DE3320095C2 - Dichtung für ein Wellenlager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung der im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine solche Dichtung ist aus der DE-OS 17 00 137 bekannt, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird.

In einer Kohledichtungskonstruktion wird üblicherweise das Öl, das von der geschmierten Grenzfläche zwischen einem feststehenden Dichtelement und einer Dichtplatte radial nach innen ent­ weicht, zwischen dem feststehenden Dichtelement und der umlaufenden Dichtplatte aufgefangen und durch Zentrifugalkraft in die die Dichtung umgebende Lagerkammer zurückge­ leitet.

In einem Gasturbinentriebwerk wird üblicherweise die das Lager umgebende Lagerkammer um die Welle durch verschiedene Arten von Dich­ tungen abgedichtet, von denen eine eine Naßflächenkohle­ dichtung ist, bei der ein Ring oder eine Kohledichtplatte, die auf der Welle befestigt ist und sich mit dieser dreht, eine radiale Fläche hat, welche mit einem feststehenden Kohledichtelement in Berührung ist, das durch Federn und Luftdruck axial gegen den Ring gedrückt wird. Die zusammen­ wirkenden Flächen an dem Ring und der Kohledichtung werden geschmiert, um Reibung und Verschleiß zu minimieren.

Ein Teil des Öls, das zum Benetzen der Fläche der Kohle­ dichtung benutzt wird, entweicht von den zusammenwirkenden Dichtflächen in den Zwischenraum zwischen der Dichtung und der Welle, auf der die Dichtung befestigt ist. Dieses Öl muß entfernt werden, und zu seinem Entfernen werden verschie­ dene Methoden benutzt.

Bei der Dichtung, die aus der eingangs bereits erwähnten DE-OS 17 00 137 bekannt ist, sind als Dichtelemente eine oder mehrere Dichtlippen vorgesehen, die mit der mit der Welle umlaufenden Dichtplatte in linienhafter Berührung sind. Dabei sind die Dichtlippen schräg gegen die Dichtfläche der Dichtplatte gerichtet, so daß sich radial einwärts von der Berührungsstelle der Dichtflächen eine im Querschnitt etwa V-förmige Ringnut ergibt. In der Dichtplatte sind Abflußkanäle vorgesehen. Bei Drehung der Dichtplatte wird das in diese Kanäle eintretende Öl durch Zentrifugalkraft nach außen in die die Dichtung umgebende Lagerkammer gepumpt. Die Abflußkanäle erstrecken sich zu diesem Zweck zwar in Richtung zum äußeren Umfang der Dichtung, führen jedoch aus der Ringnut an einer Stelle hinaus, die sich ein Stück weit über dem Nutgrund befindet. Lecköl, das durch die Abflußkanäle abfließen soll, muß sich daher in der Ringnut erst bis zu einer gewissen radialen Höhe aufstauen, bevor es abfließen kann. Bei der bekannten Dichtung bleibt somit immer eine gewisse Menge an aufgestautem Lecköl erhalten, das bei erhöhten Temperaturen, wie sie z. B. in einem Gasturbinentriebwerk auftreten, verkohlen und dadurch zu einer vorzeitigen Beschädigung der Dichtplatte und des Dichtelements führen kann. Weiter ist bei der bekannten Dichtung die Zentrifugalkrafteinwirkung auf das aus der Ringnut abfließende Öl gering, da die Zentrifugalkraft radial auf das Öl in der Ringnut einwirkt, die Abflußkanäle aber seitlich von der Ringnut wegführen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtung der im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so zu verbessern, daß Lecköl aus der zwischen der Dichtplatte und dem Dichtelement gebildeten Ringnut schneller und vollständiger abfließen kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im beigefügten Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Dichtung nach der Erfindung führen die Abflußkanäle vom Grund der Ringnut aus zu dem äußeren Umfang der Dichtplatte, wodurch in der Ringnut be­ findliches Lecköl wesentlich wirksamer in die Abflußkanäle getrieben wird. Da bei der Dichtung nach der Erfindung die Abflußkanäle von dem Grund der Ringnut aus nach außen füh­ ren, kann in der Ringnut praktisch auch keine Restmenge Lecköl zurückbleiben, die dort verkohlen und zu den o.g. möglichen Nachteilen führen könnte. Dazu ist die Dicht­ platte stufenförmig ausgebildet, so daß durch diese Stufe der Grund der Ringnut gebildet wird. Die Abflußkanäle füh­ ren vom Grund dieser Ringnut weg.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Ge­ genstände der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Dichtung für ein Wellenlager,

Fig. 2 in Draufsicht einen Teil einer Dichtplatte mit darin ange­ ordneten Zufuhrkanälen und

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht einer Einzelheit der Dichtung.

