DE3146916C2

DE3146916C2 - Dichtungsanordnung für eine Welle

Info

Publication number: DE3146916C2
Application number: DE3146916A
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: 1983-12-22
Also published as: PL234415A1; US4586717A; GB2089908B; CA1168668A; AU531452B2; DE3146916A1; AU7753581A; FR2496822A1; GB2089908A; ZA817791B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drosselbuchse (30) für eine Dichtung zur Verwendung in einer Maschine, die ein Gehäuse (14) und eine im Gehäuse gelagerte Welle (10) aufweist. Die Drosselbuchse (30) reduziert den Durchfluß eines Kühl- und Spülfluids, indem an der Stelle der Drosselbuchse eine engere Toleranz aufrechterhalten wird, und zwar durch Verwendung eines auf der Welle befestigten Labyrinths (32) beziehungsweise einer an der Welle angeordneten Hülse (31) und unter Verwendung einer elastischen Buchse (34), die am Gehäuse befestigt ist und das Labyrinth umgibt. Der Abstand zwischen der elastischen Buchse (34) und dem Labyrinth (32) ist so dimensioniert, daß sich eine berührungsfreie Anordnung vor der Montage ergibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer aus der FR-OS 23 56 065 bekannten Anordnung dieser Art fließt ein Teil des Fluids durch einen als Drosseleinrichtung dienenden Ringspalt zwischen einer auf der Welle angeordneten Buchse und einer Gehäusebuchse auf der einen Seite er Anordnung, während ein gesonderter Fluidweg auf der anderen Seite der Anordnung zwischen der Wellenbuchse und einem zum Herabsetzen des Fluiddruckes dienenden Labyrinth hindurchführt. Bei der bekannten Dichtungsanordnung ist in vielen Fällen zum Verhindern von Berührungen ein relativ großes Spiel zwischen den ortsfesten und umlaufenden Teilen erforderlich, weshalb eine unerwünscht große Fluidmenge durch die Drosseleinrichtung fließen muß, um das Eindringen von Schmutz u. dgl. zuverlässig zu verhindern. Außerdem treten im bekannten Fall Strömungsprobleme durch ungleichmäßige Druckverteilung in dem Labyrinth auf.

Aus der CH-PS 4 76 935 ist es bekannt, an einer stationären Buchse einer Wellendichtung eine verformbare Membran (z. B. aus PTFE) anzuordnen, die mit der Wellenhülse einen durch ein Druckmedium beaufschlagten Ringspalt bildet. Ferner ist es z. B. aus der US-PS 76 559 bekannt, auf einer Welle eine Lippendichtung aus Gummi anzuordnen. In beiden Fällen wird die Dichtungsanordnung aber nicht durch ein Kntil- und Spul-Fluid durchströmt

Aus der DE-OS 27 09 243 ist eine Wellendichtung bekannt, in der ein elastisches Dichtungselement bei Beaufschlagung durch ein strömendes Druckmedium von einer am Gehäuse angeordneten Buchse abheben kann. Schließlich ist aus der EP-OS 18 627 eine Wellendichtungsanordnung mit einem Labyrinth bekannt, das zur Stoßdämpfung von einem Ring aus elastischem Material umgeben ist

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art hinsichtlich der Strömungsbedingungen für das Kühl- und SpüI-FIuid im Bereich der Drosseleinrichtung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Dichtungsanordnung gelöst

Die Herstellung der dem Labyrinth gegenüberliegenden Buchse aus elastischem Material bietet die Möglichkeit, das Spiel innerhalb der Drosseleinrichtung zu vermindern. Deshalb kann die Durchflußmenge des erforderlichen Spül- und Kühi-Fluids auf einem Minimum gehalten werden. Wie außerdem festgestellt wurde, ergibt sich überraschenderweise eine sehr gleichmäßige Strömungsverteilung über den Umfang der Drosseleinrichtung aufgrund der Verformung der elastischen Buchse,

An einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung im folgenden näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine zum Teil geschnittene Ansicht der Dichtungsanordnung, die von dem Kühi- und Spül-Fluid durchströmt wird;

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht der Drosseleinrichtung;

Fig.3 eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Drosseleinruchtung; und

Fig.4 eine weitere Ausführungsform mit einer abgewandelten Befestigung der elastischen Buchse am Maschinengehäuse.

