DE4010769A1 - Wellendichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung, deren feststehende Dichtungseinheit eine die axial und radial gelagerte Welle umgreifende, hohle Ringdichtung hat, deren Hohlraum zur Ausübung des Dichtdruckes durch ein Druckmittel beaufschlagbar ist.

Eine Wellendichtung dieser Art ist aus der CH-A 5 72 587 bekannt. Die Ringdichtung dieser bekannten Wellendichtung besteht aus einem einzigen Dichtungsring mit U-förmigem Querschnittsprofil, dessen die U-Schenkel verbindender Profilteil an die Welle gedrückt wird, wobei beide U-Schenkel je an eine feststehende Stützfläche gedrückt werden.

Nachteilig an obiger Wellendichtung ist die verhältnismäßig starke Abnützung der axialen Dichtungsfläche und der Austritt des abzudichtenden Mediums bei Undichtigkeit.

Durch die Erfindung, wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist, wird die Aufgabe gelöst, eine Wellendichtung zu schaffen, die konstruktiv einfach und raumsparend aufgebaut ist und eine betriebssichere und zuverlässige Dichtwirkung ergibt.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß anstelle einer axialen Dichtungsfläche mindestens eine radiale Fläche dichtend wirkt und mit nur einem rotierenden Kragen eine zweifache Dichtung erreicht wird. Diese Dichtungsflächen lassen sich - im Querschnitt gesehen - mäanderförmig anordnen, wodurch sich die Dichtwirkung mehrerer hintereinandergeschalteter Dichtflächen addiert. Konstruktionsbedingt läßt sich die kürzeste Verbindungslinie zwischen dem Raum unter Umgebungsbedingungen und dem abzudichtenden Raum bei einer radialen Dichtungsfläche bedeutend länger ausbilden. Die längere Verbindungslinie ergibt bei gleicher Druckbeauf­ schlagung des oder der Dichtungsringe eine bedeutend bessere Dichtwirkung, d. h. bei vorgegebener Dichtwirkung kann der notwendige Anpreßdruck bei einer radialen Dichtfläche redu­ ziert werden. Ein geringerer Anpreßdruck hat eine geringere Materialabnützung zur Folge.

Bei einer konstruktiv besonders vorteilhaften Ausführungsart sind die Dichtungsringe, so wie der Dichtungsring der bekannten Wellendichtung (CH-A 5 72 587) mit U-förmigem Querschnittsprofil ausgeführt und mit dem die U-Schenkel verbindenden Profilteil der Welle zugewandt angeordnet, wobei dieser Profilteil anders als beim Bekannten einen Abstand von der Welle hat, aber auch an dieser anliegen könnte. Dabei sind die der Welle abgewandten U-Schenkelenden jedes der Dichtungsringe durch einen ersten Distanzring und die Dichtungsringe durch einen zweiten Distanzring voneinander distanziert gehalten, die Stützflächen von der Innenseite eines Stützringes und einer festen Stützfläche gebildet, und die Dichtungsringe und der Stützring durch Spannschrauben zusammengehalten und zentriert.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsart ist zwischen den Dichtungsringen eine Ringkammer z. B. für ein Schmier- und/oder Kühlmittel gebildet, die am inneren Kammerumfang durch die Umfangsfläche des Kragens und am äußeren Kammerumfang durch die innere Umfangsfläche des zweiten Distanzrings begrenzt ist. Dabei kann der Hohlraum der Dichtungsringe in einem Druckmittelkreislauf mit Kühler liegen, um den mit der Temperatur zunehmenden Verschleiß der Dichtungsringe herabzusetzen.

