WO2005047741A2 - Vorrichtung und verfahren zum führen zumindest zweier strömungsmittel - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum führen zumindest zweier strömungsmittel Download PDF

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WO2005047741A2
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    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/40—Properties
    • F04C2210/42—Properties magnetic or ferromagnetic; Ferrofluids

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for guiding at least two different fluid pressures according to the preamble of claim 1.
  • Double systems with barrier media - for example double-acting mechanical seals - may reduce the leakage or replace the leakage of the pressure fluid with the leakage of a less harmful barrier fluid.
  • a canned motor the motor is part of the machine, the apparatus or the device, for example often used in a pump.
  • the stator is positioned on the low pressure side of the pump and isolated from the high pressure side by a non-magnetizable can.
  • the rotor is inside the high pressure side of the pump. The torque is transmitted from the stator to the rotor without contact via electromagnetic forces through the can.
  • the magnetic coupling which is also common in pump construction, works on a similar principle, but instead of a stator winding there is an external rotor with an arrangement of permanent magnets on the low-pressure side of the pump, which is opposed by a corresponding arrangement of permanent magnets or an induction cage or ring on the rotor side ,
  • the outer rotor is connected to a conventional motor that generates the torque that is transmitted to the rotor via magnetic field lines - again without contact.
  • the two coupling elements are usually pressure-insulated from each other by a cup-shaped housing element, a containment shell.
  • a magnetizable liquid - usually a dispersion of the finest ferromagnetic particles with the help of an auxiliary in a carrier - forms an extremely flexible and adaptable impermeable sealing element, e.g. in the form of a "liquid O-ring" between the shaft and the housing, which is fixed by a suitably designed magnetic field at the location of the gap to be sealed.
  • This type of seal is used commercially, for example, in hard disk drives and vacuum feedthroughs in surface technology.
  • the inventor has set the goal of creating a leak-free implementation in a device mentioned at the outset, which eliminates the disadvantages mentioned above and for the transmission of very high powers between areas with high pressure differences - preferably at least 25 bar. made possible by a fluid involved without the need for bearing lubrication.
  • the invention should also be more economical and easier to use than devices according to the prior art.
  • the teachings of the independent claims lead to the solution of this task; the subclaims indicate favorable further training.
  • all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawing and / or the claims fall within the scope of the invention. For the specified design ranges, values within the stated limits should also be disclosed as limit values and can be used as desired.
  • a force-transmitting element for example a shaft
  • a pressure-insulating element such as a housing or the like.
  • Sealing means or elements are arranged in such a way that three spaces — in particular in the axial direction — are created: an area with a first Fluid of certain pressure - for example a pumping medium with 25 bar -, an area for a second fluid with a differential pressure to the first fluid - for example ambient air with 1 bar absolute - and a third space for an aid or one arranged between these areas auxiliary liquid.
  • the latter is divided into two subspaces for two different pressure ranges by a device.
  • the auxiliary liquid can be, for example, a silicone oil, which is also used as a carrier oil, a magnetic fluid; because it has proven to be advantageous to use magnetofluidic sealants, in particular to limit the space for the auxiliary liquid.
  • This magnetofluidic seal hermetically seals off the room.
  • auxiliary liquid or the auxiliary fluid there are means which generate a differential pressure within this area, the higher pressure being generated on the side towards the fluid with the higher pressure and vice versa.
  • the pressure difference that can be generated must be at least correspond to the maximum differential pressure between the first and the second fluid.
  • a conveying medium should advantageously be assigned to the room of higher pressure and ambient air to the room of lower pressure.
  • the auxiliary liquid should be a carrier oil of the magnetic fluid associated with the sealing element, possibly a silicone oil.
  • the space for the auxiliary liquid has two connections, one of which is designed to create a vacuum and the other is designed as a passage for the auxiliary liquid.
  • the subspace for the higher pressure of the auxiliary fluid should be assigned to the space for the fluid of higher pressure.
  • the subject matter of the invention is also distinguished by geometric parts which are movable relative to one another and assigned to the pressure-isolating element and the force-transmitting member and which form a conveying device for the auxiliary liquid in order to generate a pressure difference.
  • the device dividing the space for the auxiliary liquid is preferably a conveying device.
