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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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1. Querverweis auf verwandte
Anmeldungen
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Die
vier Anmeldungen, aus denen Priorität beansprucht wird, sind folgende:
GB 0013481.4 , eingereicht
am 13. April, 2000;
GB 0013480.9 ,
eingereicht am 4. Mai 2000; US 60/232,148, eingereicht am 9. September
2000; und US 60/241,487, eingereicht am 18. Oktober 2000.
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2. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf vorteilhafte Dichtungssysteme
mit sequentiell betätigten
bzw. aufeinanderfolgend einrückbaren
Dichtungen und im Spezielleren auf Ersatzdichtungssysteme, die eine
sequentielle Betätigung
bzw. ein aufeinanderfolgendes Einrücken von Lippendichtungselementen
mit einem beweglichen Element oder beweglichen Elementen, z.B. Dreh-
und/oder Hubwellen, durch eine relative Bewegung zwischen einem
Barrierenelement und den Lippendichtungselementen bereitstellen.
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3. Stand der
Technik
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Eine
Dichtungsvorrichtung oder ein Dichteinsatz wird allgemein in einer
ein gasförmiges
oder flüssiges
Medium transportierenden Maschine verwendet, um ein Gehäuse oder
einen Körper
der Maschine um eine Dreh- oder Hubwelle herum abzudichten, die
das Gehäuse
oder den Körper
durchdringt. Die Dichtungsvorrichtung umfasst typischerweise eine
Lippendichtung, die an einem feststehenden Gehäuse oder einer feststehenden
Stopfbuchse angebracht ist. Die Stopfbuchse ist an das Gehäuse oder
den Körper
der Maschine angeschraubt. Die Lippendichtung erstreckt sich radial
vom Gehäuse, um
gegen den sich drehenden oder auf und ab bewegenden Umfang der Welle
oder an eine an der Welle befestigte Wellenhülse gepresst zu werden. Solch eine
Dichtungsvorrichtung wird beispielsweise an der Eintrittsstelle
einer Welle in ein Pumpengehäuse
verwendet, um das Austreten von Pumpenprozessfluid um die Verbindung
herum zu verhindern, die durch den Welleneintritt gebildet ist.
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Im
Betrieb haben Lippendichtungen aufgrund von Verschleiß eine beschränkte Nutzdauer. Am
Ende der Nutzdauer entsteht eine Undichtigkeit zwischen der feststehenden
Lippendichtung und der Dreh-/Hubwelle. Wenn eine Undichtigkeit festgestellt wird,
muss der Betrieb der fluidtransportierenden Maschine im Allgemeinen
eingestellt und die Dichtungsvorrichtung zumindest teilweise auseinandergebaut werden,
um die Lippendichtung zu ersetzen. Solch ein Auseinanderbauen und
eine solche Wartungsarbeit ist zeitraubend und aufwändig. Zusätzlich besteht
die Möglichkeit,
dass aufgrund des Austauschs der Lippendichtung erhebliche Kosten
bei der Betriebsausfallzeit hingenommen werden müssen.
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Es
wurden verschiedene Lösungswege
beschritten, um den Wirkungsgrad von Dichtungsvorrichtungen zu verbessern
und/oder die Kundendienstperioden zwischen erforderlichen Wartungsarbeiten
zu verlängern.
So offenbart beispielsweise das an Doble erteile US-Patent Nr. 2,836,441
ein Wellenabdichtungssystem, bei dem die Welle eine konische Fläche umfasst
und die Dichtung axial entlang der Welle umpositionierbar ist, um
ein besseres Angreifen zwischen Dichtung und Welle zu erzielen, wenn
das System Verschleiß erfährt. Im
an Blachere et al. erteilten US-Patent Nr. 3,698,724 ist eine Dichtungsvorrichtung
offenbart, die eine Reihe aufblasbarer Dichtungen umfasst, die in
Auskehlungen untergebracht sind. Wenn einzelne aufblasbare Dichtungen
ausfallen, werden sie außer
Angriff an der Welle gebracht und ausgetauscht, während die übrigen aufblasbaren
Dichtungen für
die erforderliche Abdichtungsfunktion sorgen.
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Anstrengungen
richteten sich auch auf die Entwicklung von Dichtungsvorrichtungen,
die mehrere Dichtungselemente umfassen, die zu verschiedenen Zeitpunkten
mit einer Welle in Kontakt gebracht werden, z.B. wenn einzelne Dichtungselemente
verschlissen sind oder ausfallen. Beispielsweise sieht das an McEwen
erteilte US-Patent 3,727,923 ein Dichtungssystem mit „Zweifachlebensdauer" vor, bei dem eine
in sich geschlossene ringförmige
Schraubenfeder aus einer ersten Position, in der sie eine erste
Dichtung in Angriff an eine Welle bringt, in eine zweite Position
umpositioniert wird, in der eine zweite, axial beabstandete Dichtung
in Angriff an die Welle gebracht wird. Das Patent 932 von McEwen
sieht ein System vor, um die in sich geschlossene ringförmige Schraubenfeder
nach einem vorbestimmten Verschleißgrad von der ersten zur zweiten
Position zu bewegen.
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Die
Patentliteratur umfasst auch verschiedene Dichtungssysteme, bei
denen zwei oder mehr Dichtungselemente axial entlang einer Welle
beabstandet sind und einzelne Dichtungselemente axial umpositioniert
werden, um zu geeigneten Zeitpunkten mit der Welle in Kontakt gebracht
zu werden. Das an Walter et al. erteilte US-Patent Nr. 3,773,336
offenbart ein Dichtungssystem, bei dem ein Ersatzdichtungselement
anfänglich
angrenzend an eine Ausnehmung in der Welle (oder der dazugehörigen Hülse) positioniert
ist, um einen Angriff an der Welle solange zu verhindern, bis er
benötigt/gewünscht wird. Das
Ersatzdichtungselement kann mit der Welle in Kontakt gebracht werden,
indem der Dichtungshalter oder die Welle/Hülse axial umpositioniert wird. Ähnlich sieht
das an Wentworth erteilte US-Patent 4,008,897 einen Reservedichtungsring
vor, der sich anfänglich
in einer ringförmige
Kammer erstreckt, d.h. nicht an der Welle angreift. Eine axiale
Umpositionierung des Reservedichtungsrings, um ein Angreifen an
der Welle zu bewirken, wird durch ein Hydraulikdrucksystem bewerkstelligt.
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Die
an Marnot erteilten US-Patente Nr. 5,820,132, 6,098,990 und 6,152,454
beschreiben auch Dichtungssysteme, bei denen eine Ersatzdichtung
anfänglich
angrenzend an einen zurückgesetzten
Bereich positioniert ist, der in der Welle ausgebildet ist. Wenn
die Ersatzdichtung axial umpositioniert wird, um an der Welle z.B.
mittels einer Schraubenwinde oder Fluiddruckringwinde in Angriff
gebracht zu werden, wird die ausgetauschte Dichtung angrenzend an
einen in der Welle ausgebildeten zurückgesetzten Bereich, d.h. außer Angriff
an der Welle bewegt. Die Patente von Marnot betreffen darüber hinaus
ein Kontrollsystem, bei dem ein Leckdetektor den Systembetrieb überwacht
und veranlasst, dass sich die Ersatzdichtung in Angriff an die Welle
bewegt (oder einen Bediener aufmerksam macht, der dann die Ersatzdichtung
manuell in Angriff an der Welle bewegen kann).
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Trotz
der bislang erfolgten Anstrengungen besteht nach wie vor ein Bedarf
an Dichtungssystemkonstruktionen, die eine zuverlässige, effiziente
Dichtungsfunktionalität
bereitstellen, Nutzbetriebsdauern verlängern und Ausfallzeiten wegen
Wartung auf ein Mindestmaß senken.
Darüber
hinaus besteht ein Bedarf nach Dichtungssystemkonstruktionen, die über den
Verlauf eines Gebrauchszyklus verbesserten Systembetrieb und verbesserte
Funktionalität
bereitstellen. Diese und weitere Bedürfnisse werden durch das Dichtungssystem
nach Anspruch 1 und das Verfahren von Anspruch 24 erfüllt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER OFFENBARUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Dichtungsbaugruppe bereit, die
mehrere Dichtungselemente umfasst, wobei jedes Dichtungselement
typischerweise eine Lippendichtung umfasst, um ein bewegliches Teil,
z.B. eine Hub- oder Drehwelle, zu umgreifen. Falls ein anfängliches
Dichtungselement verschleißt
oder Funktionsausfälle
zeigt, erleichtert die offenbarte Dichtungsbaugruppe den aufeinanderfolgenden
Einsatz eines Dichtungselements oder mehrerer Dichtungselemente,
um die zuvor in Anspruch genommene Lippendichtung, die verschlissen
ist oder Funktionsausfälle
zeigt, zu ersetzen und/oder zu ergänzen. In einer bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfasst die Dichtungsbaugruppe eine automatische
Einrichtung, um die Dichtungselemente aufeinanderfolgend zum Einsatz zu
bringen. Die offenbarte Dichtungsbaugruppe stellt sicher, dass die
Reservedichtungselemente nur dann an der Welle, die drehend oder
auf- und abgehend sein kann, oder an der dazugehörigen Wellenhülse zum
Einsatz kommen, wenn sie gebraucht werden, um einen unnötigen auf
die Lippendichtungen wirkenden Verschleiß während der Zeit zu verhindern,
in der keine Reserve-/Ersatz-/Ergänzungsabdichtung erforderlich
ist.
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Nach
einem ersten bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind
mehrere Dichtungselemente, z.B. Lippendichtungen oder Dichtungsringe entlang
einer Achse einer Welle voneinander beabstandet angeordnet. Die
Dichtungselemente sind an einem feststehende Gehäuse oder einem feststehenden
Einsatz angebracht und erstrecken sich radial zur Welle hin. Die
Dichtungselemente umfassen eine erste Lippendichtung und eine Reservelippendichtung
oder mehrere Reservelippendichtungen. Die Welle kann wahlweise eine
Wellenhülse
umfassen, die an der Welle befestigt ist. Ein Barrierenelement, z.B.
eine Barrierenhülse,
ist anfänglich
zwischen der Welle (oder Wellenhülse)
und der/den Reservelippendichtung(en) eingesetzt. Wenn gewünscht, z.B. wenn
eine Undichtigkeit festgestellt wird, kann die Barrierenhülse in einer
axialen Richtung nach außen verschoben
werden, um die Reservelippendichtungen nacheinander freizugeben,
wobei jede freigegebene Lippendichtung eine radiale Länge einnimmt, um
abdichtend auf oder gegen den Außenumfang der Dreh- oder Hubwelle
(oder Wellenhülse)
gedrückt zu
werden. Die zuvor eingesetzte(n) Dichtungen) bleiben trotz Verbrauchs
an der Welle anliegend, wodurch eine gewisse vorläufige Abdichtungswirkung bereitgestellt
wird, die aufgrund des Druckabfalls, der durch eine solche verbrauchte
Dichtung verursacht wird, dazu dienen kann, das Leben der zuletzt
freigegebenen Dichtung zu erleichtern und somit zu verlängern.
