DE3146916A1

DE3146916A1 - Vorrichtung zur verbesserung der ausstroemung eines kuehl- und spuelfluids aus einer drosselbuchse sowie zugehoerige drosselbuchse

Info

Publication number: DE3146916A1
Application number: DE19813146916
Authority: DE
Inventors: William Thomas Ponca City Okla. Sweeney
Original assignee: Conoco Inc
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1981-11-26
Publication date: 1982-07-01
Also published as: PL234415A1; CA1168668A; GB2089908A; AU7753581A; ZA817791B; AU531452B2; US4586717A; GB2089908B; FR2496822A1; DE3146916C2

Description

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PATENTANWÄLTE ·*··*··" ·'» ·-- --" --DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARIA-THERESIA-STRABSE 23 POSTFACH 86 OS 60

D-8OOO MUENCHEN βό

ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEENS

TELEFON 089/4 70 60 TELEX 522 638 TELEGRAMM SOMBEZ

11147

Conoco, Ine.
Ponca City, Oklahoma 74601

V.St.A.

Vorrichtung zur Verbesserung der Ausströmung eines Kühl- und Spülfluids aus einer Drosselbuchse sowie zugehörige Drosselbuchse

POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 69148-800 BANKKONTO HYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 700 200 40) KTO. 60 60 257 378 SWIFT HYPO DE MM

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Conoco j Inc. 11 ι Aj 7

Ponca City, Oklahoma

V.St.A.

Den im vorliegenden Fall zutreffendsten Stand der Technik bildet nach Kenntnis der Anmelderin eine mechanische Dichtung des Typs BXT der Firma Borg-Warner. Diese Dichtung umfaßt eine Drosselbuchse, auf deren Verbesserung die Erfindung unter anderem gerichtet ist. Bei der bekannten Dichtung trägt eine Hülse eine Balganordnung mit einer umlaufenden Fläche, die gegen eine T-förmige stationäre Fläche verspannt wird. Die Hülse ist über einen Antriebsbund auf der Welle befestigt, Ferner ist ein Kanal vorgesehen, um Fluid und Kühlmittel aus einer Öffnung an der Endfläche der Dichtanordnung herauszuspülen.

Die Erfindung richtet sich auf den oben beschriebenen Drosselbuchsenbereich der Dichtung und beinhaltet dessen Verbesserung. Vor allem wird eine Drosselbuchse geschaffen, um die Menge an Spül- und Kühlfluid, die durch die Buchse hindurchgeht, auf einem Minimum zu halten. Die Erfindung umfaßt im wesentlichen ein Labyrinth auf dem umlaufenden Ab-

schnitt der Drosselbuchse mit einer dem Labyrinth gegenüberliegenden elastischen Hülse, die an einer Hülse an demjenigen stationären Bereich der Buchse befestigt ist, welche der Hülse der Welle gegenüberliegt. Die elastische Hülse gestattet engere Toleranzen zwischen ihrer Fläche und der Labyrinthfläche, wodurch die Möglichkeit besteht, den Durchfluß von Kühl- und Reinigungsfluiden durch die Dichtung wesentlich zu vermindern.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine zum Teil aufgeschnittene Ansicht einer Dichtung, wobei die verbesserte Steuerung für die Reinigungs-und Kühlfluide dargestellt ist;

Fig. 2 in vergrößertem Schnitt den verbesserten Bereich der Drosselbuchse;

Fig. 3 eine zum Teil aufgeschnittene Ansicht einer Abwandlungsform der Labyrinthanordnung;

Fig. 4 eine Abwandlungsform für die Befestigung der elastischen Hülse am Maschinengehäuse.

Gemäß Fig. 1 und 2 trägt eine Welle 10 eine auf ihr angeordnete Hülse 11. Die Hülse 11 ist an der Welle mittels eines Antriebsbundes 12 befestigt, der seinerseits von einer Setzschraube 13 auf der Welle gehalten wird. Der Antriebsbund ist an der Stelle einer Setzschraube geschnitten dargestellt. Ohne weiteres kann man eine oder mehrere Setzschrauben verwenden, um den Antriebsbund zu verankern.

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Die gesamte Dichtungsanordnung ujt zwischen der Welle 10 und einem Maschinengehäuse 14 befestigt. Ein Plansch 15
wird am Maschinengehäuse 14 von mehreren Schrauben 16 gehalten, die rund um den Flansch 15 verkeilt sind, um eine
starre Verbindung zwischen dem Flansch und dem Maschinengehäuse 14 herzustellen. Eine stationäre, T-förmige Dichtfläche 17 wird von dem Flansch 15 gehalten und trägt eine
Dichtung 19, um Fluide daran zu hindern, rund um die T-fÖrmige Dichtfläche zu strömen. Die Dichtfläche 17 kann aus
einer Vielzahl von Materialien bestehen. Vor allen Dingen
wird sie jedoch aus einem harten Material hergestellt, beispielsweise aus Siliziumkarbid.

