DE4221241A1 - Abdichtung an einem rotierenden koerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtung an einem rotierenden Körper, mit einem in diesem oder einem angrenzenden Gehäuse in einem Nutraum eingeschlossenen Dichtring, wobei er mit seinem inneren oder äußeren Umfang an dem rotierenden Kör­ per oder dem Gehäuse anliegt, so daß er mit diesem mitge­ tragen oder stehend gehalten wird.

Bei bekannten Abdichtungen dieser Art hat der Dichtring in der Nut auch in radialer Richtung ein erhebliches Spiel, und besonders an Maschinen mit sehr schnell drehenden Teilen entsprechend Umfangsgeschwindigkeiten von mehr als 20 m/sec ist ein erhebliches Spiel unvermeidlich, wie es z. B. für La­ byrinthdichtungen vorgesehen wird. Dies kann an Maschinen mit in Umfangsrichtung unterschiedlichen Drücken des abzu­ dichtenden Mediums zu erheblichen Verlusten führen, indem das Medium in Umfangsrichtung entlang des freien Raumes in dem das Spiel auftritt, zu Bereichen niedrigeren Druckes entweicht. Beispiele für Maschinen mit erheblichen Druck­ unterschieden in Umfangsrichtung des Dichtringes bzw. in Richtung der Nut sind u. a. an Drehkolbenmaschinen gegeben, von denen eine Ausführungsform durch die DE-B-3 34 32 915 (US-A-47 14 417) bekannt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit verhält­ nismäßig geringem Herstellungsaufwand realisierbare Ab­ dichtung zu finden, die besonders gut für Maschinen mit in Umfangsrichtung unterschiedlicher Druckaufteilung und für große Durchmesser am abzudichtenden Bereich geeignet ist. Außerdem soll die Abdichtung bei guter, den Wirkungsgrad der Maschine erhöhender Wirkung platzsparend angeordnet werden können.

Die Lösung der genannten Aufgaben erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß entlang des inneren oder äußeren Umfanges des Dichtringes verteilt, aufeinanderfolgende Bereiche minimalen Spiels vorgesehen sind.

Dadurch, daß minimale Spiele in begrenzten Bereichen vorge­ sehen sind, können diese besonders eng ausgeführt werden, ohne daß die Gefahr eines Festfressens des Dichtringes in der Nut gegeben ist.

Solche aufeinanderfolgende Bereiche können durch geringfügi­ ges Abarbeiten an der dazwischenliegenden Bereiche herge­ stellt werden, wobei dieses Abarbeiten entweder an einer Um­ fangsfläche des Dichtringes oder im Nutgrund erfolgen kann.

Zwischen den Bereichen minimalen Spiels können auch deutlich in Erscheinung tretende Ausnehmungen vorgesehen sein, die sich entweder am Dichtring oder im Nutgrund befinden. Durch diese ergibt sich für die Abdichtung in Umfangsrichtung ein zusätzlicher Labyrintheffekt.

Für eine Anordnung von abgearbeiteten Bereichen oder der Ausnehmungen am Nutgrund empfiehlt sich zur einfacheren Her­ stellung das Einsetzen eines entsprechend bearbeiteten Ringes in die Nut, der somit, bezogen auf den Dichtring, ei­ nen zusätzlichen in der Nut angeordneten Innen- oder Außen­ ring bilden kann.

Die Ausnehmungen können sich bis über einen Teil der Seiten­ flächen des Dichtringes erstrecken, so daß eine entspre­ chende Wirkung auch an den Seiten des Dichtringes erzielt wird.

Der Dichtring kann nach Art eines herkömmlichen Kolbenringes aus Gußeisen, legiertem Stahl oder anderen üblichen Dich­ ringmaterialien ohne oder mit einem Überlappungsstoß oder auch ohne Stoß ausgeführt sein. Als Dichtring mit Stoß ist er zur Erzielung ausreichender Federkraft vorzugsweise mit einem in radialer Richtung höheren Querschnitt und mit Mit­ teln zum Druckausgleich zwischen beiden Ringseiten versehen.