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Nach
einem anderen bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
eine Dichtungsbaugruppe bereitgestellt, die ein Barrierenelement,
z.B. eine Barrierenhülse
umfasst. Die Barrierenhülse kann
mit einem Ringkolben zusammenwirken oder diesen bilden, der durch
Hydraulikdruck bewegt wird, der an ein Ende von diesem angelegt
wird, d.h. es wird Druck an ein Ende der Barrierenhülse angelegt. Solch
eine Druckbeaufschlagung bewegt die Barrierenhülse nach außen, um nacheinander Reservelippendichtungen
freizugeben, damit diese an einer Welle oder Wellenhülse angreifen.
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Nach
einem anderen bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist
eine Erfassungseinrichtung vorgesehen, um eine Undichtigkeit bezüglich der
Dichtungsvorrichtung, z.B. eine Undichtigkeit in Bezug auf eine
oder mehrere Lippendichtung/en zu erfassen. Wird z.B. durch einen
Leckdetektor automatisch erfasst, dass Prozessfluid durch eine Lippendichtung
austritt, ist vorteilhafter Weise eine automatische Vorrichtung
vorgesehen, die auf ein Signal aus dem Leckdetektor anspricht. Die
automatische Vorrichtung ist allgemein wirksam, um eine Reservedichtung
an der Welle oder an der Welle anliegend einzusetzen.
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Nach
einem anderen bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist
eine Barrierenhülse vorgesehen,
die eine O-Ringdichtung an ihrem äußeren Ende trägt. Die
O-Ringdichtung ist
typischerweise der Welle oder Wellenhülse zugewandt. Die Welle oder
Wellenhülse
umfasst typischerweise eine Ausnehmung, die einen Spielraum zwischen
der O-Ringdichtung und der Welle oder Wellenhülse lässt. Falls die offenbarte Dichtungsvorrichtung
darin versagt, eine Dichtung zu halten, nachdem alle Lippendichtungen
eingesetzt sind, kann die fluidtransportierende Maschine abgeschaltet
und die Welle/Wellenhülse
gelöst
und nach innen in eine Abschaltposition geschoben werden. In der
Abschaltposition dichtet die O-Ringdichtung fest gegen die Welle
oder Wellenhülse
ab. Festzuhalten ist, dass die Wellenhülse in dieser Position fest
an der Welle befestigt ist. Obwohl die Maschine in diesem Zustand
nicht betriebsbereit ist, kann dementsprechend die Dichtungsvorrichtung, wenn
die Maschine an andere Maschinen angeschlossen ist und die Fluidverbindung
zur Durchführung
von Reparaturen der Dichtungsvorrichtung nicht unterbrochen werden
kann, zu einem späteren,
geeigneteren Zeitpunkt repariert werden, d.h. die Dichtungsvorrichtung
erhält
eine feststehende Fluidabdichtung an der in Leerlauf befindlichen
Maschine aufrecht.
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Zahlreiche
weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen ohne
weiteres aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung und deren Ausführungsformen,
den Ansprüchen
und den begleitenden Zeichnungen hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Damit
die Fachleute auf dem Gebiet, zu dem der Gegenstand der vorliegenden
Offenbarung gehört,
sofort verstehen werden, wie die Dichtungsvorrichtung der vorliegenden
Offenbarung aufzubauen und zu verwenden ist, kann Bezug auf die
folgenden Zeichnungen und die beigefügte ausführliche Beschreibung genommen
werden:
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1 ist
eine schematische Schnittansicht einer Dichtungsvorrichtung in einem
nicht betriebsbereiten Vormontagezustand;
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2 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung und Welle
von 1, wobei eine Wellenhülse nach außen geschoben und an der Welle
befestigt ist;
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3 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung und Welle
von 2, wobei eine Barrierenhülse teilweise nach außen geschoben
gezeigt ist;
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4 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung und Welle
von 2, wobei die Barrierenhülse ganz nach außen geschoben gezeigt
ist;
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5 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung und Welle
von 4, wobei die Wellenhülse in einem abdichtenden Abschaltzustand
von der Welle gelöst
und nach innen an der Barrierenhülse
anliegend positioniert ist;
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6 ist
eine schematische Schnittansicht einer alternativen Dichtungsvorrichtung
nach der vorliegenden Offenbarung in einem nicht betriebsbereiten
Vormontagezustand;
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7 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 6,
wobei eine Wellenhülse
nach außen
in eine Betriebsposition geschoben ist;
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8 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 6,
wobei eine Barrierenhülse
um einen ersten Vorrückabstand
nach außen
geschoben ist;
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9 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 8,
wobei die Barrierenhülse
um einen zweiten Vorrückabstand
nach außen
geschoben ist;
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10 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 9,
wobei die Wellenhülse
zurückgezogen
und innen an der Barrierenhülse
anliegend in einem abdichtenden Abschaltzustand ist;
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11 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung in einem nicht betriebsbereiten Vormontagezustand;
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12 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 11 in
einem betriebsbereiten Zustand;
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13 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung, die eine Welle in einem nicht betriebsbereiten
Vormontagezustand umgibt;
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14 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung und Welle
von 13, wobei eine Wellenhülse nach außen geschoben und an der Welle
befestigt ist;
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15 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung und Welle
von 14, wobei eine Barrierenhülse teilweise nach außen geschoben
gezeigt ist;
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16 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung und Welle
von 14, wobei die Barrierenhülse ganz nach außen geschoben gezeigt
ist;
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17 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung und Welle
von 16, wobei die Wellenhülse in einem abdichtenden Abschaltzustand
von der Welle gelöst
und nach innen an der Barrierenhülse
anliegend positioniert ist;
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18 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung, die eine Welle in einem nicht betriebsbereiten
Vormontagezustand umgibt;
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19 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 18,
wobei eine Wellenhülse
nach außen
geschoben und an der Welle befestigt ist;
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20 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 19,
wobei eine Barrierenhülse
um einen ersten Vorrückabstand nach
außen
geschoben ist;
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21 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 20,
wobei die Barrierenhülse
um einen zweiten Vorrückabstand
nach außen
geschoben ist;
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22 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 21,
wobei die Barrierenhülse
um einen dritten Vorrückabstand
nach außen
geschoben ist;
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23 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung, die eine Welle in einem betriebsbereiten
Zustand umgibt;
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24 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 23,
wobei eine Barrierenhülse
um einen ersten Vorrückabstand nach
außen
geschoben ist;
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25 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 24,
wobei die Barrierenhülse
um einen zweiten Vorrückabstand
nach außen
geschoben ist;
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26 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung, die eine Welle in einem betriebsbereiten
Zustand umgibt, wobei eine Barrierenhülse ganz bis zu einem äußeren Anschlag geschoben
ist;
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27 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung, die eine Welle in einem nicht betriebsbereiten
Vormontagezustand umgibt;
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28 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 27 in
einem Montageanfangsstadium, wobei die Barrierenhülse ganz nach
außen
geschoben gezeigt ist und die Wellenhülse nach außen geschoben und an der Welle
befestigt ist;
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29 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 28 in
einem betriebsbereiten Zustand, wobei die Barrierenhülse ganz
nach innen zurückgezogen
gezeigt ist;
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30 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 29,
wobei die Barrierenhülse
um einen ersten Vorrückabstand
nach außen
geschoben ist;
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31 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 30,
wobei die Barrierenhülse
um einen zweiten Vorrückabstand
nach außen
geschoben ist;
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32 ist eine linke Stirnansicht der Dichtungsvorrichtung
von 31;
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33 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung;
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34 ist
eine schematische Schnittansicht der Dichtungsvorrichtung von 33;
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die 35 und 35a sind weitere schematische Schnittansichten
der Dichtungsvorrichtung von 33;
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36 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung;
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die 37 – 42 sind
weitere schematische Schnittansichten der Dichtungsvorrichtung von 36;
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43 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung;
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44 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung;
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45 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung;
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die 46 – 51 sind
weitere schematische Schnittansichten der Dichtungsvorrichtung von 45;
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die 52, 52a, 53 und 53a sind weitere
schematische Schnittansichten von Aspekten einer weiteren alternativen
Dichtungsvorrichtung nach der vorliegenden Offenbarung;
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die 54 – 58 sind
schematische Schnittansichten einer Dichtungsvorrichtung, die die in
den 52 – 53 dargestellten
Aspekte beinhaltet;
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59 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Dichtungsvorrichtung nach
der vorliegenden Offenbarung; und
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Die 60 – 63 sind
weitere schematische Schnittansichten der Dichtungsvorrichtung von 59.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Während sich
die Offenbarung in vielen unterschiedlichen Ausführungsformen darstellen kann, sind
in den Zeichnungen spezielle Ausführungsformen davon gezeigt
und werden hier im Einzelnen beschrieben, wobei davon ausgegangen
wird, dass die vorliegende Erfindung als eine beispielhafte Darstellung
der Grundgedanken der Offenbarung aufgefasst werden und die Erfindung
nicht auf die dargestellten speziellen Ausführungsformen beschränkt sein
soll. Die folgenden Ausführungsformen
sind mit Bezug auf Drehwellenanwendungen beschrieben; jedoch hat
die offenbarte Dichtungsvorrichtung auch eine ähnliche Anwendung bei sich
linear bewegenden Wellen, wie Ventilschäften oder Pumpenhubkolben.
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1 stellt
eine Dichtungsvorrichtung oder einen Dichteinsatz 20 dar,
die bzw. der zu Anfang in einem nicht betriebsbereiten Vormontagezustand eine
Welle 24 umgibt. Die Dichtungsvorrichtung 20 umfasst
ein Gehäuse
oder eine Stopfbuchse 28, eine Wellenhülse 30, mehrere Lippendichtungen 34 und eine
Barrierenhülse 36.
Die Welle 24 dreht sich im Hinblick auf das Gehäuse 28.
Die Wellenhülse 30 dreht
sich mit der Welle 24. Die Barrierenhülse 36 und die Lippendichtungen 34 sind
hinsichtlich des Gehäuses 28 feststehend.
Die Wellenhülse 30 ist
fest um die Welle 24 herum angepasst und wird durch mehrere
umfänglich
beabstandete Feststellschrauben, die in Gewindebohrungen 42 eingeschraubt sind,
an der Welle 24 befestigt. Ein O-Ring 48 dichtet zwischen
der Welle 24 und der Wellenhülse 30 ab.
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Die
Barrierenhülse 36 umfasst
einen ringförmigen
Kolben 52, der an einen Barrierenzylinder 56 angeschlossen
ist. Der Barrierenzylinder 56 kann je nach dem Prozessfluid
und den Betriebsbedingungen aus 316 SS bestehen und ein relativ
dünnes Rohr
sein, wie beispielsweise eines mit einer Wandstärke von 0,004 bis 0,010 Zoll.