•»o Gemäß F i g. 1 und 2 ist auf einer Welle 10 eine Hülse 11 angeordnet. Die Hülse 11 ist an der Welle mit Hilfe eines Antriebsbundes 12 befestigt, der seinerseits von einer oder mehreren Setzschrauben 13 auf der Welle gehalten wird.

Die gesamte Dichtungsanordnung ist zwischen der Welle 10 und einem Maschinengehäuse 14 befestigt. Ein Flansch 15 wird am Maschinengehäuse 14 von mehreren Schrauben 16 gebalten, 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 Silisiumkarbid.

Der umlaufende Abschnitt der Dichtung umfaßt eine umlaufende Dichtfläche 20, eine Balganordnung 21 und eine Antriebshiilse 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 to Dichtfläche 17 liegt.

Ein Kanal 25 für Spül- und Kühl-F!uid 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 der Kanals können von Maschinenkonstruktion zu Maschinenkonstruktion variieren und sind auf der Zeichnung nicht dargestellt.

Ein wesentliches Merkmal der Dichtungsanordnung 2ü wird von der Drosse'.einrichtung 30 gebildet. Diese umfaßt einen Im Durchmesser vergrößerten Fjlsenabschnitt 31 der Hülse 11. Der Hülsenabschnitt 31 kann ohne weiteres auch von einer gesonderten Hülse gebildet werden, die stanr mit der Hülse 11 verbunden 2ϊ ist, beispielsweise durch Setzschrauben, 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. die in das Maschinengehäuse 14 eingepreßt oder anderweitig 3<> an diesem befestigt ist. trägt eine weitere Buchse 34 aus elastischem Material, bei dem es sich beispielsweise um Naturgummi oder Kunststoff handeln kann. Vorzugsweise ist das elastische Material der Buchse 34 an der stationären Buchse 33 anvulkanisiert oder in anderer Weise starr befestigt. !Ein O-Ring 35 schafft eine Dichtung zwischen der Hülse 11 und der Welle 10.

Die Betriebsweise der Drosseleinrichtung ist am besten aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich. Gemäß Fig. 1 wandert Kühl und Spül-Fluid durch den Kanal 25 nach -w unten wie es durch die Pfeile 40 angedeutet ist. Wenn das Fluid die Mündung 41 des Kanals 25 erreicht, bewegt es sich in Richtung und Pfeile 42 weiter. Ein Teil des Spül- und Kühl-Fluids trifft auf die Fläche 24 und bewirkt eine Schmierung und Kühlung dieser Fläche. ⁴"> 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 Spül-Fluid 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 Kühl-Fluids ί "> den Druck im Bereich der Pfeile 45 übersteigt, so daß dort angesammeltes Material nicht entgegen der Strömungsrichtung des Spül-Fluids 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 schmirgelnden und korrosiven Fluiden sowie mit ^ö' tcilchenförmigem Material gefüllt fein. Solches teiichenförmige Material könnte ^ie Dichtung an den Flächen 24 in sehr kurzer Zeit zerstören.

Es ist daher von höchster Wichtigkeit, daß ausreichend viel Fiuid kontinuierlich durch den Kanal 25 nach unten wandert, um eine ausreichende Spülung sicherzustellen, die den Einfluß von teilchenförmigen! 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 verhindere Eines der wesentlichen Probleme bei der Aufrechterhaltung einer angemessenen Waschfluidstrcmung lag darin, daß es nicht möglich war, ausreichend enge Toleranzen zwischen der stationären Buchse und der umlaufenden 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 Ii bei montierter Vorrichtung aneinander rieben. D\< beschriebene Dichtungsanordnung löst die bisherigen Probleme durch die Befestigung der Buchse 34 aus Gummi oder anderem elastischem Material an der stationären Buchse 33. Wenn es bei einem Fluchtfehler der Welle zu einem Ar<iaufen an der stationären Buchse kommt, 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 Spül-Fluid zum Freihalten der Dichtung an den Flächen 24 von teilchenförmigen! Material zu fördern.

