-
Schleifringdichtung Gegenstand der 1?rfindung ist eine selbsttätige
Abdichtung für Wellen hoher Drehzahl; sie hat den G\veck, die Welle bei ihrem Durchtritt
durch eine Wandung derart al>zttdichten, daß in keinemAugenblick während des Betriebs,
des Stillstands, des Anfahren,-, oder Stillsetzens das die Welle auf der einen Seite
der Wandung umgehende Mittel auf die andere Seite übertreten kann.
-
Wellenablichtungen für den genannten Zweck sind an sich schon laekannt.
Sie bestehen meistens aus je einer besonderen Dichtung für den Drehzustand ttnd
den Stillstand. Beide Dichtungen sind aber auch manchmal mehr oder weniger miteinander
vereinigt. Für den Stillstand wird vielfach eine \'etttilsitz<liclitttng angewendet,
deren Dichtflächen zur Vermeidung eines allzu raschen Verschleißes oder gar der
Zerstörung im Drehzustanid durch den Druck der Dichtflüssigkeit auseinandergehalten
werden Der zwischen den beiden Dichtflächen der Ventilsitzdichtung entstehende Flüssigkeitsfilm
dient hierbei zur Abdichtung im Drehzustand. Die Unterdrucksetzung der Dichtflüssigkeit
geschieht von außen her z. B. durch eine Pumpe. Da der Flüssigkeitsfilm jedoch nur
bei geringen Druckunterschieden eine sichere Abdichtung gewährleistet, sind Dichtungen
dieser Bauart zur Abdichtung gegen größere Druckunterschiede, wie sie z. B. bei
Vakuumkompressoren oft unvermeidlich sind, nicht geeignet. Andere Wellendichtungen
hingegen, welche auch im Drehzustand gegen
größere Druckunterschiede
abzudichten vermögen, sind sehr umständlich, besonders bezüglich der Vorrichtungen
für die Steuerungen der Stillstandsdichtung, wodurch die Zuverlässigkeit der Dichtung
erheblich beeinträchtigt wird, ganz abgesehen von (lern großen Bauaufwand, den hohen
Kosten der Dichtung und der manchmal noch nicht einmal erreichten voll selbsttätigen
-\r11c#itsweise der Dichtung.
-
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Wellendichtung für hohe Drehzahlen,
welche auch im Drehzustand zur Abdichtung gegen größere Druckunterschiede bestens
geeignet ist und dabei äußerst einfach und betriebssicher ist. Die neue Wellenahdichtung
besteht aus einer Flüssigkeitsringdiclitung für den Drehzustand und einer Schleifringdichtung
für die :'#,1).dichtuiig im Stillstand und im Bereich niedriger Drehzahlen. Beide
Dichtungselemente sind ;in siel( bekannt. Ihre Anwendung allein ergibt auch noch
keine lie3onderen Vorteile gegenüber den bisher bekannten Wellenabdichtungen. Solche
Vorteile, die im folgenden noch näher beschrieben werden, ergeben sich erst dadurch,
daß erhndrungsgemäl3 die Unterdrucksetzung der Dichtflüssigkeit finit I i i l fe
des umlaufenden Schleifringes erfolgt, der zu diesem Zweck als Schleuderring ausbildet
ist.
-
(#e Die Erfindung sei an Hand des in den Abb. i und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch
die Wellenabdichtung. Die axial beweglichen "feile sind in jener Stelluti@g gezeichnet,
welche sie ini Drehzustand einnehmen, i ist die Welle beispielsweise eines Turboverdichters
und 2 das Lagergehäuse, in welches die Wellenabdichtung eingebaut ist. Die Kammer
3 steht unter dem Gasdruck des Arbeitsinlttels des Turboverdichters. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß dieser Druck Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck
ist. Durch die Bohrung ,I wird erreicht, daß (las Lager 5 an beiden Enden unter
demselben Druck, nämlich dem Gasdruck der Kammer 3, steht, damit die gleichmäßige
Verteilung der Schmierflüssigkeit Tiber die ganze Lagerlänge nicht gestört wird.