  • the pressure difference within the auxiliary liquid is advantageously generated by relative movements of geometric parts, which are statically assigned to the force-transmitting member and the pressure-insulating element - the housing - and form a delivery device, for example a pump, for the auxiliary liquid.
  • Suitable measures - for example the arrangement of a check valve - ensure that there is no pressure compensation between the high and low pressure areas of the auxiliary liquid when the system is at a standstill.
  • the pressure difference that can be generated corresponds at least to the maximum differential pressure that occurs between the fluids.
  • means are also provided which react to the differential pressure between the high-pressure fluid and the maximum pressure of the auxiliary liquid.
  • the reaction is used according to the invention to regulate the pressure difference mentioned to a value close to zero by means of suitable means. This can e.g. by regulating the power of the means generating the pressure difference or by regulating a backflow from the high pressure area of the auxiliary liquid to the low pressure area.
  • a line with a valve-like overflow device is advantageously provided between the subspaces for the auxiliary liquid.
  • the volume of at least the space for the auxiliary liquid is designed to be changeable
  • the volume of the partial space for the low pressure range of the auxiliary liquid can in particular be made changeable.
  • the variability of the volume of the space for the auxiliary fluid compensates for changes in the density and thus the volume of the auxiliary fluid - caused by changes in temperature or pressure.
  • the volume of the space assigned to the auxiliary liquid variable By making the volume of the space assigned to the auxiliary liquid variable, it can be ensured according to the invention that the pressure difference between the minimum pressure of the auxiliary liquid and the pressure of the fluid with the lower pressure is almost zero. This may be due to a flexible membrane between one Side of the space for the auxiliary liquid and the fluid can be realized with the appropriate pressure, or - particularly advantageously - by means of a movable arrangement of at least one magnetofluidic seal. When arranging with ambient air under normal pressure (1 bar) on the low pressure side, it is most advantageous to make the volume on this side variable.
  • the means shown mean that the magnetofluidic seals are only loaded with small differential pressures even with high pressure differences of the first and second fluids, and thus their hermetic sealing function is ensured.
  • the power transmission takes place mechanically via the power transmission element - for example a shaft - so that high transmission powers are possible.
  • the magnetofluidic seal on the high-pressure side preferably consists of three sealing elements - represented by three permanent magnets magnetized in the axial direction with associated ferromagnetic pole pieces, each of which generates a concentrated magnetic field that fixes a ferrofluid as a sealant. These are provided in a non-magnetic carrier ring.
  • the carrier ring is fixed to the housing via a — preferably metallic — bellows. The latter should rest against the carrier or locking ring and on the other hand the pressure-bearing element.
  • the device can be easily assembled by fastening the bellows to a bushing which is sealed with an O-ring against the housing bushing and is fixed to the housing bushing by a threaded ring.
  • the closure or carrier ring furthermore contains a sealing disk, advantageously formed from silicon carbide, which is part of a mechanical sealing system which consists of two identical types SiC disks exist.
  • a sealing disk advantageously formed from silicon carbide, which is part of a mechanical sealing system which consists of two identical types SiC disks exist.
  • One of the discs has in the consumer ⁇ clock face corresponding to an axial outside-acting spiral groove bearings spirally from the outside to the center of the disc extending depressions of a few microns in depth; these depressions advantageously extend from the edge of the disk and end at a distance from a central opening in the ring-like sealing disk.
  • One task of that bellows is to movably support the sealing disk assigned to the housing bushing and thus to limit its delivery effect by the differential pressure.
  • the sealing washers generate a higher pressure during operation than the one to be sealed within the pump, the carrier ring with the associated sealing washer is moved in the direction of the pressure to be sealed; the distance between the sealing washers becomes larger and consequently the conveying effect diminishes. Conversely, too little pressure generated by the sealing washers leads to a reduction in the gap between the sealing washers and thus to an increase in the conveying effect.
  • the means for achieving the sealing effect are assigned to a shaft sleeve and a housing bushing.
  • the shaft sleeve and housing bush as well as all parts in contact with the pumping fluid consist of non-magnetic materials that are sufficiently strong and chemically resistant to the pumping fluid.
  • the shaft sleeve is statically sealed against the shaft and the housing bush against the housing by O-rings.
  • the housing socket can be attached to the housing with the help of screws.