Ein zusätzlicher 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 Spül-Fluid mit angemessener Geschwindigkeit geliefert wird, um einen Rückstrom von teilchenförmigen! Material in die Dichtung zu verhindern. Die Verformung wird hervorgerufen durch Druckschwankungen über der Länge des Labyrinths 32. Wenn beispielsweise das Fluid zwischen den Spiizen 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 Spül-Fluids rund um das Labyrinth. Die Verteilung des Spül-Fluids sorgt für eine kontinuierliche Materialspülung über dem gesamten Umfang der Drosselbuchse, wodurch es eine übermäßige Abnutzung des elastischen Materials verhindert und eine gleichmäßige Spulung sowie einen Ausgleich von Druckunterschieden schafft, was die Dichtung frei von teilchenförmigen! Material hält.

Abwandlungsformen der Drosselbuchse sind in den F i g. 3 und 4 dargestellt. Gemäß F i g. 3 ist die elastische Buchse 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 Buchse Jl kann so lang gemacht werden, daß sich das Labyrinth 32 für den gesamten Hub der Welle 0 überdeckt. Es sei noch darauf hingewiesen, daß man das Labyrinth 32 und die elastische Buchse 34 ohne

weiteres erneuern kann.

I" i g. 4 zeigt eine Anordnung zur BefestiL-ung de*. elastischen Materials unter Ver/ichi auf eine z.ugchörigr Hülse. Nach Γ i g. 3 paöt die elastische Buchse 34 eng in^ Innere des Masehinengehäuses 14. Eine Schulter 34;/der elastischen Buchse 34 sichert letztere gegen Druck unterschiede, die durch das Spül-Fluid hervorgerufen werden. Ein Mansch 9, der von Schrauben 8 gehalten wird, kann, sofern erforderlich, dazu dienen, die elastische Buchse 34 und die Schulter .Mj zu befestigen.

Die beschriebene Anordnung schafft also eine angemessene Steuerung der Spülfluidströmung aus einer Dichtung in den Innenraiim einer Pumpe oder einer sonstigen Maschine. Das elastische Material besitzt die besondere Fähigkeit, enge Toleranzen zwischen dem stationären Teil und dein umlaufenden Teil der Drosselbuchse einzuhalten. Ls erzeugt außer dem eine gleichmäßige lluidvertcilung rund um die Drosselbuchse, wodurch übermäßiger Verschleiß ver hindert 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 auch in anderen F'ällen immer dann vorteilhaft ist. wenn eine Drosselbuchse benotigt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung für eine in einem Gehäuse gelagerte Welle, mit einer Dichtung zwischen dem Gehäuse und der Welle, mit einer Einrichtung zum Zuführen eines Kühl- und SpüI-FIuids zu der Dichtung und mit einer zwischen dem Gehäuse und der Welle angeordneten Drosseleinrichtung, die von dem aus der Dichtungsanordnung austretenden Fluid durchströmt wird und ein Labyrinth sowie eine diesem gegenüberliegenden Buchse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (34) aus elastischem Material besteht

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Buchse (34) aus Gummi besteht und an einer stationär am Gehäuse (14) angeordneten Buchse (33) anvulkanisiert ist

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Buchse (34) aus Kunststoff besteht und an einer stationär am Gehäuse (14) angeordneten Buchse (33) befestigt ist.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der elastischen Buchse (34) gegenüberliegende Labyrinth (32) an einem auf der Welle (10) befestigten Hülsenabschnitt (31) ausgebildet ist.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Buchse (34) auf der Welle (10) sitzt.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis i, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Buchse (3*) eine ~:i einer entsprechenden Gehäuseschulter anliegende Schulter (34a,/ hat, welche die elastische Büchse ^;34) gegen Verschiebungen aufgrund von Druckunterschieden des Fluids beim Durchgang zwischen der elastischen Buchse (34) und dem Labyrinth (32) sichert.