DE3627053A1 - Gasdichtungsanordnung fuer eine welle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Gasdichtungsanord­ nung für eine Welle mit Dichtungsgehäuse, in dem Dichtungsgehäuse angeordnetem ersten Dichtungsring und auf der Welle angeordnetem, wellenfesten Dichtungsring, wobei die beiden Dichtungsringe mit ihren Dichtungsstirnflächen gegeneinander mit Dichtungsspalt arbeiten, der eine vom Betriebszustand abhängige Spaltweite aufweist und wobei der erste Dichtungsring mit einer Andrückkraft, die durch ein Federaggregat beeinflußt ist, in Richtung auf den wellenfesten Dichtungsring gedrückt ist. Das Federaggregat kann aus einer einzigen, die Welle umgebenden Feder mit ihren Befestigungseinrichtungen oder aus mehreren Federn, die über den Umfang der Gasdichtungsanordnung, die Welle umgeben, verteilt sind, bestehen. Der wellenfeste Dichtungsring ist unmittelbar oder mittelbar auf der Welle angeordnet. Im allgemeinen ist eine Wellen­ hülse zwischengeschaltet. Der wellenfeste Dichtungsring rotiert mit der Welle. Es versteht sich, daß bei der rotierenden Welle zwischen den Dichtungsstirnflächen im Dichtungsspalt sich eine Gasschicht ausbildet, die die Andrückkraft aufnimmt. Dazu kann zumindest eine der Dichtungs­ stirnflächen mit Ausbildungen versehen sein, die eine entsprechende Pumpwirkung auf das gasförmige Medium ausüben. Entsprechende Ein­ führungen für die Gaseinführungen in den Dichtungsspalt besitzt z. B. der wellenfeste Dichtungsring. Es bildet sich unter dem Einfluß der Andrückkraft in der Gasschicht ein fluiddynamisches Gleichgewicht aus, zu dem eine bestimmte Spaltweite des Dichtungsspaltes gehört. Es ver­ steht sich, daß der erste Dichtungsring in dem Dichtungsgehäuse ge­ halten und geführt ist.

Bei der (aus der Praxis) bekannten gattungsgemäßen Gasdichtungsan­ ordnung besitzt das Federaggregat eine Federkennlinie mit linearer Charakteristik. Die Steilheit der Federkennlinie ist überall gleich. Sie ist betriebsmäßig weder steuerbar noch regelbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Gas­ dichtungsanordnung so weiter auszubilden, daß die Charakteristik der Federkennlinie sich den mit der Spaltweite ändernden aerodynamischen Kräften angepaßt und, nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung auch betriebsmäßig steuerbar oder regelbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Federaggregat eine Federkennlinie mit nichtlinearer Charakteristik aufweist und daß die Steilheit der Federkennlinie mit zunehmender Spaltweite zunimmt. Durch Einstellung der Federcharakteristik kann bei der erfindungsge­ mäßen Gasdichtungsanordnung sichergestellt werden, daß die Dichtungs­ stirnflächen der beiden Dichtungsringe schon beim Anlaufen der zu­ geordneten Maschine voneinander freikommen, andererseits aber auch bei mit hoher Tourenzahl laufender zugeordneter Maschine die Spalt­ weite des Dichtungsspaltes klein bleibt. Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der Gestaltung und der weiteren Ausbildung. So kann mit mehreren, über den Umfang verteilten Federn in Form von Schraubenfedern oder Federbälgen gearbeitet werden, was im Grundsatz bekannt ist. Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß die Federn unterschiedlich steile Federkennlinien aufweisen und daß bei kleinen Spaltweiten lediglich Federn mit vergleichsweise flacher Federkennlinie, bei größeren Spalt­ weiten zusätzlich Federn mit vergleichsweise steiler Federkennlinie ins Spiel kommen. Um dieses zu erreichen können z. B. mehrere Schrauben­ federn unterschiedlichen Durchmessers ineinandergesteckt sein, und zwar so, daß dadurch die nichtlineare Charakteristik erzeugt wird, weil die Federn unterschiedlichen Durchmessers bei unterschiedlichen Federwegen ins Spiel kommen. Ein solches Federaggregat könnte aber auch die Welle umgebend angeordnet sein. Das Federaggregat kann aber auch zumindest eine Schraubenfeder mit über die Länge unter­ schiedlicher Wicklungssteigung aufweisen, so daß dadurch die nicht­ lineare Charakteristik erzeugt ist. Auch eine solche Schraubenfeder kann die Welle umgebend angeordnet sein. In beiden Fällen können die beschriebenen Federaggregate aber auch mehrfach über den Umfang verteilt sein. Ein anderer Vorschlag besteht darin, die Anordnung so zu treffen, daß das Federaggregat zumindest eine Röhrchenfeder auf­ weist. Das Federaggregat kann aber auch aus einem Federbalg beste­ hen, der einzelne wellenförmige Profile besitzt, die unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen.