Der umlaufende Abschnitt der Dichtung umfaßt eine umlaufende Dichtfläche 20, eine Balganordnung 21 und eine Antriebshülse 22. Die Antriebshülse 22 ist mit einer Dichtung in
Form eines O-Rings 23 versehen, um die Fluide daran zu hindern, unter der Antriebshülse 22, also zwischen ihr und der Hülse 11, hindurchzugehen. Die umlaufende Dichtfläche 20 besteht ebenfalls aus einem harten Material, allerdings nicht aus Siliziumkarbid, wie die T-förmige stationäre Dichtfläche 17· Die umlaufende Dichtfläche 20 kann aus einem Material wie beispielsweise Wolframkarbid hergestellt sein. Ein derartiges Material gehört, wie. auch die bisher beschriebene
Vorrichtung, zum Stande der Technik.

Die Balganordnung 21 schafft nicht nur eine Abdichtung
zwischen der umlaufenden Dichtfläche 20 und der Antriebshülse 22, sondern liefert auch eine Verspannung oder Federkraft, die auf die umlaufende Dichtfläche 20 einwirkt. Durch den
Druck gegen die umlaufende Dichtfläche 20 wird eine Abdichtung gegenüber einer Fläche 24 geschaffen, die zwischen der umlaufenden Dichtfläche 20 und der stationären Dichtfläche
17 liegt.

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Ein Kanal 25 für Spül- und Kühlfluid erstreckt sich durch das Maschinengehäuse 14. Dieser Kanal öffnet sich auf der Außenseite des Maschinengehäuses, wo ein Anschluß hergestellt werden kann, um Fluid in den Kanal einzuleiten. Der Anschluß und die spezielle Anordnung des Kanals können von Maschinenkonstruktion zu Maschinenkonstruktion variieren und sind auf der Zeichnung nicht dargestellt.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Dichtung wird von der Drosselbuchse 30 gebildet. Diese umfaßt einen im Durchmesser vergrößerten Hülsenabschnitt 31 der Hülse Der Hülsenabschnitt 31 kann ohne weiteres auch von einer gesonderten Hülse gebildet werden, die starr mit der Hülse 11 verbunden ist, beispielsweise durch Setζschrauben, eine Verschweißung oder dgl.. Der Bund oder Hülsenabschnitt 31 weist auf seiner Außenfläche ein Labyrinth 32 auf, welches mit der Welle 10 umläuft. Eine stationäre Buchse 33 ist in das Maschinengehäuse 14 eingepreßt oder anderweitig an diesem befestigt. Die Buchse 32 trägt eine Hülse 34 aus elastischem Material, bei dem es sich um eine ganze Anzahl von Materialien handeln kann, beispielsweise um Naturgummi oder Kunststoff. In jedem Falle ist das elastische Material der Hülse 34 vorzugsweise an der stationären Buchse 33 anvulkanisiert oder in ähnlicher Weise starr befestigt. Ein O-Ring 35 schafft eine Dichtung zwischen der Hülse 11 und der Welle 10.

Der Betrieb der Drosselvorrichtung ergibt sich am besten aus den Figuren 1 und 2. Gemäß Fig. 1 wandert Kühl- und Spülfluid durch den Kanal 25 nach unten, wie es durch die Pfeile 40 angedeutet ist. Wenn das Fluid die Mündung 4l des Kanals 25 erreicht, bewegt es sich in Richtung der Pfeile 42 weiter. Ein Teil des Spül- und Kühlfluids trifft auf die B'läche 24 und bewirkt eine Schmierung und Kühlung dieser