Der Kolben 52 ist durch einen äußeren O-Ring 60 dicht
an der Stopfbuchse 28 angeschlossen. Ein innerer O-Ring 64 ist auf
die Wellenhülse
gepresst. Die Funktion des inneren O-Rings 64 wird nachstehend beschrieben.
Ein weiterer O-Ring 66 schließt den Barrierenzylinder 56 dicht
an die Stopfbuchse 28 an.
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Die
Lippendichtungen 34 umfassen eine innere oder erste Lippendichtung 72,
eine mittlere Reservelippendichtung 74 und eine äußere Reservelippendichtung 76.
Die mittlere und äußere Lippendichtung 75, 76 sind
so am Barrierenzylinder 56 gehaltert, dass sie sich außerhalb
oder von der Wellenhülse 30 entfernt
aufhalten, d.h. nicht in Berührung
mit der Wellenhülse 30 sind.
Die innere Lippendichtung 72 ist in abdichtendem Kontakt
mit einem Außenumfang der
Wellenhülse 30.
Die Stopfbuchse 28 umfasst eine Einlassöffnung 82, die durch
einen Kanal 84 mit einer (in 3 gezeigten)
ringförmigen
Kammer 86 hinter dem ringförmigen Kolben 52 in
Verbindung steht.
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2 stellt
die Dichtungsvorrichtung 20 endgültig auf die Welle montiert
dar. Sobald die Stopfbuchse am (nicht gezeigten) Maschinengehäuse angebaut
ist und die Stopfbuchsenschrauben angezogen sind, kann die Wellenhülse 30 nach
außen
geführt
und, wie in 2 gezeigt, betriebsbereit an
der Welle befestigt werden.
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Die
Wellenhülse 30 umfasst
eine ringförmige Ausnehmung 92,
die in der Position von 2 einen Spielraum zwischen dem
inneren O-Ring 64 und der Wellenhülse 30 bereitstellt.
Die Ausnehmung 92 ist typischerweise ca. 0,025 Zoll tief.
Die Ausnehmung stellt sicher, dass der Barrierenzylinder 56 und
der O-Ring 64 der Wellenhülse 30 nicht im Wege
sind. Zusätzlich
trägt der
Spielraum dazu bei, eine Behinderung der Barrierenhülsenbewegung
aufgrund Materialaufbaus oder Ablagerungen auf der Wellenhülse zu verhindern.
Die Wellenhülse 30 ist
typischerweise mit einer Chromoxidoberfläche mit einer Oberflächenbeschaffenheit
von 6 bis 8 Mikrozoll bei einer Rockwell C-Härte von 60 – 70 hergestellt.
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Nach
der vorliegenden Offenbarung wird der Kolben 52 vorzugsweise
dann betätigt,
sobald ein Leck in der am weitesten außen liegenden, aktiven Lippendichtung,
entweder der ersten Lippendichtung 72 oder der ersten Reservelippendichtung 74 entdeckt
wird, um daraufhin eine Lippendichtung zum Abdichten der Wellenhülse 30 hinzuzufügen. In
dieser Anordnung dient bzw. dienen die verschlissene/n Lippendichtung/en
vorteilhafter Weise dazu, einen anfänglichen, schrittweise zunehmenden
Widerstand gegen Auslaufen zu bieten. Die 3 und 4 stellen
die Bewegung der Barrierenhülse 36 dar,
wenn der Kolben 52 aktiviert ist.
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Wie
in 3 dargestellt ist, kann Druckflüssigkeit
oder -gas von der Öffnung 82 und
dem Kanal 84 in die ringförmige Kammer 86 geleitet
werden, um den Kolben 52 nach rechts zu drücken, wodurch
die Größe der ringförmigen Kammer 86 angehoben
wird. Indem der Kolben 52 nach rechts bewegt wird, zieht die
Barrierenhülse 36 den
Barrierenzylinder 56 nach rechts und gleitet aus dem Inneren
der mittleren Lippendichtung 74 heraus, wodurch der Barrierenzylinder 56 außer Kontakt
mit oder außer
Angriff an der mittleren Lippendichtung 74 gebracht wird.
Somit befindet sich der Barrierenzylinder 56 nicht länger zwischen
der mittleren Lippendichtung 74 und der Wellenhülse 30.
Die mittlere Reservelippendichtung 74 prallt federelastisch
radial nach innen, um gegen den Außenumfang der Wellenhülse 30 zu
drücken,
wodurch ein abdichtender Angriff daran bewirkt wird.
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Um
sicherzustellen, dass die Barrierenhülse 36 sich nur um
einen Lippendichtungsvorrückbetrag bewegt,
kann ein gesteuertes Volumen Druckfluid, vorzugsweise Flüssigkeit,
durch eine Quelle C eingespritzt werden, was den Kolben 52 um
einen vorbestimmten Betrag oder Abstand gegen den durch den O-Ring 60 bereitgestellten
Widerstand bewegt. Es könnten
auch andere Vorrichtungen oder strukturelle Anordnungen zum Bewirken
eines Widerstands gegen die Bewegung des Kolbens 52 verwendet
werden, wie etwa eine Reihe von Rasten. Alternativ kann ein Positionssensor
oder eine andere Vorrichtung verwendet werden, um die präzise Bewegung
der Barrierenhülse
zu steuern. Bei der Fluidquelle C geht man davon aus, dass es sich
um einen schnellwirkenden magnetbetätigten Schieber handelt, der
für gesteuerte
Volumenabgabe kalibriert wurde. Der Magnet könnte vorteilhafter Weise manuell
oder automatisch (wie auf Basis eines Leckdetektors) vor Ort oder
von fern betätigt
werden.
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Entwickelt
sich eine Undichtigkeit durch die mittlere Reservelippendichtung 74,
kann der Kolben 52 noch einmal bewegt werden. Eine gesteuerte Menge
Druckfluid wird durch die Öffnung 82 und
den Kanal 84 in die Kammer 86 geleitet, um den
Kolben 52 zu bewegen. 4 stellt
die Barrierenhülse 36 ganz
nach rechts verschoben und an einem Druckring 96 anstoßend dar,
dar in einer Auskehlung 97 der Stopfbuchse 28 gehalten
ist. In dieser Position wurde der Barrierenzylinder 56 von
unter der äußeren Ersatzlippendichtung 76 herausgezogen,
die nun abdichtend gegen den Außenumfang
der Welle 30 drückt
und sich abdichtend daran anlegt.
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Zwischen
dem Außendurchmesser
der Wellenhülse 30 und
dem Innendurchmesser der Wellenhülse 36 besteht
allgemein ein Unterschied von ca. 0,020 Zoll (0,010 radiales Spiel),
der während
des Einbaus sicherstellt, dass eine Zentrierung und Konzentrizität zwischen
der Welle und der Dichtungsvorrichtung 20 aufrechterhalten
bleibt. Diese Zentrierungsfunktionalität entspricht der Funktion von
Zentrierklammern, die in einem typischen mechanischen Dichteinsatz
verwendet werden.
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Der
Barrierenzylinder 56 hat typischerweise eine radiale Dicke
von ca. 0,007 Zoll. Somit werden die Ersatzlippendichtungen 74, 76 durch
das Dazwischensetzen des Barrierenzylinders 56 , also durch das
Vorhandensein eines vergrößerten Innendurchmessers
von ca. 0,034 Zoll, radial zurückgezogen (vorbelastet).
Wenn der Barrierenzylinder 56 verschoben wird, um Ersatzlippendichtungen
freizugeben, sorgen die Vorbelastung sowie der Prozessfluiddruck
im Allgemeinen für
einen schnellen Angriff der Ersatzlippendichtung/en an der Wellenhülse.
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5 stellt
eine beispielhafte Situation dar, bei der alle Lippendichtungen
ausgefallen sind. In dieser Situation ist die Drehung an der Welle
gestoppt, d.h. die fluidtransportierende Maschine ist heruntergefahren.
Die Wellenhülse 30 kann
nach innen bewegt werden, wobei der O-Ring 64 aus Elastomer sich
abdichtend an eine ringförmige
Fläche 102 der Wellenhülse 30 anlegt,
um Prozessfluid abzutrennen und nicht in die Atmosphäre austreten
zu lassen. Die fluidtransportierende Maschine kann in diesem abgedichteten,
heruntergefahrenen Zustand stillstehen. Die Dichtungsvorrichtung 20 kann
dann zum nächsten
passenden Zeitpunkt repariert oder ausgetauscht werden. Diese Vorgehensweise
ist besonders dann wirksam, wenn die fluidtransportierende Maschine
in einem Fluidkreislauf mit redundanten fluidtransportierenden Maschinen
ohne Einrichtungen installiert ist, um einzelne fluidtransportierende
Maschinen zur Durchführung
von Reparaturen zu isolieren. Der abgedichtete Abschaltzustand lässt den
Kreislauf, ohne die ansonsten undichte fluidtransportierende Maschine
zu betreiben, bis zur nächsten
angesetzten Kreislaufabschaltzeit betriebsbereit bleiben.
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6 stellt
eine alternative Ausführungsform nach
der vorliegenden Offenbarung dar. Die Dichtungsvorrichtung 120 ist
identisch mit der vorstehend beschriebenen ersten beispielhaften
Ausführungsform,
d.h. der Dichtungsvorrichtung 20, mit Ausnahme dessen,
was in der Beschreibung und/oder den Figuren festgehalten ist. Die
Vorrichtung 120 ist in einem nicht betriebsbereiten Vormontagezustand
dargestellt. In dieser alternativen beispielhaften Ausführungsform
umfasst eine Barrierenhülse 136 einen äußeren O-Ring 60,
aber nicht den inneren O-Ring 64 der ersten Ausführungsform.
Eine alternative Stopfbuchse 128 umfasst einen inneren
O-Ring 130, der sich an einer Außenfläche 132 der Wellenhülse 30 abdichtend
anlegen kann, wenn sich die Wellenhülse wie in 10 gezeigt
in der zurückgezogenen
Position befindet. Die Stopfbuchse 128 umfasst einen oder
mehrere mit Gewinde versehene/n Anschlagstift/e 142, der/die
durch eine ringförmige
Wand 143 der Stopfbuchse 128 eingeschraubt ist/sind,
und einen Anschlagring 144.
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7 stellt
die Dichtungsvorrichtung 120 im eingebauten Betriebszustand
dar, wobei sich die Wellenhülse 30 nach
außen
(nach rechts) erstreckt, um an der Welle befestigt zu werden (nicht
gezeigt). Der O-Ring 130 ist unbedeckt und nicht komprimiert.
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8 stellt
dar, dass die Barrierenhülse 136 nach
außen
(nach rechts) verschoben ist, bis sie den Anschlagstift 142 berührt. Die
Position des Anschlagstifts 142 entspricht der Position
des von unter der mittleren Lippendichtung 74 herausgezogenen
Barrierenzylinders 156, d.h. der Barrierenzylinder 156 befindet
sich nicht mehr zwischen der mittleren Lippendichtung 74 und
der Wellenhülse 30.