Bei einer für den Umweltschutz und die Verhinderung von Chemieunfällen bedeutsamen Weiterbildung liegt die Ringkammer in einem Kreislauf für ein Fluidum mit einem Indikator oder Sensor, der dazu bestimmt ist, auf einen bei ungenügender Dichtheit der Wellendichtung in die Ringkammer gelangenden Stoff anzusprechen und ein Signal abzugeben, das einen Alarm und/oder Schutzmaßnahmen auslöst. Dabei kann im normalen Betrieb der Dichtungsring mit einem höheren Druck beaufschlagt werden, der auf der Seite der Wellendichtung, an der ein höherer Druck als an der anderen Seite herrscht oder der abzudichtende Stoff ist, und kann das Signal einen so hohen Druck im anderen Dichtungsring auslösen, daß nach au­ ßen Dichtheit herrscht.

Es besteht desweiteren die Möglichkeit, die drei Hohlräume der Dichtungsringe und der Ringkammer frei wählbar in einem Kühl- und/oder Schmierkreislauf hintereinander zu schalten und den Druck vom ersten zum dritten Hohlraum fallend, durch je ein an den Auslässen der drei Hohlräume eingebautes Dros­ selorgan für jeden Hohlraum einzustellen.

Weitere Ausführungsarten und damit erreichte Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, in der die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Anordnung,

Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie I-I in Fig. 1 durch die Anordnung,

Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 durch die Anordnung.

In einem von der Umgebung 26 abzudichtenden Arbeits- oder Reaktionsraum 3 kann sich ein nicht dargestelltes Rührwerk, eine Pumpe oder ein anderer sich drehender Mechanis­ mus, welcher von einem nicht dargestellten externen Antrieb über eine Welle 1 angetrieben ist, befinden. Zur vollständigen Abdichtung des Reaktionsraumes 3 gegenüber der Umgebung 26 läuft die Welle 1 durch eine mit der Gehäusewand 2 verbunde­ ne Dichtungseinheit 19. Die Dichtungseinheit 19 hat keine la­ gernde Aufgabe.

Auf der Welle 1 sitzt, wie Fig. 2 zeigt, gas- und flüssig­ keitsdicht ein Drehteil 28, der einen kreisförmigen Kragen 6 zwischen 2 zylindrischen Teilen 4, 5 hat, wobei der kürzere zylindrische Teil 4 zum Reaktionsraum 3 zeigt und der längere zylindrische Teil 5 vom Reaktionsraum 3 weg in Rich­ tung Umgebung 26 verläuft. Der Außendurchmesser der beiden zylindrischen Teile 4, 5 ist gleich groß.

Ein Dichtungsring 19 mit U-förmigem Querschnitt liegt koaxial zum zylindrischen Teil 4, wobei die kreisringförmige Dicht­ fläche 24 an der dem Reaktionsraum 3 zugewandten radialen Fläche des Kragens 6 anliegt, und der die beiden Schenkel des Dichtungsringes 9 verbindende, gewellte Profilteil 11 dem zylindrischen Teil 4 zugewandt ist. Analog liegt die kreisringförmige Dichtfläche 24 eines zweiten dem Dichtungsring 9 entsprechenden Dichtungsring 10 auf der der Umgebung 26 zugewandten radialen Fläche des Kragens 6 koaxial zum Teil 5 an. Der andere Schenkel des Dichtungsrings 10 liegt an der Innenfläche eines Stirnrings 20, der den Dichtungsteil 19 nach außen abschließt, und der andere Schenkel des Dichtungsrings 9 liegt analog an der Stützfläche 21 eines Maschinengehäuses 2 an, das den Dichtungsteil 19 gegen den Reaktionsraum 3 hin abschließt.

Der Hohlraum 14 bzw. 15 im U-förmigen Dichtungsring 9 bzw. 10 ist durch je einen metallischen Distanzring 12 bzw. 13 koaxial zur Welle 1 abgeschlossen. Koaxial zur Umfangsfläche des Kragens 6 befindet sich eine weitere Ringkammer 17, die durch einen metallischen Distanzring 16 koaxial zur Welle 1 abgeschlossen ist. Die Dicke der Distanzringe 12 und 13 ist gleich dem Schenkelabstand der Dichtungsringe 9, 10, und die Dicke des Distanzringes 16 gleich der Breite des Kragens 6 plus der Dicke der beiden Dichtleisten 24.