Die vom Lager ablaufende Schrnierflüssigkeit gelangt in die .Kammer 6, die zusammen
mit clem Schleuderring 7 die Flüssigkeitsringdichtung bildet. In dem Ausführungsbeispiel
wird also die Schniierflüssig'keit für das Lager gleichzeitig als Dichtflüssigkeit
der Wellendichtung verwendet. Der Schleuderring 7, der mit der Welle fest verbunden
ist, bringt die in der Kammer 6 befindliche Flüssigkeit in Drehbewegung, wodurch
sie infolge der F liehkraftwirkung nach außen geschleudert wird und dort einen wirksamen
F lüssigkeitsverschluß bildet. Zur Aufnahme des abzudichtenden Druckunterschieds
ist die Höhe des rotierenden Flüssigkeitsringes zu beiden Seiten des Ringes 7 verschieden.
Bezeichnet di den Innendurchmesser des mit der Winkelgeschwindigkeit (oo rotierenden
Vlüssigkeitsringes auf der Seite niederen Drucks, (l, denjenigen auf der Seite höheren
Drucks, ;, das spezifische Gewicht der Dichtflüssigkeit, g die Erdbeschleunigung,
-9" den abzudichtenden Druckunterschied, so ergibt sich
Damit nun die in der Flüssigkeitsringdichtung erzeugte Reibungswärme abgeführt werden
kann, ist ein ständiger Durchfluß der Dichtflüssigkeit erforderlich. Dieser Durchfluß
der Dichtflüssigkeit wird dadurch erreicht, daß der Innendurchmesser d des Schleifringes
8 gröl er als d2' gewählt wird. An Hand der Abb. 2, in welcher die beiden Schleifringe
in größerem Maßstab lierausgezeichnet sind, sei diese -.Maßnahme n-ilier erl:ititert.
Es werde angenommen, daß ;ich der Flüssigkeitsring zur Aufnahme des Druckunterschiedes
so eingestellt habe, claß d i' und dz' die Innendurcliniesser des Flüssigkeitsringes
sind, was also ebenso wie in Abb. i ein Abdichten gegen l rnterdrucl; bedeutet.
Wäre nun der Innendurchmesser (les Schleifringes b kleiner als d,', wie dies in
A11). 2 gestrichelt angedeutet ist, so wäre ein )urclifluß der \-om Lager zufließenden
t)ichtfliissigkeit nicht möglich. Ist der Innendurchmesser des Schleifringes 5 aber
entsprechend der roll ausgezogenen Begrenzung in Abb. 2 größer als der I)urcliniesser
d,', nämlich gleich dz, so erfolgt vom Lager aus ein ständiger Durchfluß der Dichtflüssigkeit.
L diesem Fall wird nämlich durch den lnn<#ndurcliniesser des Schleifringes h
der Innenduri#limesser des Flüssigkeitsringes vorgeschrieben, \\-elclier et\\ a
gleich d2 sein muß. Da der abzudichtende Druckunterschied derselbe ist, vergrößert
sich der Intiendurclimesser di des Flüssigkeitsringes auf der anderen Seite des
Schleifringes deinentsprecliend auf d, Jede voni Lager zufließende Flüssigkeitsmenge
stört dieses Gleichgewicht und hat ein l'berfließen einer gleich großer- Menge der
Dichtflüssigkeit auf der anderen Seite des Schleif- inges zur Folge. Da di der kleinste
Innendurcliniesser des Flüssigkeitsringes auf der Lagerseite des Schleifringes ist,
muß also der Innendurchmesser des Schleifringes größer als d; sein, damit der beabsichtigte
Durchfluß der Dichtflüssigkeit zustande koninit. Ist der Schleifring exzentrisch,
so inuß d ',- 2 e>d2 sein, wenn e
die Exzentrizität des @clileifringes
ist.
-
Der Flüssigkeitsring steht durcli,den Ringspalt io mit der Kammer
i i in Verbindung. Im Betrieb ist der Druck der Dichtflüssigkeit in der Kammer i
i so groß, dali der Schleifring S entgegen den von dein Federkörper 12 und
der Feder 13 ausgeübten Kräften gegen den Deckel 1I gedrückt wird und der
Schleuderrilig 7 frei iu der LCaninier 6 rotieren kann. Wenn nun z. B. Heini Stillsetzen
der Maschine die Drehzahl sich verringert, so sinkt der Flüssigkeitsdruck in der
lianiiner i i und der Schleifring S legt sich allmiililicli gegen dien Schleuderring
7 an. hierbei wird mit al>iielimeiider Drehzahl der Anpreßdruckder Schleifringdichtung
immer größer. Im Stillstand, wenn in der Kammer i i der gleiche Druck wie in der
1,#ainnier 3 Herrscht, der ja für das beschriebeie l@eispiel ein Uliterdruck sein
soll, ergibt sich die gl-öf.itc :\upreßkraft, da dann der
äußere
Vberdruck voll wirksam ist. Ein gutes Anliegen des Schleifringes 8 an dem Schleuderring
7 @vird dadurch gewährleistet, daß der zylin-<Irische K<irler 9, in den der
Schleifring 8 eingesetzt ist, durch den Lederkörper 12 elastisch mit dem (.relüitisc
2 verl)tin(len ist. Durch den Zusammenbau der Schleifring- mit der Flüssigkeitsringdichtung
ist ferrici eine reichliche Zufuhr von Schmierflüssigkeit für den Schleifring sichergestellt
und eine gute Verteilung der Schmierflüssigkeit kann schließlich durch eire geringe
Exzentrizität des Schleifringes erreicht werden.