Der Dichtring kann an dem ihn umschließenden Gehäuse durch eine leichte Preßpassung gehalten sein. Er kann aber auch mit einer seine axiale Verschiebung ermöglichenden Preß­ passung den rotierenden Körper umschließen, falls er bei­ spielsweise durch ein geteiltes Gehäuse so montierbar ist. Dabei kann die Haftkraft so bemessen sein, daß er sich nur durch Anlaufkontakt im Nutraum axial verschieben läßt, nicht jedoch unter dem Druck des abzudichtenden Mediums, so das die Abdichtung durch die Wirkung von Dichtspalten zwi­ schen dem Dichtring und Begrenzungsflächen des Nutraumes erfolgt. Der Dichtring kann aber auch unter dem Druck des abzudichtenden Mediums mit einer Seitenfläche an einer seit­ lichen Begrenzungsfläche des Nutraumes anliegen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Abdichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der folgen­ den Beschreibung anhand der Zeichnungen zu entnehmen. Die Zeichnungen zeigen das Prinzip erfindungsgemäßer Ausfüh­ rungen von Abdichtungen und sind deshalb nur schematisch, indem die Querschnittsdarstellungen der Dichtringe ohne seitliche Begrenzungslinien und weder maßstäblich noch pro­ portional gezeigt sind. Es zeigt:

Fig. 1, 2 Quer- und Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Abdichtung, mit am Dichtring innen vorgesehenen Ausnehmungen, z. B. für die Drehkolbenmaschine nach Fig. 21, 22.

Fig. 3, 4 Quer- und Längsschnitt einer Abdichtung mit am Dichtring außen vorgesehenen Ausnehmungen.

Fig. 5, 6 Quer- und Längsschnitt einer Abdichtung mit einem zusätzlichen, die Ausnehmungen aufweisenden Innen­ körper.

Fig. 7, 8 Quer- und Längsschnitt einer Abdichtung mit einem die Ausnehmungen aufweisenden Außenring.

Fig. 9, 10 Quer- und Längsschnitt einer Abdichtung mit sich in die Seiten des Dichtringes erstreckenden Aus­ nehmungen.

Fig. 11, 12 Quer- und Längsschnitt einer Abdichtung mit am Dichtring innen vorgesehenen Ausnehmungen und mit Querbohrungen.

Fig. 13-15 Quer- und Längsschnitt sowie radiale Draufsicht auf eine Abdichtung mit Schrägflächen für seitli­ che Ölschmierkeilbildung.

Fig. 16, 17 Quer- und Längsschnitt einer Abdichtung mit inne­ ren Ausnehmungen am Dichtring und seitlichen Ril­ lungen und

Fig. 18-20 Quer- und Längsschnitt sowie radiale Draufsicht einer Abdichtung mit wellenförmig gebogenem Dicht­ ring und beidseitig versetzt angeordneten Ausneh­ mungen.

Fig. 21 einen Axialschnitt durch eine innenachsige Dreh­ kolbenmaschine an sich bekannter Art.

Fig. 22 einen Querschnitt der Drehkolbenmaschine nach Fig. 21.

Fig. 23 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung einer an sich bekannten Abdichtung z. B. einer Drehkolbenma­ schine nach Fig. 21, 22 mit Dichtspaltwirkung.

Fig. 24 einen Längsschnitt eines Bereiches der Abdichtung nach Fig. 23.

Gemäß dem in Fig. 1, 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abdichtung ist das Spiel 14′ am inneren Umfang des Dichtringes 8 an mehreren in Umfangs­ richtung verteilten, Erhebungen 22 bildenden Stellen auf ein minimales Maß reduziert. Dadurch, daß dieses vom Ferti­ gungsaufwand bestimmte minimale Spiel 14′ auf einzelne Um­ fangstellen beschränkt ist und folglich zwischen den Erhe­ bungen 22 Ausnehmungen 23 vorhanden sind, wird die durch das geringe Spiel an sich gegebene Gefahr eines Festfressens des Dichtringes 8 in dem Nutraum 7 vermieden, und der Dichtring 8 kann sich ggfls. an diesen Stellen minimalen Spiels 14′ gegenüber der angrenzenden Fläche des Nutraumes 7 einlaufen. Außerdem ergibt sich durch die in Umfangsrichtung aufeinan­ derfolgenden Erhebungen 22 und Ausnehmungen 23 ein Labyrinth­ effekt nach Art einer Labyrinthdichtung.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, 4 zeigt eine entsprechen­ de Profilierung des äußeren Umfanges eines Dichtringes 8, wobei gezeigt ist, daß der Nutraum 7 im Grenzbereich zwi­ schen zwei lösbar miteinander verbundenen Körpern oder Ge­ häuseteilen 24, 25 vorgesehen sein kann, so daß die Montage des Dichtringes 8 vereinfacht wird.

