 und 10 wird das Druckmedium über die im Gehäuse 1 angeordneten Ringkanäle 11 und 12 den Bohrungen 13 und 14 zum Verbraucher durch die Welle 4 zu- bzw. abgeführt

Die Abdichtung zwischen den Anschlußbohrungen 9 und 10 bzw. nach außen hin übernehmen die elastischen Dichtungsringe 15 und die bei hohen Drücken erforderlichen Stützringe 16. Wesentlich bei dieser Ausführung sind die Spalte 17 zwischen Welle 4 und Gehäuse 1 zwischen den Dichtungsringen, womit ein gegenseitiges Berühren zwischen Welle und Gehäuse bei vergleichsweise niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten verhindert wird. Die elastischen Dichtungsringe 15 allein übernehmen den Dichtungseffekt bis zu Drücken von 250 bar je nach Art des Mediums.

Die in Fig. 1 dargestellte Dichtungsanordnung ist für Wellen, die mit höheren Umfangsgeschwindigkeiten, also etwa oberhalb 4 m/sek. rotieren und insbesondere in Verbindung mit hohen Drücken, nicht mehr geeignet. Für solche Verhältnisse ist die Dichtungsanordnung gemäß F i g. 2 vorgesehen, die ebenfalls im Längsschnitt eine Drehdurchführung zeigt. F i g. 2 ist nicht maiästabgerecht gezeichnet Insbesondere, wenn die Lagerstellen, die hier nicht veranschaulicht sind, jedoch entsprechend Fig. 1 ausgebildet sein können, weit auseinander liegen, treten Durchbiegungen auf, die bei Verwendung unelastischer Dichtungsringe zu Zerstörungen führen würden. Gleichwohl werden bei der Ausführung gemäß F i g. 2 Dichtungsringe 30 aus unelastischem Werkstoff, nämlich aus Kunstkohle oder Keramik verwendet Feststehende Gehäuseteile 18, 19, 20,21 und 22 werden miteinander verschraubt, wodurch Gehäusenuten 34, 35 und 36 gebildet werden. Im Gehäuse, das hier allgemein mit la bezeichnet ist, dreht sich die Welle 23, welche Zu- und Auflaufbohrungen 24 und 25 aufweist, die durch Anschlußbohrungen 26 und 27 und über Ringkanäle 28 und 29 beschickt werden.

Die Dichtungsringe 30 sind in den Nuten 34 und 36 als Packungen von jeweils zwei nebeneinander liegenden Ringen und in der Nut 35 als Packung mit drei Ringen angeordnet Alle Dichtungsringe 30 sind an ihrer inneren Umfangsfläche mit axial im Abstand liegenden Nuten 37 versehen, wodurch eine Labyrinthdichtung geschaffen wird. Dank dieser Nuten 37 kann sich das durchkriechende Druckmedium zur Niederdruckseite hin entspannen.

Der Innendurchmesser der Dichtungsringe 30 ist so bemessen, daß die sich unter Wärme ausdehnende Welle 23 die Dichtungsringe berührt, d. h. an ihnen schleift Gleichwohl ist der Verschleiß sehr gering, insbesondere in Verbindung rr.it flüssigen Medien, da eine ständige Schmierung erfolgt