Um bei einer Dichtungsanordnung des beschriebenen Aufbaus die Feder­ charakteristik betriebsmäßig zu verstellen, lehrt die Erfindung, das Federaggregat an auf der dem Dichtungsspalt abgelegenen Seite an einem Widerlager abzustützen, welches an zumindest ein Stellglied einer Dichtungsspaltsteuer- oder Dichtungsspaltregeleinrichtung angeschlossen ist, wobei durch die Dichtungsspaltsteuer- oder Dichtungsspaltregelein­ richtung die Charakteristik der Federkennlinie betriebsmäßig veränder­ bar ist. Das Stellglied kann im einfachsten Falle aus einer oder aus mehreren Schrauben bestehen. Das Stellglied kann auch als druck­ mittelbeaufschlagter Kolben oder Differentialkolben in einem Zylinder­ raum, ggf. mit Anschluß des Zylinderraumes an den Innenraum des abzudichtenden Dichtungsgehäuses und/oder an den Spaltraum ausge­ führt sein. Arbeitet man mit einer Röhrchenfeder, so kann die Röhrchen­ feder einen Innenraum aufweisen, der von einem Druckmittel beauf­ schlagt ist, wobei die Einrichtung zur Druckmittelbeaufschlagung einer Steuer- oder Regeleinrichtung angehört, und daß durch die Steuer­ oder Regeleinrichtung die Charakteristik der Federkennlinie betriebs­ mäßig veränderbar ist. Arbeitet man mit einem Federbalg, so kann dieser einen Innenraum aufweisen, der von einem Druckmittel beauf­ schlagt ist, wobei auch hier die Einrichtung zur Druckmittelbeauf­ schlagung einer Steuer- und Regeleinrichtung angehören kann und durch die Steuer- oder Regeleinrichtung die Charakteristik der Feder­ kennlinie betriebsmäßig veränderbar sein kann.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei der erfindungs­ gemäßen Dichtungsanordnung einerseits die Steilheit der Federkennlinie der Spaltweite und damit den aerodynamischen Zusammenhängen angepaßt ist. Darüber hinaus kann die Federkennlinie unterschiedlichen Betriebs­ verhältnissen ohne Schwierigkeiten angepaßt werden, und zwar nach Maßgabe steuerungstechnischer oder regeltechnischer Vorgaben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Gasdichtungs­ anordnung, ausschnittsweise,

Fig. 2 die Federkennlinie des Gegenstandes der Fig. 1,

Fig. 3, 4 verschiedene Federaggregate für den Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1, nämlich eine Ausführungsform mit Röhrchenfeder,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 1 mit die Welle umgebendem Federbalg,

Fig. 7 eine Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 1 mit einer Mehrzahl von über den Umfang verteilten Federbälgen und

Fig. 8 eine Weiterentwicklung des Gegenstandes der Fig. 6.

Zu den in den Figuren dargestellten Gasdichtungsanordnungen für eine Welle 1 gehören im grundsätzlichen Aufbau ein Dichtungsgehäuse 2, welches nur angedeutet wurde, ein in dem Dichtungsgehäuse 2 ange­ ordneter erster Dichtungsring 3, ein auf der Welle 1 angeordneter wellenfester Dichtungsring 4, wobei die beiden Dichtungsringe 3, 4 mit ihren Dichtungsstirnflächen 5, 6 gegeneinander mit einem Dichtungs­ spalt 7 arbeiten, der eine vom Betriebszustand abhängige Spaltweite S aufweist, und wobei der erste Dichtungsring 3 mit einer Andrückkraft, die durch ein Federaggregat 8 beeinflußt ist, in Richtung auf den wellenfesten Dichtungsring 4 gedrückt ist. - Von der Welle 1 ist in den Figuren, entsprechend der Darstellung jeweils nur die obere Be­ grenzungslinie gezeichnet. Das Dichtungsgehäuse 2 nimmt die nicht­ rotierenden Bauteile auf.