Die Seitenflächen der Dichtringe 8 nach Fig. 1 bis 8 sind, ebenso wie die diesen gegenüberliegenden seitlichen Begren­ zungsflächen 15,16 des Nutraumes eben geformt, so daß in axialer Richtung der volle Druck des abzudichtenden Mediums wirkt und ein einseitiger dichtender Kontakt des Dichtringes 8 im Nutraum 7 möglich ist. Eine solche, gegen eine Begren­ zungsfläche 15, 16 des Nutraumes 7 verschiebbare Ausführungs­ form des Dichtringes setzt voraus, daß dieser aus einem gute Gleiteigenschaften aufweisenden Material wie z. B. Koh­ lenstoff besteht.

Die Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Abdichtungen entsprechend den Fig. 5 bis 8 zeigen, daß die Mediumver­ luste in Umfangsrichtung beschränkende Profilierung mit Bereichen von minimalem Spiel 14′′ auch an der dem Dichtring 8 in radialer Richtung gegenüberliegenden Fläche 27 oder 28 des Nutraumes 7 durch Erhebungen 29 im rotierenden Körper oder eines im Nutraum 7 fixierten Ringes 30 vorgesehen sein kann. Gemäß Fig. 5 und 6 ist dies ein vom Dichtring 8 um­ schlossener Innenring 29, und gemäß Fig. 7, 8 ist dies ein den Dichtring 8 umschließender Außenring 30. Das feste Einsetzen eines die Profilierung aufweisenden Ringes 30 in den Nutraum 7 empfiehlt sich, da die Profilierung an einem Ring einfacher herzustellen ist als im Nutraum 7.

Die Abdichtung nach Fig. 9, 10 wirkt sowohl in axialer Rich­ tung als auch in Umfangsrichtung berührungsfrei durch Dicht­ spalte. Der Dichtring 8 hat an seinen beiden Seiten in Um­ fangsrichtung aufeinanderfolgende flache Ausnehmungen 32, die einerseits für die Abdichtung in Umfangsrichtung zur Er­ zeugung eines Labyrintheffektes dienen und die anderseits einen Druckausgleich zwischen beiden Seiten des Dichtringes 8 bewirken, so daß die zu Verschleiß führende Auspressung des Dichtringes 8 an einer der Begrenzungsflächen 15, 16 des Nutraumes 7 entweder wesentlich reduziert wird oder bei aus­ reichender Haftkraft des Dichtringes 8 am Gehäuseteil 33 nicht auftritt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 11, 12 ist der innere Um­ fang des Dichtringes 8 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, 2 profiliert. Zusätzlich sind an den beiden Seiten des Dichtringes 8 in Umfangsrichtung verlaufende läng­ liche Ausnehmung 35 vorgesehen, die durch Kanäle 36 quer durch den Dichtring 8 hindurch verbunden sind, um den Druck zwischen den beiden Seiten des Dichtringes auszugleichen. Die inneren und seitlichen Ausnehmungen 23, 35 sind in Umfangsrichtung durch wandartige schmale Erhebungen 22′ be­ grenzt.