  • the hermetic seal is designed so that it can be assembled and disassembled as a unit.
  • the shaft sleeve and the housing bush are concentrically rotatable with respect to one another by roller bearings - for example by a double angular contact ball bearing. axial distance • kept. If necessary, the bearing is also suitable for absorbing axial forces acting on the shaft. To do this, the shaft sleeve must be fixed on the shaft with a locking ring or a shaft nut, for example.
  • This rolling bearing is to be fixed in that annular space by means of retaining rings of the housing bushing or the shaft bushing and / or by means of a flange-like radial outer ring.
  • the roller bearing rests against an outer ring of the shaft sleeve, to which on the other hand one of the sealing disks made of silicon carbide is assigned.
  • one of the sealing washers is mounted in a section of the annular space which widens axially in steps away from the outer ring and to which the locking ring with the other sealing washer is arranged.
  • a radial gap runs between the outer surface of the sealing washer and the adjacent locking ring, to which an axial annular gap between the shaft and the sealing elements optionally connects on the one hand and, on the other hand, another axial annular gap which engages under the adjacent sealing washer.
  • the sealing washer should also be connected to the central wall of the locking ring by at least one axially parallel driving pin.
  • a chamber partially filled with a gas such as air or inert gas.
  • mer can be upstream, which is also sealed on the side facing away from the device to the shaft with a sealing gap of about 0.1 mm; its diameter is chosen larger than the diameter of the sealing gap of the magneto-fluidic sealing element on the carrier ring but smaller than the diameter of the outer chamber wall.
  • the volume of the chamber and the widths of the sealing gaps are designed according to the invention such that when the system is arranged horizontally and at a standstill, as well as at ambient pressure within the chamber, a certain gas volume is always present in the upper area of the chamber above the sealing gap of the chamber. In operation, this gas volume collects concentrically around the shaft in the area of the smallest diameter of the shaft - in this case the sealing gap of the magnetofluidic seal - and is compressed to a smaller volume by the operating pressure. Even if the two volumes are of the same size, no gas should escape from the latter by a suitable choice of the width of the sealing gap of the chamber. On the other hand, the second volume should be large enough to completely cover the sealing gap of the mangeto fluid seal during operation even at maximum pressure. According to a further feature of the invention, a favorable width or diameter ratio between the sealing gap of the magnetofluidic seal, the sealing gap of the chamber and its inner outside diameter is 1 to 1.2 to 1.5.
  • the arrangement ensures that the magnetofluidic seal only comes into contact with gas during operation. Mixing of the magnetic fluid with a liquid to be sealed is thus effectively prevented.
  • the residual volume of air inside the chamber can be used when the pump is filled. Otherwise, an auxiliary connection to the chamber is required to fill it with an inert gas before starting the pump.
  • the invention thus comprises a number of function complexes which are assigned to one another, namely on the one hand the spaces with the hermetic seals and the auxiliary fluid, and in addition means for generating the pressure difference, then the regulation of the pressure difference with high pressure.
  • the pressure compensation in the auxiliary fluid - the pressure difference to the low pressure - is also recorded, as is the additional device described for the gas supply.
  • Also within the scope of the invention is a method in which, in particular using the device described above - between the force-transmitting member and the pressure-isolating element in - spaces delimited by a sealing element in each case - fluids of different pressure and an auxiliary liquid between them in a space or an auxiliary fluid are held; in the latter two pressure areas are produced, in addition the partial area for the higher pressure of that auxiliary liquid is to be assigned to the space for the higher pressure fluid.
  • the space for the auxiliary liquid is to be thermally sealed on both sides of the spaces for the fluids by means of magnetofluidic sealing elements.
  • a further process step provides that the space for the auxiliary liquid is subjected to a vacuum before it is introduced; the auxiliary liquid is thus able to fill up all cavities within the device.
  • a backflow from the subspace of higher pressure of the auxiliary liquid to the subspace of lower pressure should be regulated.
  • the method according to the invention also includes that the pressure difference within the auxiliary liquid is generated by the relative movement of geometric elements which are assigned to the shaft on the one hand and the pressure-insulating element on the other hand and form a conveying device.
  • a conveying effect for the auxiliary liquid is built up by sealing disks which delimit spiral-like grooves or depressions between them.