Die drei Distanzringe 12, 13, 16 haben denselben Außendurchmesser wie die beiden Dichtungsringe 9, 10. Der Innendurchmesser des Stirnrings 20 ist um eine Lauftoleranz größer als der Außendurchmesser der zylindrischen Teile 4 bzw. 5 des Drehteils 28. Der Innendurchmesser der 3 Distanz­ ringe 12, 13, 16 ist derart gewählt, daß für die Schenkel der Dichtungsringe 9, 10 eine genügend breite Dichtfläche vorhanden ist. Zwischen der inneren Umfangsfläche des Distanzrings 16 und der äußeren Umfangsfläche des Kragens 6 besteht ein genügendes Laufspiel.

Der Stirnring 20 trägt in der Nähe seines Außenrandes, wie in Fig. 2 zu sehen ist, in gleichen Winkelabständen von 60 Grad, sechs Spannschrauben 22. Jede dieser Spannschrauben 22 greift in jeweils ein Gewindesackloch 23 der Gehäusewand 2 und hält die aus den Komponenten Stirnring 20, Dichtungsring 10, Distanzring 13, Distanzring 16, Dichtungsring 9, Distanz­ ring 12 bestehende Dichtungseinheit 19 zusammen.

Die Anschlüsse 33 a, 34 a, 35 a, 33 b, 34 b, 35 b für Zu- und Abflüsse, wie sie in Fig. 3 zu sehen sind, liegen einander diametral gegenüber und sitzen auf Lücke zu den Spannschrau­ ben 22.

Der Durchmesser der Welle 1 nimmt stufenförmig vom Durchmesser 29 im Reaktionsraum 3 über den Durchmesser 32 im Bereich der Dichtungseinheit 19 mit aufgesetztem Drehteil 28 zum Durchmesser 34 im Raum 26 mit der umgebenden Atmosphäre ab. Der Teil der Welle 1 mit dem Durchmesser 32 ist annähernd so lang wie das Drehteil 28 plus der Dicke eines Zwischenrings 18, einer Scheibe 8 und plus der Dicke einer Spannmutter 7. Ein Gewinde für die Spannmutter 7 sitzt an dem dem Reaktionsraum 3 abgewandten Ende des Wellenteils mit dem Durchmesser 32. Aufgrund dieser drei Stufen läßt sich das Drehteil 28 mit dem Dichtungsteil 19 problemlos über die Welle 1 schieben bis der zylindrische Teil 4 mit seiner Stirnseite an dem Zwischenring 18 aus verformbarem dichten­ dem Material vor der Stufe zum Wellendurchmesser 29 an­ stößt. Mit Hilfe der Spannmutter 7 wird das Drehteil 28 über die Scheibe 8 gegen den Zwischenring 18 gedrückt, bis der Drehteil 28 auf der Welle abgedichtet ist.

In diesem Zustand ist die Distanz zwischen der inneren radialen Fläche des Kragens 6 und der Stirnfläche 21 gleich der Breite des Dichtungsrings 9 plus der Breite der Dichtleiste 24. Der elastische Dichtungsring 9 liegt an der Stützwand 21 des Maschinengehäuses 2 an und mittels der Spannschrauben 22 werden alle feststehenden Komponenten in sich und gegen das Maschinengehäuse 2 abgedichtet.

Im Betriebszustand herrscht im Hohlraum 14 mittels Gas oder Flüssigkeit ein höherer Druck als im Hohlraum 15. Der Dichtungsring 10 nutzt sich somit weniger ab als der Dich­ tungsring 9. Der Dichtungsring 10 wird nur so stark ange­ preßt, daß das Kühl- und/oder Schmiermittel nicht zum Raum 26 austritt. Die Ringkammer 17 dient als Kühl- und Schmierkam­ mer, der Dichtungsring 10 hat die Funktion einer Reservedich­ tung.