In der Fig. 1 ist das Federaggregat 8 sehr schematisch dargestellt worden. Bezüglich der Einzelheiten des Federaggregates 8 wird auf die nachgeordneten Figuren verwiesen. Das Federaggregat 8 besitzt eine Federkennlinie F mit nichtlinearer Charakteristik, wie sich in der Fig. 2 dargestellt wurde. Man erkennt in der Fig. 2, daß die Steil­ heit der Federkennlinie F mit zunehmender Spaltweite S zunimmt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind mehrere über den Umfang ver­ teilte Federn in Form von Schraubenfedern 8 vorgesehen. Bei der Aus­ führungsform nach Fig. 7 sind anstelle der Schraubenfedern Feder­ bälge 8 b angeordnet. Diese Federn besitzen, z. B. einander gegen­ überliegend wie die Teilfigur links in Fig. 1 ausweist, Federn mit unterschiedlich steilen Federkennlinien, und zwar derart, daß bei kleinen Spaltweiten S lediglich Federn 8 a mit vergleichsweise flacher Federkennlinie F, bei größeren Spaltweiten S zusätzlich Federn 8 a mit vergleichsweise steiler Federkennlinie F ins Spiel kommen. Fig. 3 zeigt, daß dazu mehrere Schraubenfedern 8 a unterschiedlichen Durchmessers ineinandergesteckt werden können, so daß die nichtlineare Charakteristik dadurch entsteht, daß diese ineinandergesteckten Schraubenfedern 8 a bei unterschiedlicher Spaltweite S ins Spiel kommen. Ein solches Feder­ aggregat 8 könnte auch die Welle 1 umgeben. Das Federaggregat 8 kann aber auch, wie die Fig. 4 zeigt, zumindest eine Schraubenfeder 8 a mit über die Länge unterschiedlicher Wicklungssteigung aufweisen, so daß dadurch die nichtlineare Charakteristik zustandekommt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 besitzt das Federaggregat 8 zumindest eine Röhrchenfeder 8 c. Demgegenüber ist die Ausführungsform nach Fig. 6 dadurch gekennzeichnet, daß das Federaggregat aus einem Federbalg 8 b besteht, der einzelne wellenförmige Profile aufweist, die unterschiedliche Neigungswinkel a besitzen.

In den Fig. 1, 5, 6 und 7 erkennt man, daß das Federaggregat 8 auf der dem Dichtungsspalt 7 abgelegenen Seite an einem Widerlager 9 abgestützt ist, welches an zumindest ein Stellglied 10 einer Dichtungs­ spaltsteuer- oder Dichtungsspaltregeleinrichtung 11 angeschlossen ist, wobei durch die Dichtungsspaltsteuer- oder Dichtungsspaltregeleinrich­ tung 11 die Charakteristik der Federkennlinie F betriebsmäßig ver­ änderbar ist. In der Fig. 1 ist eine mechanische Einstellung über eine Schraube 12 od. dgl. verwirklicht. Zusätzlich ist in den Fig. 1, 5, 6 und 7 das Stellglied 10 als druckmittelbeaufschlagter Kolben bzw. Differentialkolben in einem Zylinderraum 13, ggf. mit Anschluß des Zylinderraumes an den Innenraum des abzudichtenden Dichtungs­ gehäuses 2 und/oder an den Spaltraum ausgeführt. Arbeitet man mit Röhrchenfedern 8 c, wie es in Fig. 5 dargestellt wurde, so kann die Röhrchenfeder 8 c einen Innenraum 14 aufweisen, der von einem Druck­ mittel beaufschlagbar ist, wobei die Einrichtung zur Druckmittelbe­ aufschlagung einer Steuer- oder Regeleinrichtung 15 angehört und wobei durch diese Steuer- oder Regeleinrichtung 15 die Charakteristik der Federkennlinie F betriebsmäßig veränderbar ist, und zwar durch Veränderung der Druckmittelbeaufschlagung der Röhrchenfeder 8 c. Ent­ sprechend kann man verfahren, wenn man mit einem Federbalg 8 b oder mit über den Umfang verteilten Federbälgen 8 b arbeitet. Hier kann der Federbalg 8 b einen Innenraum 14 aufweisen, der von einem Druckmittel beaufschlagt ist, wobei die Einrichtung zur Druckmittel­ beaufschlagung auch hier einer Steuer- oder Regeleinrichtung 15 an­ gehören kann und durch die Steuer- oder Regeleinrichtung 15 die Charakteristik der Federkennlinie F betriebsmäßig veränderbar ist.