  • the conveying effect of the sealing washers should be increased by increasing their pressure and the section to one another.
  • Another feature of the method according to the invention offers that in a chamber upstream of the sealing element and containing a gas, the gas volume during operation in the area of the sealing gap between the sealing element and the shaft is collected concentrically around the shaft and compressed by the operating pressure.
  • FIG. 1 a sealing area of a pump shaft in longitudinal section with the seal according to the invention before assembly
  • FIG. 2 the sealing area according to FIG. 1 in the assembled state
  • FIG. 3 the sealing area without pump shaft, somewhat enlarged compared to FIG. 2;
  • FIGS. 2, 3 An enlarged detail from FIGS. 2, 3;
  • FIG. 5 an enlarged detail from FIG. 4 in a different embodiment
  • FIG. 10 11: an enlarged detail of FIG. 10; 12: top view of an annular sealing washer intended for the sealing area; 13, 14: two diametrical sections through a pair of sealing washers according to line D in FIG. 12;
  • 16 a schematic sketch of a magnetofluidic seal
  • 17 a schematic assignment of cross sections with an additional device to different process states
  • a sealing area Q of the " pump shaft 10 of a centrifugal pump (not shown further) has a shaft sleeve 12 with a length a of 60 mm and an inside diameter d of 30 mm with a longitudinal axis M z of the longitudinal axis M of the pump shaft 10, the wall thickness b of the shaft sleeve 12 measures 5 mm, at an average distance a x of approximately 25 mm from the end edge 14 of the shaft sleeve 12, as shown in FIG.
  • an integrally formed outer ring 16 - of identical wall thickness b - protrudes from the cantilever length e of approximately 7 mm 16, an outer groove 18 for an O-ring 20 can be seen; another O-ring 20 is supported in an inner groove 19 close to the end edge 14.
  • a second outer groove 22 is a recess for one below described circlip.
  • the shaft sleeve 12 is encompassed by a coaxial housing bushing 26 of that length a, the inside diameter d x here being 68 mm with a wall thickness b x of likewise 5 mm.
  • the shaft sleeve 12 is statically sealed against the pump shaft 10 and the housing bush 26 against the pump housing by the O-rings 20. Otherwise, the housing bushing 26 can be fastened to the housing by means of screws.
  • the wall 30 of the housing bushing 36 is stepped in two directions on the axis or on the axis. These two stages 40, 40 a, each having a small radial height, are necessary because the inside diameter d 2 of the end edge 28 is 73 mm larger than the other side diameter d x of 68 mm; the end edge 28 is offered by a wall section 30a which attaches to that flange ring 32. In the area of this flange ring 32, moreover, an inner form ring 42 - of small radial height - of width i 2 of 10 mm is formed out of the wall 30 (see FIG. 6).
  • a rolling bearing 52 for example a double angular contact ball bearing, which holds the shaft sleeve 12 and the housing bushing 26 concentrically rotatably at a defined radial and axial distance, is seated in the cylinder annular space 50.
  • the shaft sleeve 12 must be fixed on the shaft 10, for example with the inner locking ring 46 x or a shaft nut.
  • steps 40, 40 a serve as a stop for a retaining ring 56, which has an L-shaped cross section, and an O-ring 20 held by the latter. 1, these are pushed axially into the stepped section 51.
  • the - held by a front ring 54 surrounded by the front edge 28 - pressed to the step 40 a retaining ring 56 of an inner diameter n of 64 mm, an outer diameter n ⁇ of 74 mm and the width k of 7 mm is the other step 40 with a molded outer ring 57 of height n 3 of about 5 mm at a distance.
  • a radially two-stage support or locking ring 60 with an axial width k x of 15 mm is fitted within the front ring 54 and the retaining ring 56, which can be seen in FIG. 8 with an axially parallel outer wall 61 of the inside diameter z of 65 mm.
  • the latter is stepped by a likewise central ring-shaped central wall 63; an axially parallel wall ring 64 of the outer diameter z x of 51 mm is molded onto this and that front wall 65 is formed on the latter.
  • the diameter z 2 of the central opening 66 of the front wall 65 is 35 mm.