Durch den Druck in den Hohlräumen 14 und 15 werden die Schenkel mit den kreisringförmigen Dichtleisten 24 der Dichtungsringe 9 und 10 an die Seitenflächen des rotierenden Kragens 6 und andererseits an den Stirnring 20 bzw. die Stützfläche 21 gedrückt. Der Druck wird stufenlos so eingestellt bis Dichtwirkung durch die elastischen Schenkel der Dichtungsringe 9, 10 eintritt. Unrundheiten und Durchbiegen der Welle werden hierdurch kompensiert. Die Ringkammer 17 wird als Kühl- und/oder Schmierkammer z. B. von Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit durchströmt. Dem Kühlmittel wird durch einen distanziert aufgestellten Wärmeaustauscher (nicht dargestellt) die durch die Gleitreibung zwischen dem Kragen 6 und je einem der Schenkel der Dichtungsringe 9 und 10 erzeugte Wärme entzogen. Die Hohlräume 14 und 15 werden normalerweise nicht gekühlt, können aber in besonderen Fällen mittels Flüssigkeit einzeln oder zusammen gekühlt und gleichzeitig unter Druck gesetzt werden.

Wird im Hohlraum 17 des Schmier- und/oder Kühlmittelkreis­ laufs Leckflüssigkeit detektiert, so wird Alarm ausgelöst und der Druck im Hohlraum 15 automatisch soweit erhöht, daß Dichtheit gegenüber der Umgebung 26 hergestellt wird. Die Leckflüssigkeit kann nun für eine gewisse Zeit innerhalb des Systems aufgefangen und das Auswechseln oder Instandsetzen der Dichtungseinheit 19 vorbereitet werden.

Die Dichtungseinheit 19 kann ohne Einschränkung der Funktionsweise für eine horizontal antreibende Welle 1, wie z. B. in Rührwerken oder für eine vertikal antreibende Welle 1, wie z. B. in Pumpen und Verdichtern eingesetzt werden. Die Lager im Rührwerk, in der Pumpe etc. übernehmen die Halterung der Welle 1 gegenüber der Gehäusewand 2.

In der chemischen Industrie kann es sinnvoll sein, besonders sensitive und/oder giftige Flüssigkeiten mit definitiver Leckrate zu fahren. Hierzu wird im Hohlraum 14 ein Druck, der eine bestimmte Leckrate hervorruft, eingestellt. Die Leckrate wird laufend gemessen und aus der Ringkammer 17 abgezogen; außerdem übernimmt sie die Kühlung und Schmierung der Wel­ lendichtung.

Die Leckflüssigkeit wird bevorzugt der Maschine zugeführt. Besteht auf der Saugseite Unterdruck, so kann je nach Druck im Hohlraum 15 eine Leckrate von der Atmosphäre oder von einem überlagerten Inertgas eingestellt werden. Man kann mit­ tels Druck im Hohlraum 15 auch Dichtheit gegenüber der Umgebung 26 herstellen.

In besonderen Fällen können auch zwei Dichtungseinheiten (19) hintereinander angeordnet werden (nicht dargestellt), was die Sicherheit bedeutend erhöht, da die zweite Einheit 19 ohne Druck in deren Hohlräumen gefahren wird. Die Hohlräume der zweiten Dichtungseinheit 19 werden nur bei Alarm unter Druck gesetzt und übernehmen dann die Dichtung gegen den Raum 26, in der Regel die Atmosphäre.

Claims (10)

1. Wellendichtung, deren feststehende Dichtungseinheit (19) eine die axial und radial gelagerte Welle (1) umgreifende hohle Ringdichtung (9, 10) hat, deren Hohlraum (14, 15) zur Ausübung des Dichtdruckes durch ein Druckmittel beauf­ schlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) mit einem kreisförmigen Kragen (6) fest verbunden ist und die Ringdichtung durch zwei hohle Dichtungsringe (9, 10) gebildet ist, deren jeder zwischen einer der Kragenstirn­ flächen und einer dieser gegenüberliegenden Stützfläche angeordnet und an diese Flächen durch Druckmittelbeauf­ schlagung seines Hohlraums (14, 15) drückbar ist.