Die mittlere Lippendichtung 74 dekomprimiert sich automatisch,
d.h. kehrt federelastisch aus ihrem vorbelasteten Zustand zu einem
belasteten Zustand zurück,
wodurch sie sich gegen die Wellenhülse 30 presst bzw.
abdichtend an dieser angreift. Der Anschlagstift 142 verhindert,
dass die Barrierenhülse 136 weitere
Lippendichtungen wie die äußere Lippendichtung 76 erst dann
aufdeckt, wenn dies gewünscht
wird.
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Falls
danach, wie in 9 dargestellt, eine Undichtigkeit
entsteht, kann der Anschlagstift 142 entfernt werden, indem
er aus der Wand 143 herausgeschraubt wird. Die Barrierenhülse 136 kann
dann zu der in 9 gezeigten Position verschoben
werden, in der sie den Anschlagring 144 berührt. Diese Position
entspricht einer Position, in der der Barrierenzylinder 156 von
unter der äußeren Lippendichtung 76 herausgezogen
wurde. Sobald sich der Barrierenzylinder 156 nicht mehr
zwischen der äußeren Lippendichtung 76 und
Wellenhülse 30 befindet,
dekomprimiert sich die Lippendichtung 76 automatisch, d.h.
kehrt federelastisch aus ihrem vorbelasteten zu einem belasteten
Zustand zurück
und drückt
gegen die Außenfläche der
Wellenhülse 30 bzw.
greift abdichtend an ihr an.
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Falls
danach erneut eine Undichtigkeit auftritt, wird die fluidtransportierende
Maschine, wie in 10 gezeigt, angehalten, die
Wellenhülse 30 von der
Welle gelöst
(nicht gezeigt) und nach links zurückgezogen, bis die ringförmige Fläche 102 abdichtend
am O-Ring 130 anliegt. Die Wellenhülse 30 kann dann fest
an der Welle befestigt werden. Dieser abgedichtete, heruntergefahrene
Zustand lässt
keinen Betrieb der Welle zu, dichtet aber die Welle ab, bis die
Dichtungsvorrichtung geeigneter Weise repariert, ausgetauscht oder
einer angemessenen Wartung unterzogen wird.
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11 stellt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
nach der vorliegenden Offenbarung dar. Die Dichtungsvorrichtung 220 ist
identisch mit der ersten beispielhaften Ausführungsform, der Dichtungsvorrichtung 20,
mit Ausnahme dessen, was in der Beschreibung und/oder den Figuren
festgehalten ist. Die Dichtungsvorrichtung 220 umfasst
eine Gruppe 226 von drei Lippendichtungen 232, 234, 236,
die in einer Stopfbuchse 250 durch eine Stopfbuchsenlippe 252 festgehalten
werden, die einen O-Ring 254 hält, der gegen die Gruppe 226 abdichtet.
Außerhalb der
Gruppe 226 befindet sich ein O-Ringkanal 262, der
einen inneren und einen äußeren O-Ring 264, 266 enthält. Die
O-Ringe 264, 266 dichten gegen die Innenfläche 272 der
Stopfbuchse 250 und eine Außenfläche des Barrierenrings 156 der
Barrierenhülse 136 ab,
wie zuvor beschrieben wurde. Die Gruppe 226, der Kanal 262 und
die Barrierenhülse 136 können während des
Zusammenbaus vorteilhafter Weise als Stapel von der rechten Seite
her in die Stopfbuchse eingelegt werden.
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Die
Wellenhülse 30 wird
vorübergehend
an der Stopfbuchse 250 gehalten und durch einen Bügel 284 ausgerichtet,
der von mehreren Schrauben 286 durchdrungen wird, die in
Gewindebohrungen 42 der Wellenhülse eingreifen. Der Bügel 284 ist über Gewindebohrungen 294 an
einer ringförmigen
Wand 292 der Stopfbuchse 250 befestigt. 12 stellt
die Dichtungsvorrichtung 220 in einem Zustand dar, bei dem
der Bügel 284 entfernt
wurde und die Bohrungen 294 nun für wie zuvor beschriebene Anschlagstifte 142 verwendet
werden.
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13 stellt
eine weitere alternative Ausführungsform
nach der vorliegenden Offenbarung dar. Die Dichtungsvorrichtung 300 ist
um eine Welle herum in einem nicht betriebsbereiten Vormontagezustand
angebracht. Die Dichtungsvorrichtung 300 ist ähnlich der
zuvor beschriebenen Ausführungsformen von
Dichtungsvorrichtungen, mit Ausnahme dessen, was in der Beschreibung
und/oder den Zeichnungen festgehalten ist. Somit umfasst die Dichtungsvorrichtung 300 eine
Dichtungsgruppe 226 mit drei wie zuvor beschriebenen Lippendichtungen 232, 234, 236. Die
Dichtungsgruppe 226 ist durch einen Feststellring 330 in
einer Stopfbuchse 328 zurückgehalten.
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Die
Barrierenhülse 336 umfasst
einen mit der Barrierenhülse 56 verbundenen
Kolben 352. Der Kolben 352 ist durch einen O-Ring 354 dicht
an die Stopfbuchse 328 angeschlossen. Der Kolben 352 spricht
auf Druckflüssigkeit
oder -gas aus der Öffnung 82 und
dem Kanal 84 an, wie zuvor beschrieben wurde. Zwischen
der ersten Lippendichtung 232 und der zweiten Lippendichtung 234 besteht
ein ringförmiger
Kanal 382, der an einen radialen Kanal 372 und
eine Gewindeöffnung 374 angeschossen
ist. Der ringförmige
Kanal 382, der radiale Kanal 372 und die Öffnung 374 können zum
Einlass von Spülflüssigkeit, Kühlflüssigkeit,
Schmierflüssigkeit
und/oder Sperrflüssigkeit
zwischen die Lippendichtungen verwendet werden.
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14 stellt
die Dichtungsvorrichtung 300 in einem betriebsbereiten
Zustand dar, wobei die Wellenhülse 301 nach
außen
verschoben und an der Welle 24 befestigt ist. 15 stellt
die Bewegung der Barrierenhülse 56 zum
Freisetzen der zweiten Lippendichtung 234 dar, damit sie
sich dicht an die Wellenhülse 301 anlegt.
Somit befindet sich die Barrierenhülse 56 nicht länger zwischen
der zweiten Lippendichtung 234 und Wellenhülse 301,
und die zweite Lippendichtung 234 kehrt federelastisch
aus einem ersten vorbelasteten Zustand, d.h. dem Zustand, der durch
die Wechselwirkung mit der Barrierenhülse 56 bewirkt wurde,
zu einem belasteten Zustand in abdichtendem Angriff an der Wellenhülse 301 zurück. 16 stellt
die weitere Bewegung der Barrierenhülse 56 zur Freigabe
der dritten Lippendichtung 236 dar, damit sie sich abdichtend
an die Wellenhülse 301 anlegt,
d.h. um sich federelastisch von einem vorbelasteten zu einem belasteten
Zustand zu verschieben.
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17 stellt
den Zustand der Dichtungsvorrichtung 300 dar, nachdem alle
Lippendichtungen ausgefallen sind und die Wellenhülse von
der Welle gelöst
ist. Nach dem Lösen
wird die Wellenhülse nach
innen zurückgezogen,
um die Barrierenhülse 56 dicht
an einen O-Ring 303 anzulegen, der von der Wellenhülse 301 getragen
wird. In diesem Zustand ist die fluidtransportierende Maschine heruntergefahren
und im Wartezustand auf die Reparatur der Dichtungsvorrichtung 300.
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18 stellt
eine weitere alternative Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung dar, bei der eine in einem nicht betriebsbereiten
Vormontagezustand gezeigte Dichtungsvorrichtung 400 eine
an einer Welle 24 befestigte Wellenhülse 401 umgibt. Die Dichtungsvorrichtung 400 dieser
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist ähnlich
den zuvor beschriebenen Ausführungsformen,
mit Ausnahme dessen, was in der Beschreibung und/oder den Figuren
festgehalten ist. Die Dichtungsvorrichtung 400 umfasst
eine Stopfbuchse 420, die eine Lippendichtungsgruppe 426 mit
vier Lippendichtungen 428, 430, 432, 434 enthält. Diese
Ausführungsform 400 ist ähnlich der
Ausführungsform
der 6 – 9,
mit Ausnahme dessen, dass ein ringförmiger Kanal 440 zwischen
der zweiten und dritten Lippendichtung 430, 432 angeordnet
ist. Der ringförmige
Kanal 440 ist an einen radialen Kanal 442 und
eine Öffnung 444 angeschlossen
und wird dazu verwendet, um Spülflüssigkeit,
Kühlflüssigkeit,
Schmierflüssigkeit
und/oder Sperrflüssigkeit
zwischen die zweite und dritte Lippendichtung 430, 432 einzulassen.
Gleichermaßen ist
ein ringförmiger
Kanal 450, ein radialer Kanal 452 und eine Öffnung 454 zwischen
der dritten und vierten Lippendichtung 432, 434 vorgesehen
und wird dazu verwendet, um Spülflüssigkeit,
Kühlflüssigkeit, Schmierflüssigkeit
und/oder Sperrflüssigkeit
zwischen diese Lippendichtungen einzulassen.
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19 stellt
die Dichtungsvorrichtung 400 in einem betriebsbereiten
Montagezustand dar, wobei nur die erste Lippendichtung 428 abdichtend
an der Wellenhülse 401 anliegt. 20 stellt
die Vorrückbewegung
der Barrierenhülse 136 unter
Druck von Druckflüssigkeit
oder -gas aus der Öffnung 82,
dem Kanal 84 und der Kammer 86 dar, wie vorstehend
beschrieben wurde. Wie in 20 gezeigt
ist, befindet sich die Barrierenhülse 136 nicht länger zwischen
der zweiten Lippendichtung 430 und Wellenhülse 401, wodurch
die zweite Lippendichtung 430 federelastisch aus einem
vorbelasteten Zustand (in 19 gezeigt)
zu einem belasteten Zustand zurückkehren kann.
Auf diese Weise wird die zweite Lippendichtung 430 freigegeben,
um sich abdichtend an die Wellenhülse 401 anzulegen.
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21 stellt
die weitere Vorrückbewegung der
Barrierenhülse 136 unter
Druck von Druckflüssigkeit
oder -gas dar, die/das aus der Öffnung 82 durch den
Kanal 84 und in die Kammer 86, wie zuvor beschrieben,
zugeleitet wurde. Die Barrierenhülse 136 befindet
sich nicht länger
zwischen der dritten Lippendichtung 432 und der Wellenhülse 401,
und die dritte Lippendichtung 432 wird auf diese Weise
freigegeben, um sich abdichtend an die Wellenhülse 401 anzulegen. 22 stellt
die weitere Bewegung der Barrierenhülse 136 dar, wenn
die vierte Lippendichtung aus der Wechselwirkung mit der Barrierenhülse 136 befreit
wird und sich federelastisch von einem vorbelasteten Zustand zu
einem belasteten Zustand in abdichtendem Angriff an der Wellenhülse 401 verschieben
kann.