Da die Dichtungskörper 30 unelastisch sind und der Ausdehnungskoeffizient des Werkstoffes praktisch Null ist würden sie bei geringsten Durchbiegungen Jer Welle 23 brechen. Um dies zu verhindern, sind die stirnseitigen Radialflächen 38 aller Dichtungsringe 30 ballig ausgebildet derart, daß die größte Breite der Dichtungsringe etwa auf einem Mitteldurchmesser zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser der Dichtungsringe liegt Auch die stirnseitigen Radialwände 39 der Gehäusenuten 34, 35, 36 sind ballig ausgebildet, so daß also jeder Dichtungsring 30 einen benachbarten Dichtungsring bzv/. eine benachbarte Seitenwand der Umfangsnut nur längs einer kreisförmigen Kontaktlinie berührt. Diese Aussage gilt natürlich •iiur theoretisch. In der Praxis wird sich eine schmale ringförmige Berührungszone der Dichtungsringe untereinander an den Seitenflächen der Gehäusenuter. ausbilden. Dank dieser Gestaltung können sich die Dichtungsringe bei Durchbiegungen der Welle 23 einstellen, also quasi aneinander abrollen, womit eine Beschädigung der unalastischen Dichtungsringe verhindert wird. Um diese Einsteübarkeit der Dichtungsringe 30 zu gewährleisten, ist eic radiales Spiel zwischen Jen äußeren Umfangsflächen der Dichtungsringe und dem Boden der Gehäusenuten 34,35,36 vorgesehen.

Um zu verhindern, daß das Druckmedium den Weg des geringsten Widerstandes zwischen den Dichtungskörpern 30 hindurch nimmt, wo ja nur ein linienförmiger Dichtungskontakt herrscht, sind einseitig im Bereich der ringförmigen Kontaktzone in den Dichtungsringen und den Radialwänden der Gehäusenuten Rillen 40 vorgesehen, in welche elastische, abdichtende Ringe 31 eingesetzt sind. Wichtig ist, daß jeder Ring 30 nur einen elastischen abdichtenden Ring 31 aufweist und daß entsprechend nur eine der beiden radialen Seitenwände jeder Umfangsnut einen solchen abdichtenden elastischen Ring 31 besitzt. Diese abdichtenden elastischen Ringe 31 haben durch ihre Rückstellkraft bei der Zusammenpressung weiterhin die Aufgabe, die Dichtungsringe 30 am Mitdrehen mit der Welle zu hindern.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es wichtig, daß zwischen Welle 23 und Gehäuse 1 a genügend große Spalte 32 zwischen den Dichtungsanordnungen vorhanden sind, vor allem dann, wenn aus konstruktiven Gründen die Anschlußbohrungen 26 und 27 weit auseinander liegen müssen. Die Anordnung von einer oder mehreren Leckölleitungen 33 sowie nicht weiter dargestellter, an sich bekannter statischer Dichtungen am Gehäuse ist jederzeit möglich.

Die beschriebene Dichtungsanordnung ist für alle rotierenden Wellen einsetzbar, auch bei solchen, bei denen hohe Umfangsgeschwindigkeiten gepaart sind mit hohen Drücken und/oder maßgeblicher Unwucht. Z. B. werden zur Materialprüfung Drehdurchführungen benötigt, die mit hohen Drehzahlen umlaufen und gleichzeitig abwechselnd in Drehrichtung und entgegengesetzt dazu in Schwingungen versetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung für schnellaufende Wellen, insbesondere Drehdurchführungen, bei hohen mechanischen und/oder Druckmittelbelastungen mit mehreren axial benachbart liegenden und zwischen Gehäuse und Welle angeordneten, unelastischen Dichtungsringen, die jeweils mindestens eine ballig ausgebildete stirnseitige Radialfläche aufweisen, derart, daß ein Dichtungsring mit einem benachbarten Dichtungsring einen Linienkontakt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dichtungsring (30) an seiner einen Radialfläche im Bereich der Kontaktlinien mit dem benachbarten Dichtungsring eine Umfangsrille aufweist, in welcher eine elastische Ringdichtung (31) eingesetzt ist, die jeweils mit einer Radialfläche ohne Ringdichtung zusammenwirkt.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsrille (40) im Bereich der größten Breite des Dichtungsringes angeordnet ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsringe (30) in einem Gehäuseringraum eingesetzt sind, deren eine Radialfläche eine auf demselben Durchmesser wie die Umfangsrillen (40) der Dichtungsringe liegende Umfangsrille aufweist, in welcher eine elastische Ringdichtung (31) eingesetzt ist.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Radialflächen des Gehäuseringraumes ballig ausgebildet sind.