  • the cross section of the retaining ring 56 thus consists of two angular sections, the outer one of which contains the outer wall 61 and the middle wall 63; to the latter, the wall ring 64 of the inner angular section, which also includes the front wall 65 and ends at the central opening 66.
  • annular - preferably metallic - bellows 68 can be seen, which is connected to the outer ring 57 and on the inside to the middle wall 63 of the carrier ring 60.
  • the latter is in the housing bushing 26 defines.
  • Arranged within the wall ring 64 and the carrier ring 60 are three ring-shaped magnetic seals 70, the structure of which can be seen in particular from FIGS. 10, 11. Their width q measures approximately 3 mm, the inner diameter y of the ring opening 72 approximately 35 mm and the outer diameter y 1 here 50 mm.
  • 74 denotes a permanent magnet for a ferrofluid which, according to FIG.
  • the three sealing elements 70 form a magnetofluidic seal on the high pressure side and are three permanent magnets magnetized in the axial direction with associated ferromagnetic pole pieces N, S, each of which generates a concentrated magnetic field that fixes a ferrofluid as a sealant.
  • the bellows 68 rests on the front ring 54 for better assembly of the device and is sealed with the retaining ring 56 by an O-ring 20 against the housing bushing 26, which is secured to the housing bushing by the front ring 54, which is provided with an external thread 26 is fixed.
  • Two further magnetic seals 70 of the type described are arranged on the rear side of the locking rings 46. These magnetic seals 70 are surrounded by two corresponding magnetic seals 70 a of different diameter dimensions with the interposition of a spacer ring 79.
  • That closure or carrier ring 60 also contains a disk 80 made of silicon carbide, which is sketched in FIGS. 12, 13, and which is part of a mechanical sealing system composed of two similar SiC disks 80, 80 a of width g x of about 7 mm with a central opening 82 of diameter t of about 39 mm.
  • the outer diameter t ⁇ of the disk 80, 80 a is assumed to be approximately 65 mm. 1 to 5, 13 right-hand disk 80 a are on the front or contact surface 84 - corresponding to an axial spiral groove bearing acting from the outside inwards - here sixteen spiral grooves 86 of a depth starting from the disk edge 81 and curved in a partial circle in plan view from 10 ⁇ m to 20 ⁇ m etched or ground.
  • spiral grooves 86 end at a radial distance from the central opening 66 and are separated by appropriately curved dam ribs 88.
  • the pump direction and the spiral grooves 86 are predetermined in FIG. 12 on the disk 80 a from the outside to the center.
  • the spiral grooves or grooves 86 can be incorporated into both the stationary and the moving disk 80, 80 a . It is important that the machined front surface 84 is directly opposite the other disk 80, 80 a so that the conveying effect is generated during operation.
  • the sealing elements 70 and the disk 80 in the carrier ring 60 are sealed against the latter, for example shrink-fit.
  • the second disk 80 a is arranged opposite the first on the shaft sleeve 12. 5 shows an annular gap 13 between the disk 80 and the shaft sleeve 12.
  • the SiC disk 80 a is the outer ring 16 as a side stop and a 0- Ring 20, which represents a seal against the shaft sleeve 12 and a rotary drive at the same time. If required, the rotary drive can be supported, for example, by a driver pin between the stop 16 and the SiC disk 80 a .
  • the opposite surfaces of the disks 80, 80 a are machined flat in the micrometer range and have a correspondingly fine surface roughness.
  • the bellows 68 of the carrier ring 60 ensures mobility of the contact surfaces of the disks 80, 80 a axially to one another with a distance of zero to a few tenths of a millimeter. At standstill, the disks 80, 80 a are pressed against each other by the pressure difference to be sealed, and thus the high pressure side of the device is sealed off from the device to the low pressure side by the disks 80, 80 a .
  • sealing elements 70 and sealing disk 80 on the carrier disk 60 are held at a defined concentric distance of approximately 0.1 mm from the shaft sleeve 12 by the annular gap 13 (FIG. 5).
  • Fig. 14 is intended to illustrate the pressure build-up by the conveying action between the two disks 80, 80 a .
  • the upper section shows the pressure build-up when the left disk 80 is only loaded by a force and the pressure level on the outside and inside of the disk is the same (function as a spiral groove axial bearing).