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Wie
in den aufeinanderfolgenden Bewegungen der 19, 20 und 21 gezeigt
ist, werden die Lippendichtungen 430, 432, 434 nacheinander
durch die Bewegung der Barrierenhülse 136 freigegeben,
um sich abdichtend an die Wellenhülse 401 anzulegen.
Bei der Freigabe jeder zusätzlichen
Lippendichtung durch die Barrierenhülse 136, bleiben die
erste Lippendichtung 428 und jede zuvor freigegebene/n
Lippendichtung/en in einem belasteten Zustand, wodurch diese Lippendichtung/en
weiterhin zur Dichtungsfunktionalität der Dichtungsvorrichtung 400 beitragen
kann/können.
In dieser Hinsicht dient/dienen die vorher freigegebenen Dichtung/en als
vorgeordnete, vorläufige
Drosselvorrichtungen für den
Leckdruck, der durch die zuletzt eingesetzte Dichtung geht, und
gewährt
somit Druckabfälle
auf dem Weg zur aktiven Dichtung. Dementsprechend besteht ein beachtenswertes
Merkmal der erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung
darin, dass man davon ausgehen kann, dass die Nutzdauer jeder darauffolgend
eingesetzten Lippendichtung länger sein
wird als diejenige der zuvor eingesetzten Dichtung, wobei sonst
alles gleich ist. Obwohl verschlissene Lippendichtungen unwirksam
sein können,
um eine Undichtigkeit von der Dichtungsvorrichtung 400 abzuhalten,
tragen solche verschlissenen Lippendichtungen doch weiterhin durch
ihre Wechselwirkung mit der Wellenhülse 401 über die
gesamte Betriebsdauer der Dichtungsvorrichtung 400 zur
Dichtungsfunktionalität
bei.
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23 stellt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
nach der vorliegenden Offenbarung dar, bei der eine Dichtungsvorrichtung 500 eine
Welle 24 umgibt. Diese zusätzliche beispielhafte Ausführungsform
ist ähnlich
der in den 11 und 12 dargestellten
Ausführungsform,
mit Ausnahme dessen, dass eine Stopfbuchse 520 vier Lippendichtungen 528, 530, 532 und 534 enthält. Die
erste und zweite Lippendichtung 528, 530 sind
die primären Lippendichtungen,
und die dritte und vierte Lippendichtung 532, 534 sind
Reservelippendichtungen. Ein ringförmiger Kanal 540 ist
zwischen der ersten und zweiten Lippendichtung 528, 530 angeordnet, der
in Fluidverbindung mit einem radialen Kanal 542 und einer Öffnung 544 steht.
Der ringförmige
Kanal 540, der radiale Kanal 542 und die Öffnung 544 können dazu
verwendet werden, eine Spülflüssigkeit zwischen
den Lippendichtungen 528, 530 zu übertragen
oder eine Kühl-,
Schmier- und/oder Sperrflüssigkeit
zwischen die Lippendichtungen 528, 530 einzuspritzen.
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Ein
ringförmiger
Kanal 560 ist zwischen der zweiten und dritten Lippendichtung 530, 532 angeordnet,
die in Fluidverbindung mit einem radialen Kanal 562 und
einer Öffnung 564 steht.
Der ringförmige Kanal 560,
der radiale Kanal 562 und die Öffnung 564 können dazu
verwendet werden, eine Spülflüssigkeit
zwischen den Lippendichtungen 530, 532 zu übertragen
oder eine Kühl-,
Schmier- und/oder Sperrflüssigkeit
zwischen die Lippendichtungen 530, 532 einzuspritzen.
Auch ist ein ringförmiger
Kanal 550 zwischen der dritten und vierten Lippendichtung 532, 534 angeordnet,
der in Fluidverbindung mit einem radialen Kanal 552 und
einer Öffnung 554 steht. Der
ringförmige
Kanal 550, der radiale Kanal 552 und die Öffnung 554 können dazu
verwendet werden, eine Spülflüssigkeit
zwischen den Lippendichtungen 532, 534 zu übertragen
oder eine Kühl-,
Schmier- und/oder Sperrflüssigkeit
zwischen die Lippendichtungen 532, 534 einzuspritzen.
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24 stellt
die Barrierenhülse 136 dar,
die schrittweise nach rechts um einen vorbestimmten Abstand vorrückt, was
der Freigabe einer Lippendichtung aus einem vorbelasteten Zustand
entspricht, d.h. einem Zustand, in dem die Barrierenhülse 136 sich
zwischen der dritten Lippendichtung 532 und der Wellenhülse 30 befindet,
wodurch die dritte Lippendichtung 532 freigegeben wird,
um abdichtend an der Wellenhülse 30 anzugreifen. 25 stellt
die Barrierenhülse 136 schrittweise
nach rechts um einen zusätzlichen
vorbestimmten Betrag zur Freigabe der vierten Lippendichtung 534 vorgerückt dar,
damit sie sich abdichtend an die Wellenhülse 30 anlegt.
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26 stellt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
nach der vorliegenden Offenbarung dar, bei der eine Dichtungsvorrichtung 600 eine
Modifizierung der in den 11 – 12 gezeigten Ausführungsform
aufweist. In dieser alternativen Ausführungsform sind allgemein bei 603 und 604 angegebene
Kanäle
und Öffnungen
zwischen der ersten und zweiten und der dritten und vierten Lippendichtung
angeordnet. Die Kanäle
und Öffnungen
sind typischerweise auf die wie beispielsweise im Hinblick auf die
Ausführungsform
von 13 beschriebene Weise gestaltet und angeordnet.
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27 stellt
eine weitere alternative Ausführungsform
nach der vorliegenden Offenbarung dar. Die Dichtungsvorrichtung 700 umfasst
eine Stopfbuchse 718, die eine an einer Welle 24 befestigte Wellenhülse 701 umgibt.
Die Dichtungsvorrichtung 700 ist in einem nicht betriebsbereiten
Vormontagezustand gezeigt. Nach dieser Ausführungsform ist ein manuell
betätigbarer,
außenliegender
Halter oder Ring 720 mit einer Barrierenhülse 726 verbunden. Die
Barrierenhülse 726 umfasst
einen Barrierenzylinder 728, der von unterhalb vorbelasteter
Reservelippendichtungen 732, 734 herausgezogen
werden kann, um die Lippendichtungen abdichtend an der sich drehenden
oder auf- und abgehenden Wellenhülse 701 angreifen
zu lassen. Ein zwischen den Reservelippendichtungen 732, 734 angeordneter
ringförmiger
Kanal 740 steht in Fluidverbindung mit einem radialen Kanal 742 und
einer Öffnung 744.
Der ringförmige
Kanal 740, der radiale Kanal 742 und die Öffnung 744 können dazu
verwendet werden, eine Spül-,
Kühl-,
Schmier- und/oder Sperrflüssigkeit
zwischen die Lippendichtungen einzuspritzen.
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28 stellt
die Dichtungsvorrichtung in einem an der Wellenhülse 701 montierten
Zustand dar. Die Wellenhülse 726 ist
ganz zurückgezogen,
d.h. herausgezogen, um sich nicht zwischen den Lippendichtungen 732, 734 und
der Wellenhülse 701 zu
befinden. Die Wellenhülse 701 ist
vollständig
ausgefahren und an der Welle 24 befestigt. 29 stellt
die Dichtungsvorrichtung 700 betriebsbereit an der Wellenhülse 701 dar,
wobei sich der Barrierenzylinder unter oder zwischen der zweiten
und dritten Lippendichtung 732, 734 befindet,
um diese vorzuspannen und sie außer Angriff an der Drehwellenhülse 701 zu bringen.
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30 stellt
den Barrierenzylinder 728 um einen Vorrückabstand nach außen verschoben
dar, um die erste Reservelippendichtung, d.h. die zweite Lippendichtung 732,
freizugeben. 31 stellt den Barrierenzylinder 728 um
einen zweiten Vorrückabstand
nach außen
verschoben dar, um die zweite Reservelippendichtung, d.h. die dritte
Lippendichtung 734, freizugeben. 32 stellt
eine Stirnansicht der Dichtungsvorrichtung 700 dar.
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Die 33 – 35 stellen
eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung dar. Mit Bezug auf 33 wirkt
eine Welle 810 so, dass sie sich innerhalb einer Durchtrittsöffnung 814 eines Gehäuses, eines
Kastens, einer Stopfbuchse oder eines anderen feststehenden Aufbaus 820 dreht
oder hebt und senkt. In der beispielhaften Ausführungsform der 33 – 35 kann
es sich bei der Welle 810 um eine Drehwelle in einer Kraftfahrzeugvorrichtung
handeln, wie einen Motor, einen Antriebsstrang, eine mit einer Kardanwelle
kombinierte Hinterachse, oder ein Getriebe. In einer solchen Konstruktion
kann der Aufbau 820 der Kasten oder das Gehäuse für eine solche
Kraftfahrzeugvorrichtung sein.
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Eine
erste Lippendichtungsbaugruppe 824 ist vom Aufbau 820 gehaltert.
Die erste Baugruppe 824 umfasst eine flexible Lippendichtung 828,
die von einem inneren und einem äußeren Haltering 832, 834 gehalten
werden. Die Lippendichtung 828 hat ein allgemein L-förmiges Profil
und einen Innendurchmesser, der so ausgewählt ist, dass er (im entspannten
Zustand) kleiner ist als ein Außendurchmesser
D der Welle 810. Die Baugruppe 824 ist durch herkömmliche
Einrichtungen wie Stifte, Befestigungsmittel, Presspassung, etc.
(nicht gezeigt) vom Aufbau 820 fest gehaltert, um eine
relative Drehung dazwischen zu verhindern.
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Eine
zweite Dichtungsbaugruppe 854 mit im Wesentlichen identischen
Elementen 828, 832, 834 ist mit einer
Barrierenhülse 858 versehen.
Die Barrierenhülse 858 besteht
vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, das für die Betriebsbedingung der Vorrichtung
geeignet ausgewählt
ist. Die Barrierenhülse 858 umfasst
ein zentrales Rohr 866 und einen Endflansch 868.
Das zentrale Rohr 866 umfasst eine oder mehrere axiale
Schwächungslinien
oder Bruchbereiche 872. Der Bruchbereich 872 kann
durch einen unterbrochenen Einschnitt oder eine längliche Kerbe,
die eine reduzierte Wandstärke
bildet, oder eine Perforationslinie oder ein anderes bekanntes Verfahren
gebildet sein.
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Wie
in den 33 und 34 dargestellt
ist, ist die zweite Dichtungsbaugruppe 854 an der Barrierenhülse 858 montiert.
Die entsprechende Lippendichtung 828 hat einen entspannten
Innendurchmesser S, der kleiner ist als der Außendurchmesser D der Welle,
und einen Außendurchmesser
U des zentralen Rohrs 866. Die entsprechende Lippendichtung 828 ist
federelastisch etwas geöffnet,
d.h. in einen Vorbelastungszustand versetzt, um über das zentrale Rohr 866 der
Barrierenhülse 858 zu
passen. Das zentrale Rohr 866 hat einen abgeschrägten vorderen Rand 866a,
um die Lippendichtung 828 beim Öffnen zu unterstützen. Das
zentrale Rohr 866 hat einen Innendurchmesser T, der größer ist
als der Außendurchmesser
D der Welle 810, um einen durchgehenden Spielraum bereitzustellen.