Eine Variante zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 9, 10 ist in Fig. 13 bis 15 dargestellt. Die seitlichen Ausnehmungen 32′ sind zum Inneren Umfang des Dichtringes 8 hin offen, jedoch sind zusätzlich in der Nähe des inneren Umfanges des Dicht­ ringes 8 die zwischen den Ausnehmungen 32′ vorhandenen Flä­ chen 37 an ihren Enden mit Schrägflächen 38 versehen, so daß die Gleitschuhe bilden, an denen sich ein Schmierfilm ausbilden kann.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 16, 17 zeigt am inneren Um­ fang des Dichtringes 8 eine Profilierung ähnlich dem Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1, 2 mit minimale Dichtspalte 14′ aufweisenden Bereichen 40 und zwischen ihnen vorgesehenen Ausnehmungen 41 zur Erzeugung eines Labyrintheffektes und zur Vermeidung der Gefahr eines Festfressens an der Fläche 43 des Nutgrundes. Für die Abdichtung in axialer Richtung sowie in Umfangsrichtung bilden die Seitenflächen 45, 46 des Dichtringes 8 mit den gegenüberliegenden Begrenzungsflächen 15, 16 des Nutraumes 7 Dichtspalte 47, 48, die sehr eng aus­ geführt werden können, da diese Seitenflächen 45, 46 des Dichtringes 8 durch Rillungen 49 zahlreiche Anlaufrippen bilden, die ein Einlaufen des Dichtringes 8 ohne Gefahr eines Festfressens ermöglichen. Außerdem bewirken die Ril­ lungen einen Druckausgleich zwischen beiden Seiten des Dichtringes 8. Die Rillungen 49 lassen sich z. B. durch Schleifen oder Prägen herstellen.

Beim Dichtring 8 des Ausführungsbeispieles der Fig. 18 bis 20 erfüllen mehrere in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende ge­ ringe Ausbiegungen 50, 51 den gleichen Zweck wie die Ril­ lungen 49, so daß ebenfalls enge seitliche Dichtspalte und in Druckausgleich zwischen beiden Seiten des Dichtringes möglich sind. Außerdem hat dieser Dichtring 8 mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Aussparungen 53, die sich von einer Ringseite zum inneren Ringumfang hin erstreck­ en. Sie bewirken an dieser Seite und am inneren Ringumfang einen Labyrintheffekt für die Abdichtung in Umfangsrichtung. Falls der Dichtring 8 mit seinem inneren Umfang an der Welle 52 dicht anliegen soll, so sind die Ausnehmungen entspre­ chend zum äußeren Ringumfang hin offen anstatt zum inneren Umfang hin.

Die Ausbildung der verschiedenartigen Profilierungen eines Dichtringes 8 oder eines Innen- bzw. Außenringes 29, 30 einer erfindungsgemäßen Abdichtung kann beispielsweise durch Prägen oder während des Pressens bei der Herstellung aus Sintermaterial erfolgen.

Es versteht sich, daß die Abdichtung auch für relativ zu­ einander rotierende Körper geeignet ist, so daß der z. B. den Nutraum 7 aufweisende, als Gehäuse bezeichnete Körper eben­ falls mit anderer Drehgeschwindigkeit rotierend sein kann.

Eine erfindungsgemäße Abdichtung ist besonders für Drehkol­ benmaschinen geeignet, von der ein Ausführungsbeispiel in Fig. 21 und 22 dargestellt ist. Eine derartige Drehkolbenma­ schine ist an sich durch die DE-B-34 32 215 (USA-47 14 417 und US-A-48 01 255) bekannt. Durch die Lagerung ihres Innen­ läufers 1 und Außenläufers 2 jeweils um relativ zum Maschi­ nengehäuse ortsfeste Achsen sind sehr hohe Drehgeschwindig­ keiten möglich, so daß am Umfang des Außenläufers Ge­ schwindigkeiten von z. B. 20 bis 60 m/sec auftreten. Gleiche Geschwindigkeiten treten an den an den Seitenteilen 3, 4 des Außenläufers 2 vorgesehenen Abdichtungen 5, 6 auf.

Die Abdichtungen 6, 7 haben einen Dichtring 8, der in einer umlaufenden Nut 7 der Seitenteile 3, 4 des Außenläufers 2 eingeschlossen ist und dabei mit seiner äußeren Umfangs­ fläche 9 an der kreiszylindrischen Innenfläche 10 des Ma­ schinengehäuses 11 mit Reibschluß anliegt.