  • the two sections below show possible pressure profiles if the force is generated by a media pressure on the left pane 80 and a correspondingly higher pressure level on the inside of the pane - as is the case according to the invention.
  • an additional measure for pressure regulation according to FIG. 5 may be necessary, which is explained further below.
  • the magnetofluidic seal to the atmosphere side consists of the four sealing elements 70, 70 a described above, the
  • the magnetic fluid not only has a sealing, but also a centering effect, so that the disk 80 with the sealing elements can move freely axially between the shaft sleeve 12 and the housing bushing 26, which are concentrically cylindrical in this area Volume in the area between the magnetofluid seals - as required - variable on the low pressure side and thus a zero pressure difference between the low pressure side of the auxiliary fluid and the environment is guaranteed.
  • connection 33 is used for filling with the auxiliary liquid
  • the other serves to apply a vacuum to the device beforehand, so that the auxiliary liquid fills all cavities within the device Q.
  • connections 33 By suitably arranging the connections 33 on the opposite sides of the annular space 27 in the housing bushing 26, which surrounds the sealing washer 80 a assigned to the shaft sleeve 12, a differential pressure can be generated between the connections 33 which is used to flow auxiliary fluid through the device external containers can be used during operation - e.g. for cooling.
  • This is achieved, for example, in that the annular space 27 has two different sides and one of the sides of the annular space 27 to the disk 80 forms a very small radial distance of 0.1 mm here and the other side forms a larger distance of approximately 1 mm.
  • the SiC sealing disks 80, 80 a with the spiral grooves 86 develop a conveying action against one another on the auxiliary liquid, which is between the low-pressure side and the high-pressure side.
  • pressure side of the device Q builds up a di ferential pressure corresponding to the conveying effect.
  • the auxiliary fluid is selected so that, on the one hand, good lubrication of the roller bearing 52 is ensured and the highest possible differential pressure can arise over the sealing disks 80, 80 a (advantageous: high viscosity) and on the other hand, the heating of the auxiliary fluid remains within manageable limits (max.approx 80 ° C, advantageous: low viscosity).
  • the auxiliary liquid is chosen so that it is compatible with the magnetic fluid of the seals 70, 70 a - in the best case, the carrier oil of the magnetic fluid (for example a silicone oil) can be used.
  • the regulation can be supported with the aid of an overflow function between the high pressure and low pressure range of the auxiliary liquid.
  • the sealing washer 80 on the high pressure side within the carrier ring 60 axially displaceable and with radial air - radial gap 17 between the carrier ring 60 and the sealing washer 80 of 0.1 mm in FIG. 5 - arranged to the outside.
  • at least two driver pins 67 are used for radial fixation and for rotational driving on the carrier ring 60.
  • a radial contact surface 69 delimits a sealing gap.
  • the arrangement of the contact surface 69 is selected such that the sealing disk 80 lifts off the carrier ring 60 and thus the sealing gap opens when the pressure between the sealing disk 80 and the carrier ring 60 is higher than the pressure of the fluid to be sealed on the high-pressure side.
  • an axially parallel annular gap 21 which is delimited on the one hand by the outer wall 61 of the carrier ring 60 and on the other hand by the circumference of the sealing disk 80 assigned to the housing bushing 26.
  • Said sealing disks 80, 80 a made of SiC can be produced from less expensive materials for simple applications and integrated into other components.
  • the principle shown for generating a pressure difference with the aid of sealing disks 80, 80 a with spiral grooves 86 is only one possible embodiment.
  • Other principles - such as conveyor threads - are conceivable and possible.
  • FIG. 16 The basic structure of a magnetofluidic seal can be seen in FIG. 16.
  • the magnetic field of an annular permanent magnet 74 with axial magnetization is concentrated by two pole shoes 73 on an annular gap 77 around the shaft 10.
  • the concentrated field holds a magnetic fluid 75 stationary in that annular gap 77, which thus produces a sealing effect between the two sides of the structure.
  • a region, a space or a chamber 90 of the magnetofluidic seal 70 is arranged upstream of the carrier ring 60 and is partially filled with a gas G - for example air or an inert gas.
  • the chamber 90 is sealed on the side facing away from the device to the shaft 10 with an annular or sealing gap 92 of width q 3 of approximately 0.1 mm, the diameter f x of which is larger than the diameter of the sealing gap 78 of the magnetofluidic seal 70 on the carrier ring 60 but smaller than the diameter f 2 of the outer chamber wall 94.