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Wie
in 35 noch dargestellt ist, ist die zweite Lippendichtungsbaugruppe 854 mit
der Barrierenhülse 858 zwischen
der Welle 810 und dem Aufbau 820 anstoßend an
die erste Lippendichtungsbaugruppe 824 eingesetzt. Um die
Baugruppe 854 und die Barrierenhülse 858 auf die Welle 810 zu schieben,
steht in diesem Stadium der Montage ein freies Ende 876 der
Welle 810 zur Verfügung.
Das zentrale Rohr 866 der Barrierenhülse 858 wird durch die
Lippendichtungsbaugruppe 854 und im Spezielleren durch
ein federelastisches Greifen der Lippendichtung 828 der
Baugruppe 854 automatisch zentriert, vorausgesetzt, die
Welle 810 ist selbst in der Wellendurchtrittsöffnung 814 des
Aufbaus 820 zentriert.
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Das
Dazwischensetzen des zentralen Rohrs 866 verhindert, dass
die Lippendichtung 828 der zweiten Lippendichtungsbaugruppe 854 die
Welle 810 berührt
oder abdichtend an ihr angreift. Die zweite Lippendichtungsbaugruppe 854 ist
auf dieselbe Weise innerhalb der Öffnung 814 des Aufbaus 820 gehalten
wie diejenige, die für
die erste Lippendichtungsbaugruppe 824 beschrieben wurde.
Die Barrierenhülse 858 ist
durch herkömmliche
Einrichtungen wie Befestigungsvorrichtungen oder Klammern (nicht gezeigt)
an Ort und Stelle gehalten. Alternativ kann die Barrierenhülse 858 auch
einfach nur durch Reibschluss durch die Lippendichtung 828 an
Ort und Stelle gehalten werden.
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35a stellt die zweite Lippendichtungsbaugruppe 854 in
ihrem dichtend angreifenden Einsatz dar, d.h., die dazwischenliegende
Anordnung des zentralen Rohrs 866 wurde aufgehoben und
die Lippendichtung 828 hat sich von einem vorbelasteten zu
einem belasteten Zustand in abdichtenden Angriff an der Welle 810 verschoben.
Wird beispielsweise eine durch die erste Lippendichtungsbaugruppe 824 bestehende
Undichtigkeit entdeckt, kann die Barrierenhülse 858 herausgezogen,
d.h. axial bezüglich der
Welle 810 bewegt und dadurch von der Lippendichtung 828 der
zweiten Lippendichtungsbaugruppe 854 getrennt werden. Die
Lippendichtung 828 verformt sich somit unter federelastischer
Rückstellkraft, um
die Welle 810 in abdichtender Weise zu berühren.
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Als
weiteres vorteilhaftes Attribut, das mit der in 35a veranschaulichten Gestaltung zusammenhängt, entfalten
sich beide Dichtungsbaugruppen 824, 854, d.h.
erstrecken sich federelastisch zur Welle 810 hin. Ungeachtet
dessen, dass die erste Lippendichtungsbaugruppe 824 nicht
so wirkt, dass sie eine eigenständige
Abdichtung mit der Welle 810 herstellt, wirkt die erste
Lippendichtungsbaugruppe nichtsdestoweniger in gewissem Maße so, dass
sie Undichtigkeit verhindert und ihre Wirksamkeit die Wirksamkeit
der in Einsatz befindlichen zweiten Dichtungsbaugruppe 854 steigert.
Beispielsweise wird durch die erste Dichtungsbaugruppe 824 ein
Druckabfall geschaffen, wodurch ein Beitrag zur Auslauffestigkeit
der zweiten Dichtungsbaugruppe 854 geleistet wird. Das
Ausmaß des
Druckabfalls hängt
von mehreren Faktoren ab, die den effektiven Fließspielraum
zwischen der ersten Lippendichtungsbaugruppe 824 und der
Welle 810 einschließen.
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Die
Barrierenhülse 858 kann
dann in der in 35a dargestellten Position entlang
des einen Bruchbereichs oder der mehreren Bruchbereiche 872 abgebrochen
und von der Welle 810 entfernt und entsorgt werden. Diese
Fähigkeit
des Abbrechens/Entfernens ist insbesondere dann wichtig, wenn eine
(schematisch dargestellte) angeschlossene oder angrenzende Vorrichtung 870 sonst
das Gleiten der Barrierenhülse 858 über ein
freies Ende der Welle 810 verhindern würde.
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Die
Verwendung der selektiv einsetzbaren zweiten Dichtungsbaugruppe 854 mit
der Barrierenhülse 858 vereinfacht
insofern vorteilhafter Weise einen Dichtungsaustausch, als die Vorrichtung 870 nicht
von der Welle 810 abgebaut zu werden braucht, um die zweite
Lippendichtung 828 einzusetzen. Die Barrierenhülse 858 ist
für eine
Verwendung in einem begrenzten Raum im axialen Maß vorzugsweise
relativ kompakt.
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Die
Verwendung der zweiten Lippendichtungsbaugruppe 854 und
Barrierenhülse 858 ist
besonders effektiv, wenn sie vom Oxiginalgerätehersteller als eine Einrichtung
zur Verlängerung
der Nutzdauer eines Dichtungssystems eingebaut werden. Soll beispielsweise
eine Dichtung 50.000 Meilen oder dergleichen halten, kann die Gesamtnutzdauer der
Doppellippendichtungen 824, 854 vorteilhafter Weise
die Nutzdauer des Dichtungssystems auf 100.000 Meilen und mehr ausdehnen.
Auch kann die zweite Dichtungsbaugruppe 854 eine effiziente
Umrüstkomponente
für nachträgliches
Hinzufügen
zu einer bestehenden ersten Dichtungsbaugruppe 824 sein.
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Eine
weitere beispielhafte Ausführungsform nach
der vorliegenden Offenbarung ist in den 36 – 42 schematisch
dargestellt. Mit Bezug auf 36 umfasst
eine Dichtungsvorrichtung 900 eine Barrierenhülse 902,
die aus zwei Hauptteilen besteht, einer Innenhülse 904 und einer
Außenhülse 906.
Die Innenhülse 904 kann
durch einen Tiefziehprozess hergestellt werden, um ein relativ dünnes, z.B.
0,010 Zoll dickes Teil bereitzustellen. Die Innenhülse 904 wird
allgemein an die Außenhülse 902 durch
Anschweißen,
Aufschrumpfen oder ein anderes herkömmliches Mittel angefügt oder
angebaut. Die Innenhülse 904 ist
vorzugsweise aus einem starken und robusten Material, z.B. 316-er
rostfreiem Stahl oder dergleichen, um eine ausreichende strukturelle
Intaktheit für
die wie hier beschriebene Funktion trotz ihrer relativ geringen
Dicke bereitzustellen.
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Die
Dichtungsvorrichtung 900 umfasst mehrere federelastische
Dichtungselemente 930. Jedes in 36 dargestellte
Dichtungselement ist eine Lippendichtung und ist anfänglich so
positioniert, dass die Barrierenhülse 902 zwischen einer
solchen Lippendichtung 930 und einer Kolbenstange 940 zu
liegen kommt. Somit befindet sich jede federelastische Lippendichtung 930 zu
Anfang in einem vorbelasteten Zustand, d.h. jede Lippendichtung 930 ist
so in der Innenhülse 904 angeordnet,
dass die federelastischen Lippendichtungen 930 etwas gedehnt
sind. Diese geringe radiale Vorbelastung lässt die Dichtungselemente auf
die Welle der Kolbenstange 940 sinken, sobald sich die
Lippendichtungen 930 in einer Betriebsposition außerhalb
(d.h. unabhängig
von) der sie zurückhaltenden
Innenhülse 904 befinden. Der
Spielraum 928 zwischen dem Innendurchmesser der Innenhülse 904 und
der Welle der Kolbenstange 940 ist typischerweise klein,
z.B. in der Größenordnung
von 0,008 Zoll.
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Obwohl
die beispielhafte Ausführungsform der 36 – 42 die
Dichtungsvorrichtung 900 in Verwendung mit der Kolbenstange 940 darstellt,
die für
eine Drehbewegung bezüglich
eines feststehenden Gehäuses
ausgelegt ist, ist die offenbarte Dichtungsvorrichtung 900 nicht
darauf beschränkt.
Statt dessen lässt
sich die Dichtungsvorrichtung 900 auch auf sich linear
bewegende Wellen anwenden, wie sie für gewöhnlich in einer Hubkolbenpumpe,
einem Kompressor (bei dem die abzudichtende Welle eine Kolbenstange
sein kann), einem Hydraulikkolben, einem Druckluftkolben, einem
Stellorgan oder dergleichen anzutreffen sind.
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Wie
in 36 noch gezeigt ist, ist ein Einsatz 908 an
der Einheit 910 angebaut und durch Elastomer 912 (z.B.
einem O-Ring) abgedichtet und durch eine Schraube 914 an
Ort und Stelle gehalten. Eine Hülse 902 wird
von einer Feststelleinrichtung an der Stelle angebracht und positioniert,
die eine Kugel 918 und eine Feder 922 umfasst.
Ein Elastomerteil 920 (z.B. ein O-Ring) dichtet die Feststelleinrichtung
ab, und die Feder 924 hält
die Feststelleinrichtung an Ort und Stelle. In der in 36 gezeigten
Position drückt die
Feder 922 die Kugel 918 in V-förmige Nuten 916a,
b, c. Mit der innerhalb der Nut 916a positionierten Kugel 918 befindet
sich keine der Lippendichtungen 930 in abdichtender Position,
d.h. jede Dichtung ist in einem vorbelasteten Zustand und keine
ist in abdichtendem Angriff an der Kolbenstange 940.
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Mit
Bezug auf 37 wurde die Barrierenhülse 902 axial
in Bezug auf die Kolbenstange 940 bewegt. Die Kugel 918 ist
nun in der Nut 916b positioniert, nachdem sie sich entgegen
der Vorbelastung der Feder 922 nach oben, um die axiale
Bewegung der Barrierenhülse 902 zu
erleichtern, und dann nach unten unter der Vorbelastung der Feder 922 in
die Nut 916b bewegt hat. In der in 37 dargestellten Position
hat die Innenhülse 904 der
Barrierenhülse 902 die
Lippendichtung 930a freigegeben, die sich federelastisch
in abdichtenden Angriff an der Welle der Kolbenstange 940 begeben
hat. Die Positionierung der Kugel 918 in der Nut 916b entspricht
der Freigabe der Lippendichtung 930a in abdichtenden Angriff
an der Kolbenstange 940 (wobei die übrigen Lippendichtungen 930 durch
die Barrierenhülse 902 außer abdichtenden
Angriff gehalten werden).