Fläche. Das Fluid trifft ebenfalls auf die stationäre T-förmige Dichtfläche 17 und die umlaufende Dichtfläche 20, wobei es diese Dichtflächen kühlt. Auf seinem weiteren Weg in Richtung des Pfeils 43 erreicht das Kühl- und Spülfluid die Drosselbuchse, in der es gemäß Fig. 2 zwischen der elastischen Buchse 34 und dem Labyrinth 32 hindurchgeht, wie es der Pfeil 44 andeutet. Schließlich gelangt das Fluid entsprechend den Pfeilen 45 in den Innenraum der Maschine. Eine wesentliche Forderung besteht darin, daß der Druck des Spül- und Kühlfluids den Druck im Bereich der Pfeile 45 übersteigt, so daß dort angesammeltes Material nicht entgegen der Strömungsrichtung des Spülfluids wandern und damit die Möglichkeit schaffen kann, daß Verschmutzungen in die Dichtung zwischen den Flächen 24 gelangt, was zu Verschleiß, Abrieb und ggf. zu einem Versagen der Dichtung führen würde. Wenn es sich bei der Maschine beispielsweise um eine Schlammpumpe handelt, so kann der Innenbereich an der Stelle der Pfeile 45 mit stark schirgelnden und korrosiven Fluiden sowie mit teilchenförmigem Material gefüllt sein. Solches teilchenförmige Material könnte die Dichtung an den Flächen 24 in sehr kurzer Zeit zerstören.

Es ist daher von höchster Wichtigkeit, daß ausreichend viel Fluid kontinuierlich durch den Kanal 25 nach unten wandert, um eine ausreichende Spülung sicherzustellen, die den Einfluß von teilchenförmigem Material auf die Dichtung an den Flächen 24 ausschließt. Bisher bestand eines der Probleme, eine genügende Spülung zu gewährleisten, darin, daß eine große Fluidmenge erforderlich war, um angemessene Geschwindigkeiten zu erzielen, die den Einfluß teilchenförmigen Materials verhindert. Einet) (Jim.¹ wcuenl/l j chon Prob! emu bei der Aufrechterhaltung einer angemessenen Waschfluidströmung lag darin, daß es nicht möglich war, ausreichend enge Toleranzen zwischen der stationären Buchse und der um-

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laufenden Hülse an der Austrittsstelle des Waschfluids zu erzielen. Dies lag zum Teil daran, daß man große Wellen und Gehäuse im Bereich der Dichtungen, Lager u.dgl. nicht mit ausreichend engen Toleranzen bearbeiten und zusammenbauen konnte, ohne daß sich die Materialien beispielsweise des Maschinengehäuses 14 und der Welle 10 bei montierter Vorrichtung aneinander rieben. Die erfindungsgemäße Anordnung löst die bisherigen Probleme, indem die Hülse 34 aus Gummi oder anderem elastischem Material vorgesehen wird, die an der stationären Buchse 33 befestigt ist. Wenn es bei einem Fluchtfehler der Welle zu einem Anlaufen an der stationären Buchse kommt j kann das elastische Material die Reibbelastungen in gewissen Grenzen aufnehmen und verhindern, daß ein so starker Verschleiß auftritt, der die Toleranzen der Vorrichtung in einem Ausmaß ändert, in dem es nicht mehr möglich ist, genügend Spülfluid zum Freihalten der Dichtung an den Flächen 24 von teilchenförmigem Material zu fördern.

Ein z-usätzlicher Vorteil des elastischen Materials besteht darin, daß sich dieses Material, wenn es das Labyrinth 32 berührt oder nahezu berührt, entsprechend den gestrichelten Linien nach Fig. 2 verformt. Die Verformung des elastischen Materials sorgt dafür, daß genügend Spülfluid mit angemessener Geschwindigkeit geliefert wird, um einen Rückstrom von teilchenförmigem Material in die Dichtung zu verhindern. Die Verformung wird hervorgerufen durch Druckschwankungen über der Länge des Labyrinths 32. Wenn beispielsweise das Fluid zwischen den Spitzen des Labyrinths und dem elastischen Material 34 hindurchströmt, so wird der Druckverlust hoch sein.Strömt es in die vertieften Abschnitte des Labyrinths, so fällt der Druckverlust ab. Hieraus resultiert eine gleichmäßige Verteilung des Spülfluids rund um das Labyrinth. Die Verteilung des Spülfluids sorgt für eine kontinuierliche Materialspülung über/dem gesamten Umfang der Dros-

selbuchse, wodurch es eine übermäßige Abnutzung des elastischen Materials verhindert und eine gleichmäßige Spülung sowie einen Ausgleich von Druckunterschieden schafft, was die Dichtung frei von teilchenförmigen! Material hält.