  • the volume of the chamber 90 and the diameter of the sealing gaps are designed such that when the system is arranged horizontally and at a standstill, as well as at ambient pressure inside the chamber 90, there is always a certain gas volume V0 in the upper region of the chamber 90 - above its sealing - gap 92 - residual is present. Collects in operation this gas volume in the region of the smallest diameter of the rotor - in the present case this is the sealing gap 77 of the magnetofluidic seal 70 - concentrically around the shaft 10 and is compressed to a volume VI by the operating pressure. Even if VI is V0, no gas should escape from this sealing gap 92 by a suitable choice of the diameter f x of the sealing gap 92 of the chamber 90.
  • VI should be large enough to completely cover the sealing gap 77 of the magnetofluid seal 70 during operation, even at maximum pressure.
  • a favorable diameter ratio between the sealing gap 77 of the magneto-fluidic seal 70, the sealing gap 92 of the chamber 90 and the inner outside diameter of the chamber is 1 to 1.2 to 1.5.
  • the gas volume at maximum pressure is designated by VI * in FIG. 17.
  • the arrangement ensures that the magnetofluidic seal always only comes into contact with gas during operation. Mixing of the magnetic fluid with a liquid to be sealed is thus effectively prevented.
  • 18 to 20 show in an abstract representation a principle of the invention for two magnetofluidic seals 70, which run at an axial distance s from one another, and which are arranged on a shaft 10 and a housing wall 24 parallel to this as a pressure-insulating element that three areas or rooms are created: a room 90 a with a fluid A to be sealed of a certain pressure (for example pumping medium at 25 bar), a room 96 with an auxiliary liquid H between the seals 70 and a room 98 with a fluid B with a differential pressure to fluid A (e.g. ambient air with 1 bar absolute).
  • a fluid A to be sealed of a certain pressure for example pumping medium at 25 bar
  • a room 96 with an auxiliary liquid H between the seals 70 and a room 98 with a fluid B with a differential pressure to fluid A e.g. ambient air with 1 bar absolute.
  • the middle space 96 is divided into two halves or sections 96 a , 96 b by a conveying device 100, which is sketched as a pump symbol in the form of a circle with an inside triangle for the means which have a conveying effect and thus a difference. generate pressure.
  • the connection 71 of the circle with the housing side and the connection 71 a of the triangle with the shaft side symbolize the assignment of the components of the conveyor to moving and stationary parts of the device.
  • Fig. 18 the pressure is regulated solely by regulating the delivery device via the differential pressure (preferred solution).
  • the pressure control means is a - b connected to those measurement line 95 with an arrow line 95 as well as symbolized by a spill overflow device 97 which is driven by the difference pressure, and in a the spaces 96b and 98 connecting line 99 is located.
  • 20 illustrates the combination of the two control variants corresponding to FIG. 5 of the specific embodiment.
  • the volume of the space 96 assigned to the auxiliary liquid H variable By making the volume of the space 96 assigned to the auxiliary liquid H variable, it can be ensured that the pressure difference between the minimum pressure of the auxiliary liquid H and the pressure of the fluid B with the lower pressure is almost zero. This can be achieved, for example, by a flexible membrane between one side of the space for the auxiliary liquid H and the fluid with the appropriate pressure, or by a movable arrangement of one of the magnetofluidic seals 70. When arranged with ambient air under normal pressure (1 bar) on the low pressure side, it is most advantageous to make the room 96 variable in volume on this side.
  • the means shown ensure that the magnetofluidic seals 70 are only loaded with low differential pressures even at high pressure differences of the fluids A, B - and thus their hermetic sealing function is ensured.
  • the force is transmitted mechanically via the force-transmitting element, e.g. the shaft 10, so that high transmission powers are possible.
  • the pressure difference within the auxiliary liquid H is generated, for example, by the relative movement of geometric elements, which are statically assigned to the shaft 10 and the housing and form a delivery device for the auxiliary liquid H.