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38 stellt
eine weitere Bewegung der Barrierenhülse 902 dar, z.B.
wenn die Lippendichtung 930a versagt und Prozessflüssigkeiten
nun über
die Lippendichtung 930a hinaus auslaufen. Die Barrierenhülse 902 wird
so zu einer Position bewegt, dass die Lippendichtung 930b freigegeben
wird und federelastisch an der Kolbenstange 940 angreift.
In einer solchen Position ist die Kugel 918 in der Nut 916c positioniert
und die Lippendichtung freigegeben, um die Welle der Kolbenstange 940 abzudichten.
Festzuhalten wäre,
dass die Dichtungselemente 930, die nicht in Gebrauch und
in Vorhaltung befindlich sind, d.h. wobei sich die Barrierenhülse 902 zwischen
diesen Lippendichtungen 930 und der Kolbenstange 940 befindet,
weder durch die auslaufende Prozessflüssigkeit (da sie sich selbst
abdichten), noch durch die Atmosphäre verschmutzt werden können, weil sich
der O-Ring 920 aus Elastomer immer in einer abdichtenden
Position befindet.
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Die 38 – 42 zeigen
die sequentielle Bewegung der Barrierenhülse 902, wenn jedes
Dichtungselement, d.h. das Dichtungselement 930 versagt.
Besonders wäre
festzuhalten, dass, wenn jedes Dichtungselement 930 versagt,
das nächste
Dichtungselement 930 in der Folge, das in abdichtenden Angriff
an der Kolbenstange 940 gebracht wird, nicht denselben
Druck oder dasselbe Volumen antreffen wird wie das vorhergehende.
Dieses vorteilhafte Ergebnis ist darauf zurückzuführen, dass jedes Dichtungselement,
das versagt hat, immer noch dazu dienen wird, mit einer eingeschränkten Abdichtungsfähigkeit
abzudichten, wodurch ein Druckabfall von einer ausgefallenen zur
nächsten
Dichtung, usw., bewirkt wird.
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Es
wäre auch
festzuhalten, dass die Schraube 924 so positioniert ist,
dass sie keiner der Nuten 916 im Wege ist, die um den Umfang
des Einsatzes 908 ausgeschnitten wurden, und der O-Ring 920 aus Elastomer
immer dann abdichtet, wenn sich die Barrierenhülse 902 in der gewünschten
Position befindet. Die Abdichtung des O-Rings 920 wird
durch eine geeignete Dimensionierung erreicht, so dass der O-Ring 920 an
einer nicht mit Nuten versehenen Fläche auf dem Einsatz 908 angreift,
wenn die Kugel 916 in eine Nut 916 fällt. Die
Barrierenhülse 902 bewegt
sich rechtwinklig bezüglich
des Außendurchmessers
des Einsatzes 908, der selbst im rechten Winkel zur Mittellinie
der Welle der Kolbenstange 940 ist. Auf diesen strukturellen
Verhältnissen
beruhend, ist der Spielraum zwischen dem Innendurchmesser der Innenhülse 904 und
der Welle der Kolbenstange 940 sehr klein, und es sollte
niemals ein Kontakt zwischen den beiden Teilen stattfinden, ganz
egal, wie die Position der Barrierenhülse 902 auch sein
mag. Festzuhalten wäre,
dass sich die Barrierenhülse 902 jederzeit
bezüglich
der Kolbenstange 940 bewegen lässt, selbst wenn die Kolbenstange 940 in
Betrieb ist und von der Dichtungsvorrichtung 900 abgedichtet wird.
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43 stellt
eine weitere alternative Ausführungsform
nach der vorliegenden Offenbarung dar, bei der eine Dichtungsvorrichtung 1000 einen
Einsatz 1002 umfasst, in den drei Dichtungselemente 1004,
d.h. Lippendichtungen 1104a, 1004b und 1004c eingesetzt
sind. Wie in 43 dargestellt ist, hat sich
die Barrierenhülse 1006 zu
einem Punkt bewegt, an dem alle drei Lippendichtungen 1004 in
abdichtendem Angriff an einer Welle 1008 sind. Eine Feststelleinrichtung
ist durch den Einsatz 1002 und die Barrierenhülse 1006 gebildet,
so dass eine Kugel 1010 durch eine Feder 1014 in
eine Nut 1012 gedrückt
wird. Ein O-Ring 1016 dichtet den Einsatz 1002 gegenüber der
Barrierenhülse 1006 ab.
Festzuhalten wäre,
dass die Barrierenhülse 1006 jederzeit bezüglich der
Welle 1008 bewegt werden kann, selbst wenn die Welle 1008 in
Betrieb und durch die Dichtungsvorrichtung 1000 abgedichtet
ist.
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44 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung, bei der eine Dichtungsvorrichtung 1100 in
eine Pumpe 1150 eingebaut ist. Fünf Dichtungselemente 1102 sind
in einem Einsatz 1104 angebracht, um eine an einer Pumpenwelle 1154 angebrachte
Hülse 1152 abzudichten.
Wie in 44 gezeigt ist, wurden drei
Dichtungselemente 1102a, 1102b und 1102c von
der Barrierenhülse 1106 freigegeben,
um abdichtend an der Hülse 1152 anzugreifen.
Die Barrierenhülse 1106 verbleibt
zwischen den übrigen
Dichtungselementen 1102d, 1102e und der Hülse 1152 der
Pumpe 1150. Eine Feststelleinrichtung, die vom Aufbau her
den mit Bezug auf die vorstehenden Ausführungsformen beschriebene Feststelleinrichtungen ähnelt, ist
zwischen dem Einsatz 1104 und der Barrierenhülse 1106 ausgebildet.
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45 stellt
eine weitere Ausführungsform nach
der vorliegenden Offenbarung dar, bei der eine Dichtungsbaugruppe 1200 einen
Einsatz 1202 verwendet, der in einem Gassystem in Gebrauch
ist, d.h., das hermetisch abzudichtenden Prozessfluid ist gasförmig. Die
Dichtungselemente sind segmentierte Gasdichtungsringe 1204.
Die Ringe 1204 bestehen allgemein aus drei Segmenten und
werden mittels in sich geschlossener, ringförmiger Schraubenfedern 1206 zusammengehalten.
Die Schraubenfedern 1206 wirken auch so, dass sie Gasdichtungsringe 1204 dicht
an der Kolbenstange 1250 einer Kompressorwelle oder einer ähnlichen
abzudichtenden Welle anliegend halten. Die Dichtungsringe 1204 sind
allgemein aus einem Material wie Gusseisen, Kohlenstoff oder einer
Kombination aus Kohlenstoff und Teflon hergestellt. Die Dichtungsringe
sind typischerweise übereinander
(oder Seite an Seite) angeordnet, und der Druck des abzudichtendes
Gases bestimmt im Allgemeinen die Anzahl von Dichtungsringen, die im
Gebrauch einzusetzen sind.
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Wie
in 45 dargestellt ist, sind alle Dichtungsringe 1204 in
der inneren Barrierenhülse 1208 enthalten
und gelagert. Somit befinden sich die Dichtungsringe 1204 in
einem vorbelasteten Zustand und werden durch die Schraubenfedern 1206 zur
Kolbenstange 1250 hin gedrückt. Mit Bezug auf 46 wurde
die Barrierenhülse 1208 bezüglich der
Kolbenstange 1250 bewegt, wodurch der Dichtungsring 1204a unter
der Vorspannung der Schraubenfeder 1206a abdichtend an
der Kolbenstange 1250 angreifen kann. Eine Feststelleinrichtung 1212 setzt
die Barrierenhülse 1208 vorübergehend
in der gewünschten
Position bezüglich
der Kolbenstange 1250 fest, d.h. wobei der Dichtungsring 1204a die Kolbenstange
abdichtend angreift und die übrigen Dichtungsringe
aufgrund der sich dazwischen befindlichen Barrierenhülse an einer
Wechselwirkung mit der Kolbenstange 1208 gehindert sind.
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Somit
werden die übrigen
Dichtungsringe 1204b, 1204c, 1204d, 1204e und 1204f im
Inneren der Barrierenhülse 1208 in
einem etwas gedehnten, d.h. vorbelasteten Zustand zurückgehalten.
Sobald sie von der inneren Barrierenhülse 1208 freigegeben werden,
belastet bzw. drückt
die dazugehörige Schraubenfeder 1208 den
Dichtungsring auf und um die Welle der Kolbenstange 1250 in
eine Betriebsposition außerhalb
der Barrierenhülse 1208.
Ein abdichtender O-Ring 1210 stellt eine Abdichtfunktion bereit,
die mit den O-Ringen vergleichbar ist, die hier mit Bezug auf vorhergehende
Ausführungsformen beschrieben
wurden.
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Die 47 – 51 stellen
die Bewegung der Barrierenhülse 1208 in
der Abfolge dar, wenn jedes nachfolgende Dichtungselement, d.h.
der Dichtungsring 1204, undicht zu werden beginnt und der nächste Dichtungsring
eingereiht wird. In 51 sind nun alle Dichtungselemente
mit der Welle der Kolbenstange 1250 in Kontakt. Festzuhalten
wäre, dass die
Barrierenhülse 1208 jederzeit
bezüglich
der Welle der Kolbenstange 1250 bewegt werden kann, selbst wenn
die Kolbenstange 1250 in Betrieb und durch die Dichtungsvorrichtung 1200 abgedichtet
ist.
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Mit
Bezug auf die 52 – 53 sind
bevorzugte Aspekte einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Zunächst werden mit Bezug auf die 52a und 52b eine
Front- und eine Seitenansicht einer Stopfbuchse 1300 bereitgestellt,
bei der vier Fingerabschnitte 1302 einen Flansch 1304 bilden.
Mit weiterem Bezug auf die 53a und 53b werden eine Front- und eine Seitenansicht
einer bevorzugten Hülse 1350 bereitgestellt.
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Die
Hülse 1350 umfasst
vier beabstandete Öffnungen 1352,
die im Hülsenkörper 1354 ausgebildet
sind. Die Fingerabschnitte 1302 sind so gestaltet, dass
sie ein Gleitlagerverhältnis
mit der Hülse 1350 bereitstellen,
wobei sie in einem Positiv-/Negativverhältnis durch
die beabstandeten Öffnungen 1352 hindurchgehen.
Somit kann die Hülse 1350 in
einem Positiv-/Negativverhältnis über die
Fingerabschnitte 1302 der Stopfbuchse 1300 gleiten,
wobei sich eine Barrierenhülse 1404 davon
erstreckt.
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Mit
Bezug auf 54 ist ein beispielhafter Dichtungslippeneinsatz 1400 nach
der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Der Dichtungslippeneinsatz 1400 ist
in einer Stopfbuchse, wie sie im Stande der Technik bekannt ist,
eingebaut. Die Lippendichtung 1402a ist in abdichtendem
Angriff an einer an einer Welle 1452 befestigten Hülse 1450.
Die übrigen
Lippendichtungen 1402b, 1402c und 1402d werden
in der inneren Barrierenhülse 1404 zurückgehalten, d.h.
die Barrierenhülse 1404 befindet
sich zwischen den übrigen
Lippendichtungen, um sie in einem vorbelasteten Zustand von der
Hülse 1450 beabstandet zu
halten.