Die Dichtung wird am Beispiel eines Gasturbinentriebwerks beschrieben, welches eine Welle 2 hat, welche die Verdich­ terbeschaufelung mit der Turbinenbeschaufelung verbindet. Auf der Welle 2 ist ein innerer Lagerlaufring 4 befestigt, der mehrere axiale Nuten 6 zur Förderung von Öl zu einer mit Bohrung versehenen Dichtplatte 20 hat. Lagerrollen 8 sind zwischen dem inneren Laufring 4 und einem äußeren Laufring 10 angeordnet, und der äußere Laufring ist an einem Lagerhalter 12 über einen Dämpfungsring 14 abgestützt, welcher zwischen dem äußeren Laufring 10 und einem zylindrischen Teil 16 als Halter an­ geordnet ist.

Auf der Welle 2 ist am Ende des inneren Laufrings 4 die Dichtplatte 20 befestigt, die eine radiale Dichtfläche 22 in der Nähe ihres äußeren Umfanges hat. Eine Rille 24 in der Bohrung der Dichtplatte 20 ist an dem Ende der Nuten 6 angeordnet, um Schmiermittel aus diesen Nuten aufzunehmen und an Zufuhrkanäle 26 in der Dichtplatte abzugeben, die sich von der Rille 24 aus durch die Dichtplatte hindurch zu der Dichtfläche 22 erstrecken. Die Zufuhrkanäle 26 haben eine ra­ diale Komponente, so daß im Betrieb des Triebwerks durch Zentrifugalkraft Öl aus der Rille 24 zu der Dichtfläche gepumpt wird, um diese zu schmieren.

Die Dichtplatte 20 ist auf der Welle 2 zwischen dem inne­ ren Laufring 4 und einer Büchse 28 eingespannt, die Dicht­ rippen 30 an ihrem äußeren Umfang hat. Durch eine nicht dargestellte Einrichtung werden diese drei Elemente auf der Welle 2 festgehalten, so daß sie auf der Welle eine feste axiale Position haben und sich mit der Welle drehen.

Mit der Dichtplatte 20 wirkt ein ringförmiges Dicht­ element 32 zusammen, das in einer Büchse 34, die einen Flansch 36 hat, befestigt ist und eine radiale Dichtfläche 38 aufweist, die mit der Dichtfläche 22 zusammen­ wirkt. Das Dichtelement 32 hat eine zylindrische innere Fläche 40, deren Durchmesser hier etwa gleich dem Durchmesser des Mittelteils der Dichtfläche 38 ist.

Das Dichtelement 32 wird in seiner Position um die Welle 2 durch ein Traggehäuse 42 gehalten, das durch Schrauben 44 an dem Lagerhalter 12 befestigt ist und einen zylindrischen Teil 46 hat, dessen innere Fläche 48 in engem Abstand zu den Dichtrippen 30 angeordnet ist und dessen äußere Fläche 50 eine Nut 52 zur Aufnahme eines Kolbenringes 54 hat, der mit der Fläche 40 des Dichtelements 32 in Berührung ist. Auf diese Weise wird die axiale Bewegung des Dichtelements 32 gestattet, so daß die Dichtflächen 22, 38 mit Hilfe von axialen Federn 62 in gegenseitiger Berührung gehalten werden können.

Die Dichtplatte 20 und das Dichtelement 32 sind an den inneren Rändern der zusammenwirkenden Dichtflächen 22, 38 so ausgebildet, daß an dieser Stelle eine Ringnut 56 vorhanden ist, die jedwedes Öl, das aus dem Bereich zwischen den zu­ sammenwirkenden Dichtflächen herausleckt, aufnimmt. Die Dichtplatte 20 hat außerdem mehrere schräge Abflußkanäle 58, die sich von dem Grund der Ringnut 56 aus durch die Dichtplatte hin­ durch zu deren äußeren Umfang erstrecken und so mit der die Dichtung umgebenden Lagerkammer 60 in Verbindung stehen. Aus der Lagerkammer 60 wird Öl, das sich im Triebwerksbetrieb darin sammelt, abgesaugt. Der innere Rand 64 des Dicht­ elements 32 ist radial einwärts von der Ringnut 56 der Dicht­ platte 20 angeordnet, so daß sich eine zentrifugale Pump­ höhe zum Zurückleiten von Öl in die Lagerkammer 60 ausbil­ den kann.