-
I)as :\tiseinanderhalten der für die Abdichtung im Stillstand \-or-geselienen
Dichtung geschieht natürlich auch lei <lern Gegenstand der Erfindung durch den
Druck der l)ichtfli.issigkeit. Das beschriebene, \orteilhafte Zusammenarbeiten von
Schleifring- und Flüssigkeitsringdichtung käme aber nicht zustande, wciin die Dichtflüssigkeit
von außen z. 13. durch eine Punipe unter Druck gesetzt würde und dieser Druck zum
Auseinanderhalten der Schleifringe im Drehzustand herangezogen würde. Es könnte
dann z. 13. beim Anfahren der Fall eintreten, daß die Schleifringe schon voneinander
getrennt sind und die 1,' liissigkeitsdichtung wegen einer zu geringen 1)relizalil
die Abdichtung noch nicht übernehmen kann. Diese Möglichkeit ist beim Gegenstand
der Erfindung ausgeschlossen, weil die Unterdrucksetzung der 1)ichtfliissigkeit
mit Hilfe des umlaufenden Schleifringes erfolgt und der Schleifring mir dann abgehoben
wird, wenn die Uliissigkeitsringdichtung die Abdichtung übernehnien kann.
-
l)as N-orteilhafte Zusammenarbeiten zwischen dtv hlüssigkeitsring-
und der Schleifringdichtung leschr;inkt sich also nicht nur auf das Gebiet hoher
1)i-elizalilcn, sondern auch auf das Gebiet mittlerer und geringer Dreh zahlen,
cla in demselben Maße, in dem finit geringer werdender Drehzahl die Wirksamkeit
der hlüssigkeitsringdichtung nachläßt, der Anpreßdruck der Schleifringdichtung sich
erhöht, \@olei gleichzeitig die finit sinkender Umfangsgcschwindigkeit mögliche
I?rhöhung der Flächenpressung des Schleifringes ausgenutzt wird. Auch sclixN-anl;(#n(leii
1)riicken der die Welle auf beiden Seiten der I )ichtung tinigelenden Mittel vermag
sich di<# .\iil» -el.ll;raft der Schleifringdichtung weitgehend anzupassen, da
die Größe der Anpreßkraft von der Größe des abzudichtenden Druckunterschiedes abhängig
ist. Die Wirksamkeit der beschriebenen Wellenabdichtung ist daher in keinem Augenblick
während des Betriebs, des Stillstands, des Anfahrens oder Stillsetzens in Frage
gestellt.
-
Die Anwendung der Erfindung ist insbesondere in jenen Fällen gedacht,
bei denen beide Mittel, deren Übertritt verhindert werden soll, gas- oder dampfförmig
sind. Der Erfindungsgedanke ist aber auch dann anwendbar, wenn eines der beiden
Mittel flüssig ist. Sind beide Mittel flüssig, so sind unter Anordnung einer Laterne
zwei Dichtungen erforderlich.
-
In dein beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Wellenabdichtung
dicht an das Lager herangebaut. Hierdurch ergeben sich einige Vorteile, wie kurze
Baulänge und einfache Zufuhr der Dichtflüssigkeit zur Wellenabdichtung. Die beschriebene
vorteilhafte Wirkungsweise der Wellenabdichtung wird jedoch in keiner Weise beeinflußt,
wenn Lager und Wellenabdichtung voneinander getrennt werden.- Ebenso können natürlich
für die Schmierflüssigkeit des Lagers und für die Dichtflüssigkeit der Wellendichtung
verschiedene Flüssigkeiten verwendet werden.