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsringe (9, 10) ein U-förmiges Profil haben und mit dem die U-Schenkel verbindenden Profilteil (11) der Welle (1) zugewandt angeordnet sind; daß die der Welle (1) abgewandten U-Schenkelenden jedes der Dichtungsringe (9, 10) durch einen ersten Distanzring (12, 13) und die Dichtungsringe (9, 10) durch einen zweiten Distanzring (16) voneinander distanziert gehalten sind; daß die Stützflächen an der Innenseite von Stirnring (20) der Dichtungseinheit (19) und der Stützfläche (21) gebildet sind; und daß der Stirnring (20), die Distanzringe (12, 13, 16) und die Dichtungsringe (9, 10) durch Spannschrauben (22) zusammengehalten sind und an die Stützfläche (21) gepreßt werden.

3. Wellendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtungsringe (9, 10) aus einer Kunststoff und ein Gleitmittel enthaltenden Mischung bestehen, vor­ zugsweise aus einem mit Graphit vermischten Tetrafluorole­ fin, insbesondere Tetrafluoräthylen.

4. Wellendichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen den Dichtungsringen (9, 10) eine Ringkammer (17), z. B. für ein Schmier- und/oder Kühlmittel gebildet ist, die am inneren Kammerumfang durch die Umfangs­ fläche des Kragens (6) und am äußeren Kammerumfang durch die innere Umfangsfläche des zweiten Distanzrings (16) be­ grenzt ist.

5. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (22) im wesentli­ chen gleichen Winkelabständen auf einem zur gemeinsamen Achse der Ringe (9, 10, 12, 13, 16, 20) und der festen Stütz­ fläche (21) konzentrischen Kreis angeordnet sind, dessen Durchmesser um den Schraubendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Distanzringe (12, 13, 16) und der Dichtungsringe (9, 10).

6. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzringe (12, 13, 16) je zwei vorzugsweise einander diametral gegenüberliegende, radia­ le, einen Einlaß (33 a, 34 a, 35 a) und Auslaß (33 b, 34 b, 35 b) bildende Bohrungen haben.

7. Einrichtung mit einer Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (14, 15) der Dichtringe (9, 10) in einem Druckmit­ telkreislauf mit Kühler, und eine zwischen den Dichtungs­ ringen (9, 10) gebildete Ringkammer (17) in einem Schmier­ mittelkreislauf, der zweckmäßig einen Kühler enthält, oder in einem Kühlmittelkreislauf mit Kühler liegt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (17) in einem Kreislauf für ein Fluidum liegt, der einen Indikator oder Sensor enthält, der dazu bestimmt ist, auf einen bei ungenügender Dichtheit der Wellendichtung in die Ringkammer (17) gelangenden Stoff anzusprechen und ein Signal abzugeben, das einen Alarm und/oder Schutzmaßnahmen auslöst.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im normalen Betrieb der Dichtungsring (9), der auf der Seite der Wellendichtung an der ein höherer Druck als an der anderen Seite herrscht oder der abzudichtende Stoff ist, höher beauf­ schlagt ist als der Dichtungsring (10) und daß das Sig­ nal eine Druckerhöhung im anderen Dichtungsring (10) auslöst.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (14, 15) der Dichtungsringe (9, 10) und die Ringkammer (17) in wählbarer Reihenfolge in einem Druckmittelkreislauf mit Kühler hintereinander geschaltet werden können und mittels eines Drosselorgans je Auslaß an den Auslässen (33 b, 34 b, 35 b) in vom Anfang zum Ende hin fallende Druck­ stufen eingestellt werden können.