Abwandlungsformen der Drosselbuchse sind in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Gemäß Fig. 3 ist die elastische Hülse 34 als Manschette auf der Welle 10 angeordnet. Sie wird durch Vulkanisieren, statischen Druck, Klebemittel oder auf irgend eine andere Weise an einer Verschiebung gehindert. Das Labyrinth 32 ist am Maschinengehäuse 14 befestigt. Diese Anordnung eignet sich speziell für eine hin» und hergehende Welle. Die elastische Hülse 34 kann so lang gemacht werden, daß sie das Labyrinth 32 für den gesamten Hub der Welle 10 überdeckt. Es sei noch darauf hingewiesen, daß man das Labyrinth 32 und die elastische Hülse 34 ohne weiteres erneuern kann.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung zur Befestigung des elastischen Materials unter Verzicht auf eine zugehörige Hülse. Nach Fig. 3 paßt die elastische Hülse 34 eng ins Innere des Maschinengehäuses 14. Eine Schulter 34a der elastischen Hülse 34 sichert letztere gegen Druckunterschiede, die durch das Spülfluid hervorgerufen werden. Ein Flansch 9, der von Schrauben 8 gehalten wird, kann, sofern erforderlich, dazu dienen, die elastische Hülse 3²J und die Schulter 34a zu befestigen.

Die erfindungsgemäße Anordnung schafft also eine angemessene Steuerung der Spülfluidströmung aus einer Dichtung in den Innenraum einer Pumpe oder einer sonstigen Maschine. Das elastische Material besitzt die besondere Fähigkeit, enge Toleranzen zwischen dem stationären Teil und dem umlaufenden Teil der Drosselbuchse einzuhalten. Es erzeugt außer-

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dem eine gleichmäßige Pluidverteilung rund um die Drosselbuchse, wodurch übermäßiger Verschleiß verhindert und eine ausreichende Spülung sichergestellt wird, um teilchenförmiges Material daran zu hindern, aus dem Inneren der Maschine in die Dichtung zu wandern. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Erfindung immer denn vorteilhaft ist, wenn eine Drosselbuchse benötigt wird, und daß sich die Erfindung nicht auf das spezielle beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.

Wie ohne weiteres ersichtlich, sind weitere Abwandlungen und Änderungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele im Rahmen der Erfindung möglich.

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Claims

Conoco, Inc. 11 147

Ponca City, Oklahoma
V.St.A.

Patentansprüche

ll.j Vorrichtung zur Verbesserung der Ausströmung eines Kühl- und Spülfluids aus einer Drosselbuchse für eine Wellendichtung, welche zwischen einem stationären Gehäuse und einer umlaufenden Welle angeordnet ist sowie eine stationäre, am Gehäuse befestigte Dichteinrichtung und eine umlaufende, an der Welle angeordnete Dichteinrichtung umfaßt, wobei die Drosselbuchse eine an der Welle befestigte Wellenhülse und eine am Gehäuse angeordnete stationäre Buchse aufweist, welche axial mit der Wellenhülse fluchtet und sich über deren Breite erstreckt, und wobei eine Kanalanordnung für Spülfluid vorgesehen ist, die letzteres in die Wellendichtung eintreten läßt, wodurch die umlaufenden und stationären Dichtflächen gekühlt und gereinigt werden, und die die Spülflüssigkeit zwischen der Wellenhülse und der stationären Buchse hindurchgehen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß an der stationären Buchse (33) gegenüber der Wellenhülse (31) eine elastische Hülse (3*0 angeordnet ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hülse (34) aus Gummi besteht j der an der stationären Buchse (33) anvulkanisiert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hülse (3*0 aus Kunststoff besteht, der an der stationären Buchse (33) befestigt ist.
4. Vfivrichtunp, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenhülse

(31) in der der stationären Buchse (33) gegenüberliegenden Fläche ein Labyrinth (32) trägt.
5. Drosselbuchse für eine Vorrichtung mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse gelagerten Welle, einer Dichtung zwischen der Welle und dem Gehäuse und mit einer Fluideinriehtung zum Kühlen und Spülen der Dichtung, gekennzeichnet durch eine Labyrintheinrichtung (32) und durch eine elastische Buchse (34), die zwischen dem Gehäuse (14) und der Welle (10) gegenüber der Labyrintheinrichtung

(32) angeordnet ist und zu letzerer einen Abstand einhält, um dazwischen den Durchgang des Fluids zuzulassen.
6. Drosselbuchse nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η .zeichnet, daß die Labyrintheinrichtung (32) an der Welle. (10) befestigt ist, während die elastische Buchse (34) am Gehäuse (14) sitzt.
7. Drosselbuchse nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Labyrintheinrichtung· (32) am Gehäuse (14) angeordnet ist, während die elastische Buchse (34) auf der Welle (10) sitzt.
8. Drosselbuchse nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Buchse (34) eine Schulter (3^a) trägt und daß das Gehäuse (14) eine entsprechende passende Schulter aufweist, um die elastische Buchse gegen Verschiebungen zu sichern, die
hervorgerufen werden durch Druckunterschiede, bewirkt von dem Fluid beim Durchgang zwischen der elastischen Buchse
und dem Labyrinth (32).