Im Betrieb wird Hochdruckdichtungsluft der rechten Seite der Dichtrippen 30 zugeführt, und diese Hochdruckdichtungs­ luft, die an den Dichtrippen vorbei in den Zwischenraum zwischen dem Dichtelement 32 und der Büchse 28 geht, hält zusammen mit dem Druck der Federn 62 das Dichtele­ ment 32 an der Dichtplatte 20, um die Dichtflächen 22, 38 in Kontakt zu halten.

Außerdem wird Öl dem Ende der Nuten 6 zugeführt und durch Zentrifugalkraft durch die Nuten gefördert, da die äuße­ ren Flächen der Nuten schräg von der Achse der Welle 2 weg in Richtung der Dichtplatte 20 geneigt sind. Öl, das in die Nuten 6 eintritt, wird durch Zentrifugalkraft durch die Zufuhrkanäle 26 gefördert und schmiert die zusammenwirkenden Dichtflächen 22, 38. Öl, das aus dem Bereich zwischen den zusammenwirkenden Dichtflächen 22, 38 in die Ringnut 56 entweicht, wird durch Zentrifugalkraft, die in den Abflußkanälen 58 wirksam ist, herausgepumpt und in die Lagerkammer 60 abgegeben. Dieser Vorgang ist möglich, obgleich in der Lagerkammer 60 ein Druck vorhanden ist. Dieser Druck ist gewöhnlich nicht so groß wie der Druck, mit dem die Dichtrippen 30 beaufschlagt werden. Die Abflußkanäle 58 sind in umfangsmäßigem Abstand von den Zufuhrkanälen 26 angeordnet, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, so daß sie sich nicht schneiden. Weiter sind die Abflußkanäle 58 hinsichtlich Größe und Anzahl so angeordnet, daß das Entweichen von heißer Leckluft in die Lagerkammer 60 minimal ist, wobei die Leckluft in das Öl, das aus den Zufuhrkanälen 26 abgegeben wird, geleitet und durch dieses Öl abgeschreckt wird.

Das Öl in den Zufuhrkanälen 26 wird zum Kühlen der Dichtplatte 20 sowie zum Schmieren der Dichtflächen 22, 38 benutzt. Zu diesem Zweck muß eine ausreichende Ölzufuhr vorhanden sein. Die Enden der Zufuhrkanäle 26 endigen in der Dichtfläche 22 in kurzen Umfangsnuten 66. Diese Nuten stehen ihrerseits mit radialen Kanälen 68 in Verbindung, die in die Lagerkammer 60 führen. Auf diese Weise ist ein ständiger Ölfluß durch die Zufuhrkanäle 26, die Nuten 66 und die Kanäle 68 für Kühlzwecke vorhanden, wobei das Öl in den Nuten 66 zum Schmieren der Dichtflächen 22, 38 dient.

Claims (5)

1. Dichtung für ein Wellenlager, mit einer Dichtplatte (20) für die Welle (2), die sich mit der Welle dreht und eine radiale Dichtfläche (22) hat, mit einem mit der Dichtplatte (20) zusammenwirkenden Dichtelement (32), das eine mit der radialen Dichtfläche (22) der Dichtplatte (20) zusammenwir­ kende radiale Dichtfläche (38) hat, mit einer zwischen der Dichtplatte (20) und dem Dichtelement (32) an den inneren Rändern der beiden Dichtflächen (22, 38) gebildeten Ringnut (56) und mit einem oder mehreren in der Dichtplatte (20) gebildeten Abflußkanälen (58), die aus der Ringnut (56) hinausführen, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (32) aus Kohlewerkstoff besteht, daß die Dichtflächen (22, 38) der Dichtplatte (20) und des Dichtelements (32) in flä­ chiger Berührung miteinander sind, daß die Dichtfläche (22) der Dichtplatte (20) radial einwärts der Dichtfläche (38) des Dichtelements (32) in eine Stufe (65) übergeht, die den Grund der Ringnut (56) bildet, und daß die Abflußkanäle (58) von dem Grund der Ringnut (56) aus zu dem äußeren Um­ fang der Dichtplatte (20) führen.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtplatte (20) Zufuhrkanäle (26) zur Zufuhr von Öl zu den Dichtflächen (22, 38) enthält.

3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußkanäle (58) in gegenseitigem Umfangsabstand und umfangsmäßig versetzt von den Zufuhrkanälen (26) angeordnet sind.

4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Dichtelement (32) axial beweglich ist, um die Dichtflächen (22, 38) in Kontakt zu halten.

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie innerhalb einer Lagerkammer (60) an­ geordnet ist und daß die Abflußkanäle (58) in die Lager­ kammer (60) münden.