Die Läufer 1, 2 fördern die Luft mit steigendem Druck vom An­ saugkanal 12 zum Druckkanal 13. Dieser in Umfangsrichtung unterschiedliche Druck führt zu Dichtverlusten entlang des Dichtringes 8, da dieser zur Vermeidung von Reibungsverlu­ sten mit einem hierzu ausreichenden Spiel 14 (Fig. 23, 24) in dem Nutraum 7 eingeschlossen ist, durch das der Ansaugkanal 12 mit dem Druckkanal 13 verbunden ist.

Um zu verhindern, daß am jeweiligen Dichtring 8 zu große Medium- bzw. Gaskräfte in axialer Richtung wirken, die zu seiner mit Reibungsverlusten verbundenen Anpressung an einer der radial gerichteten Begrenzungsflächen 15 oder 16 des Nutraumes 7 führen würde, sind am Dichtring 8 nur schmal begrenzte ringförmig umlaufende Dichtspaltflächen 17, 18 vorgesehen, und über einen Absatz 19 schließen sich in radialer Richtung Freiräume 20, 21 an, die dem Druckausgleich zwischen beiden Seiten des Dichtringes 8 dienen. Diese Freiräume 20, 21 führen aber zu einem zusätzlichen Medium bzw. Gasverlust entlang des Dichtringes 8, d. h. zusätzlich zu den erwähnten, durch das Spiel 14 verursachten Mediumver­ lust, da sie ebenfalls schmale Strömungsverbindungen zwi­ schen dem Ansaugkanal 12 und dem Druckkanal 13 bewirken.

Die Erfindung bezweckt die Verringerung der Medium- bzw. Gasverluste in Umfangsrichtung des Dichtringes 8.

Claims (12)

1. Abdichtung an einem rotierenden Körper (3), mit einem in diesem oder einem angrenzenden Gehäuse (11) in einem Nutraum (7) eingeschlossenen Dichtring (8), wobei er mit seinem inneren oder äußeren Umfang an dem Körper oder dem Gehäuse anliegt, so daß es mit diesem mitgetragen oder ste­ hend gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des inneren oder äußeren Umfanges des Dichtringes (8) verteilt, aufeinanderfolgende Bereiche (22, 22′) minimalen Spiels (14, 14′, 14′′) vorgesehen sind.

2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Bereichen (22, 22′) minimalen Spiels (14, 14′, 14′′) Ausnehmungen (23) mit einer Tiefe von mindestens 0,5 mm vorhanden sind.

3. Abdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (23) am Dichtring oder an dem Nutraum (Fig. 9-12) vorgesehen sind.

4. Abdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (23) an einem in dem Nutraum (7) fi­ xierten Ring (29, 30) vorgesehen sind, der den Dichtring (8) umschließt oder von ihm umschlossen wird.

5. Abdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (32, 32′, 53) sich bis über einen Teil mindestens einer Seitenfläche des Dichtringes erstrecken.

6. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daß der Dichtring (8) an mindestens einer seiner Seitenflächen meh­ rere in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Ausneh­ mungen (35) aufweist, die von Ausnehmungen am inneren oder äußeren Umfang des Dichtringes (8) getrennt sind.

7. Abdichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß an den die Ausnehmungen (23, 35, 32, 32′) in Umfangs­ richtung voneinander trennenden Bereichen (37) des Dicht­ ringes (8) schmierfilmbildende Schrägflächen (38) vorhanden sind.

8. Abdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den an einer Ringseite vorgesehen Ausnehmungen (35) quer durch den Dichtring (8) führende Kanäle (36) vorge­ sehen sind.

9. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (8) an einer seitlichen Begrenzungsfläche (15, 16) des Nutraumes (7) dichtend an­ liegt.

10. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (8) in dem Nutraum (7) axial zentriert an dem rotierenden Körper (3) oder dem Gehäuse (11) haftet, so daß an dem Dichtring beidseitig Dichtspalte vorhanden sind.

11. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Seite des Dichtringes (8) radial gerichtete Rillungen (49) vor­ handen sind.

12. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (8) wellenförmig gebogen ist (Fig. 24).