Claims (10)

1. Gasdichtungsanordnung für eine Welle, - mit Dichtungsgehäuse, in dem Dichtungsgehäuse angeordnetem ersten Dichtungsring, auf der Welle angeordnetem, wellenfesten Dichtungsring, wobei die beiden Dichtungsringe mit ihren Dichtungsstirnflächen gegen­ einander mit Dichtungsspalt arbeiten, der eine vom Betriebszustand abhängige Spaltweite aufweist, und wobei der erste Dichtungsring mit einer Andrückkraft, die durch ein Federaggregat beeinflußt ist, in Richtung auf den wellenfesten Dichtungsring gedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Federaggregat (8) eine Feder­ kennlinie (F) mit nichtlinearer Charakteristik aufweist und daß die Steilheit der Federkennlinie (F) mit zunehmender Spaltweite (S) zunimmt (Fig. 1, Fig. 2).

2. Gasdichtungsanordnung nach Anspruch 1 in der Ausführungsform mit mehreren über den Umfang verteilten Federn in Form von Schraubenfedern oder Federbälgen, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn unterschied­ lich steile Federkennlinien (F) aufweisen und daß bei kleinen Spalt­ weiten (S) lediglich Federn mit vergleichsweise flacher Federkennlinie (F), bei größeren Spaltweiten (S) zusätzlich Federn mit vergleichsweise steiler Federkennlinie (F) ins Spiel kommen (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 6).

3. Gasdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schraubenfedern (8 a) unterschiedlichen Durchmessers ineinandergesteckt sind und dadurch die nichtlineare Federcharakteristik erzeugt ist (Fig. 3).

4. Gasdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federaggregat (S) zumindest eine Schrauben­ feder (8 a) mit über die Länge unterschiedlicher Wicklungssteigung aufweist und dadurch die nichtlineare Charakteristik erzeugt ist (Fig. 4).

5. Gasdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federaggregat (8) zumindest eine Röhrchen­ feder (8 c) aufweist (Fig. 5).

6. Gasdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federaggregat (8) aus einem Federbalg (8 b) besteht, der einzelne wellenförmige Profile aufweist, die unterschied­ liche Neigungswinkel (a) besitzen (Fig. 6).

7. Gasdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Federaggregat (8) an auf der dem Dichtungs­ spalt (7) abgelegenen Seite an einem Widerlager (9) abgestützt ist, welches an zumindest ein Stellglied (10) einer Dichtungsspaltsteuer­ oder Dichtungsspaltregeleinrichtung (11) angeschlossen ist, und daß durch die Dichtungsspaltsteuer- oder Dichtungsspaltregeleinrichtung (11) die Charakteristik der Federkennlinie (F) betriebsmäßig veränder­ bar ist (Fig. 1, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7).

8. Gasdichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (10) als druckmittelbeaufschlagter Kolben oder Dif­ ferentialkolben in einem Zylinderraum (13), ggf. mit Anschluß des Zy­ linderraumes an den Innenraum des abzudichtenden Dichtungsgehäuses (2) und/oder an den Spaltraum, ausgeführt ist (Fig. 1, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7).

9. Gasdichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchenfeder (8 c) einen Innenraum (14) aufweist, der von einem Druckmittel beaufschlagt ist, wobei die Einrichtung zur Druck­ mittelbeaufschlagung einer Steuer- oder Regeleinrichtung (15) angehört, und daß durch die Steuer- oder Regeleinrichtung (15) die Charakteristik der Federkennlinie (F) betriebsmäßig veränderbar ist (Fig. 5).

10. Gasdichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbalg (8 b) einen Innenraum (14) aufweist, der von einem Druckmittel beaufschlagt ist, wobei die Einrichtung zur Druckmittelbe­ aufschlagung einer Steuer- oder Regeleinrichtung (15) angehört, und daß durch die Steuer- oder Regeleinrichtung (15) die Charakteristik der Federkennlinie (F) betriebsmäßig veränderbar ist.