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Mit
Bezug auf die 55 – 57 hat
sich die Barrierenhülse 1404 nach
und nach so bewegt, dass die Lippendichtungen 1402b, 1402c und 1402d nacheinander
aus ihren vorbelasteten Zuständen freigesetzt
werden, um abdichtend an der Hülse 1450 anzugreifen.
Jede nachfolgende Lippendichtung 1402 wird von der Barrierenhülse 1404 freigegeben, wenn
die vorhergehende Lippendichtung versagt, bis die letzte Lippendichtung 1402d zum
Einsatz kommt (57). Die Auslegung des Lippendichtungseinsatzes 1400 ist
besonders bei Anwendungen vorteilhaft, bei denen ein eingeschränkter Raum
für axiale
Bewegung der Barrierenhülse 1404 besteht,
der auf dem Raumerhalt beruht, der durch die vorstehend beschriebenen
ineinandergreifenden Positiv-/Negativverhältnisse erzielt wurde.
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Mit
weiterem Bezug auf 57 ist die Barrierenhülse 1404 in
einer voll ausgefahrenen Konfiguration dargestellt und liegt an
einem Anschlagring 1410 an. Die Barrierenhülse 1404 hat
einen guten Abstand vom ersten Hindernis 1454, das mit
der Stopfbuchsen-/Pumpenbaugruppe zusammenhängt, in der sie arbeitet. Der
Spielraum zwischen dem Außendurchmesser
des Fingerabschnitts 1302 und dem Innendurchmesser des
Hülsenkörpers kann bis
zu 0,002 Zoll klein sein. Der Spielraum zwischen dem Außendurchmesser
der Barrierenhülse 1404 und
dem Innendurchmesser des Flanschs 1304 der Stopfbuchse 1300 kann
bis zu 0,002 Zoll klein sein. Diese engen Spielräume ermöglichen es der Barrierenhülse 1404,
axial frei entlang der Länge
der Fingerabschnitte 1302 zu gleiten und gleichzeitig den
erforderlichen Spielraum zwischen der Barrierenhülse 1404 und der Hülse 1450 einzuhalten.
Und zwar stellen solche Spielräume
sicher, dass kein Kontakt zwischen der Barrierenhülse 1404 und
dem Flansch 1304 hergestellt wird, ganz gleich, wie die
axiale Position der Barrierenhülse 1404 auch
sein mag. Der Außendurchmesser
der Fingerabschnitte 1302 im Bereich 1302a kann
mit einer Auskehlung versehen sein, um eine von einer Feststellfeder
beaufschlagte Kugel zur korrekten Positionierung der Barrierenhülse 1404 bezüglich der
Lippendichtungen 1402 aufzunehmen.
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Mit
Bezug auf 58 ist ein an einem Ende der
Hülse 1450 angebrachter
Elastomerwulst 1460 dargestellt. Wenn sich die Barrierenhülse 1404 wie
in 58 gezeigt voll nach links bewegt hat, kann sie gegen
den Elastomerwulst 1460 abdichten. Diese Betriebsausrichtung
kann dann wünschenswert
sein, wenn der Dichtungslippeneinsatz nicht in Gebrauch ist. Auf
diese Weise dichtet der Elastomerwulst 1460 den Lippendichtungseinsatz
in einer solchen nicht in Betrieb befindlichen Konfiguration wirksam
ab.
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Mit
Bezug auf die 59 – 63 ist
eine weitere Dichtungsvorrichtungsausführungsform nach der vorliegenden
Offenbarung dargestellt. Eine Dichtungsvorrichtung 1500 umfasst
eine Stopfbuchse 1516 und ein Barrierenelement, das von
einer Barrierenhülse 1504 und
einem Barrierenflansch 1502 gebildet ist. Die Barrierenhülse 1504 ist
in axialer Ausrichtung mit einer Welle 1550 mit Verstärkungsschulter,
die dazu ausgelegt ist, in eine Stopfbuchse einer Pumpe oder dergleichen
eingebaut zu werden. Wellen mit Verstärkungsschultern kommen häufig in
vielen Pumpenarten vor und nutzen typischerweise das Pumpenlaufrad
zum Drehantrieb. Federelastische Lippendichtungen 1506a, 1506b, 1506c, 1506d sind in
einem Einsatz 1520 untergebracht und erstrecken sich zur
Wellenhülse 1550 hin.
In der in 59 dargestellten Position greift
die federelastische Lippendichtung 1506a abdichtend an
der Wellen 1550 mit Verstärkungsschulter an, während die
Barrierenhülse 1504 sich
zwischen den Lippendichtungen 1506b, 1506c, 1506d und
der Wellenhülse 1550 befindet. Ein
O-Ring 1508 ist
zwischen der Barrierenhülse 1504 und
einer Stopfbuchse 1516 positioniert, um dazwischen abzudichten.
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Mit
weiterem Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform der 59 – 63 erstrecken sich
eine Reihe von Führungsstiften 1510 durch
aufgereihte Öffnungen,
die im Barrierenflansch 1502 und der Stopfbuchse 1516 ausgebildet
sind, um die axiale Bewegung der Barrierenhülse 1504 zu führen und
die Bewegung und/oder Positionierung der Barrierenhülse 1504 bezüglich der
Stopfbuchse 1516 einzugrenzen. Somit grenzen die Führungsstifte 1510 die
Bewegung und/oder Positionierung der Barrierenhülse 1505 bezüglich der
Lippendichtungen 1506 wie hier beschrieben ein. In einer
bevorzugten Ausführungsform
der Dichtungsvorrichtung 1500 werden drei Passstifte 1519 verwendet,
wobei die drei Stifte 1510 120 Grad voneinander angeordnet sind.
Eine Reihe von Auskehlungen 1512 ist in jedem Stift 1510 ausgebildet,
und für
jeden Stift 1510 ist typischerweise eine federelastische
oder federkraftbeaufschlagte Klammer 1514 zum Zusammenwirken mit
einer geeigneten Auskehlung 1512 vorgesehen, um die relative
Lage der Barrierenhülse 1504 festzulegen.
Wie in 59 gezeigt ist, ist die Klammer 1514 auf
die Auskehlung 1512c aufgesetzt, wodurch die Positionierung
der zwischen den Lippendichtungen 1506b, 1506c, 1506d und
der Wellenhülse 1550 befindlichen
Barrierenhülse 1505 festgelegt
wird.
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Die
im Barrierenflansch 1502 ausgebildeten Öffnungen stellen vorzugsweise
bezüglich
der durch sie hindurchgehenden Stifte 1510 einen Spielraum von
ca. 0,001 Zoll bereit, und die in der Stopfbuchse 1516 ausgebildeten Öffnungen
stellen vorzugsweise eine Presspassung von ca. 0,001 Zoll bezüglich des dazugehörigen Führungsstifts 1510 bereit.
Beim Ausbilden der Öffnungen,
und um eine einfache Beweglichkeit ohne Hemmnis zu erzielen, werden
der Barrierenflansch 1502 und die Stopfbuchse 1516 vorzugsweise
zusammen positioniert und festgeklemmt. Dann werden die Öffnungen
allgemein gebohrt und der Reihe nach durchgerieben. Es sind auch
andere Herstellungsmittel denkbar und die Offenbarung soll nicht
auf die vorstehenden Herstellungsmittel eingeschränkt werden.
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Mit
weiterem Bezug auf 59 ist zu Anfang ein gespaltener
Zentrierungsring 1518 zwischen der Barrierenhülse 1504 und
der Wellenhülse 1550 positioniert.
Der Zentrierungsring 1518 ist dazu ausgelegt, in einem
Auskehlungsbereich 1552 mit reduziertem Durchmesser zu
gleiten, der in der Wellenhülse 1550 ausgebildet
ist. Der Außendurchmesser
des langgestreckten Abschnitts des gespaltenen Zentrierungsrings 1518 ist
allgemein ca. 0,001 Zoll kleiner als der Innendurchmesser der Barrierenhülse 1504. Der
Innendurchmesser des gespaltenen Zentrierungsrings ist allgemein
ca. 0,001 Zoll größer als
der Außendurchmesser
der Wellenhülse 1550 im
Auskehlungsbereich 1552. Diese relativ engen Toleranzen
stellen sicher, dass die Barrierenhülse 1504, wenn die
Dichtungsvorrichtung 1500 in die Stopfbuchse der Pumpe
eingebaut ist und die Stopfbuchsenschrauben angezogen sind (nicht
gezeigt), vorteilhafter Weise den gewünschten Spielraum von ca. 0,010
Zoll zwischen der Barrierenhülse 1504 und
der Wellenhülse 1550 einhält. Wie
in 60 gezeigt ist, kann der gespaltene Zentrierungsring 1518,
sobald die Schrauben angezogen worden sind, entfernt werden und
dann ist das System betriebsbereit.
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61 zeigt einen in die Stopfbuchse 1516 eingebauten
Lippendichtungseinsatz. Eine Gewindeöffnung 1554 erleichtert
den Einbau der Wellenhülse 1550.
Die 62 und 63 stellen
die Dichtungsvorrichtung 1500 dar, wobei ein O-Ring 1530 aus Elastomer
im Barrierenflansch 1502 positioniert ist. Mit besonderem
Bezug auf 63 wird die Barrierenhülse 1504,
sobald die letzte Lippendichtung 1506d versagt hat und
die Pumpe heruntergefahren ist, ganz nach außen bewegt, und der O-Ring 1530 aus
Elastomer dichtet gegen eine Schulter 1556 ab, die angrenzend
an den Auskehlungsbereich 1552 in der Wellenhülse 1550 ausgebildet
ist. Das abdichtende Verhältnis
zwischen dem O-Ring aus Elastomer 1530 und der Wellenhülse 1550,
d.h. wobei sich die Wellenhülse 1550 in
einem feststehenden Zustand befindet, schließt das Prozessfluid vorteilhafter
Weise ab.
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Obwohl
die vorliegende Offenbarung ausführliche
Beschreibungen mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen bereitstellt,
sollte klar sein, dass verschiedene Modifizierungen und Änderungen
am Aufbau, an der Anordnung und am Betrieb des hier offenbarten
Dichtungssystems vorgenommen werden können, ohne dass dabei vom Rahmen
der Erfindung abgewichen würde,
wie sie durch die beigefügten
Ansprüche
und angemessene Äquivalente
davon definiert ist. Beispielsweise kann für jede der Öffnungen, jeden der radialen
und ringförmigen
Kanäle,
die zum Einspritzen von Spül-,
Kühl-,
Schmier- und/oder Sperrflüssigkeit
zwischen Lippendichtungen verwendet werden, ein entsprechender radialer
Auslasskanal und eine entsprechende Auslassöffnung vorgesehen werden, um
einen Durchflussflüssigkeitskreislauf
bereitzustellen. Andere Varianten werden dem Fachmann auf dem Gebiet
aus der ausführlichen
Beschreibung und den hier bereitgestellten Zeichnungen klar werden.