  • Suitable measures such as that check valve, ensure that there is no pressure compensation between high and low pressure areas 96 a and 96 b of the auxiliary liquid H when the system is at a standstill.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Führen zumindest zweier Strömungsmittel unterschiedlichen Druckes mit einer Welle od.dgl. kraftübertragendem Organ (10) sowie einem druckisolierenden Element wie einem die Welle od.dgl. umgebenden Gehäuse sind zwischen dem kraftübertragenden Organ (10) und dem druckisolierenden Element durch Dichtungselemente (70) in Achsrichtung nebeneinander liegende Räume (90a; 96; 98) bestimmt; zumindest eines der -- bevorzugt magnetofluidischen -- Dichtungselemente (70) ist leckagefrei ausgebildet, und zwei Räume (90a; 98) für Fluide (A, B) unterschiedlichen Druckes flankieren einen Raum (96) für eine Hilfsflüssigkeit (H), wobei letzterer durch eine Einrichtung (100) in zwei Teilräume (96a, 96b) für zwei unterschiedliche Druckbereiche unterteilt ist. Zudem ist dem Raum (90a) höheren Drucks ein Fördermedium sowie dem Raum (98) niederen Drucks Umgebungsluft zugeordnet. Die Hilfsflüssigkeit (H) ist ein Trägeröl des dem Dichtungselement (70) zugeordneten Magnetofluids, gegebenenfalls ein Silikonöl.

Description

BESCHREIBUNG
Vorrichtung und Verfahren zum Führen zumindest zweier Strö ungsmittel
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Führen zumindest zweier Strömungsmittel unterschied- liehen Druckes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Durchführung von Bewegungen und Kräften durch druckhaltende Begrenzungswände zwischen zwei Fluidsystemen wie Gasen und Flüssigkeiten unterschiedlichen Drucks wird in her- kömmlicher Art im wesentlichen durch wellen- und Stangendichtungen wie Stopfbuchsen, Dichtringe und Gleitringdichtungen verwirklicht. Auf der Niederdruckseite findet man meist Umgebungsluft unter Umgebungsdruck. Bei Vakuumsystemen ist die Umgebungsluft auf der Hochdruckseite. Die ge- nannten Dichtungsarten benötigen für ihre einwandfreie Funktion einen gewissen Leckagefluss von der Seite höheren zur Seite niederen Druckes, da es sich um berührende Dichtungen handelt, die eines Schmiermediums bedürfen, um im Betrieb nicht zerstört zu werden.
Bei vielen Anwendungen ist solch eine Leckage aber nicht erwünscht oder sogar nicht zulässig, weil das Fluid z.B. toxisch, geruchsbelästigend oder explosiv ist, oder weil ein Hochvakuum aufrecht erhalten werden soll. Doppelsysteme mit Sperrmedien -- beispielsweise doppel wirkende Gleitringdichtungen -- mögen die Leckage reduzieren bzw. die Leckage des Druckfluids durch die Leckage eines weniger schädlichen Sperrfluids substituieren.
Technisch leckagefreie Durchführungen werden heute im wesentlichen nach drei Prinzipien realisiert: Spaltrohrmotor, Magnetkupplung und magnetofluidische Dichtung. Beim Spaltrohrmotor ist der Motor Teil der Maschine, des Apparates oder des Gerätes, z.B. oft verwendet in einer Pumpe. Der Stator ist auf der Niederdruckseite der Pumpe positioniert und durch ein nichtmagnetisierbares Spaltrohr von der Hochdruckseite isoliert. Der Rotor befindet sich innerhalb der Hochdruckseite der Pumpe. Das Drehmoment wird über elektromagnetische Kräfte durch das Spaltrohr berührungsfrei vom Stator auf den Rotor übertragen.
Die ebenfalls im Pumpenbau gebräuchliche Magnetkupplung funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip, jedoch befindet sich auf der Niederdruckseite der Pumpe statt einer Statorwicklung ein Außenrotor mit einer Anordnung von Permanent- magneten, der eine entsprechende Anordnung von Permanentmagneten bzw. ein Induktionskäfig oder -ring auf der Rotorseite gegenübersteht. Der Außenrotor ist mit einem herkömmlichen Motor verbunden, der das Drehmoment erzeugt, das über magnetische Feldlinien -- wieder berührungsfrei -- auf den Rotor übertragen wird. Die beiden Kupplungselemente sind meist durch ein topfförmig gestaltetes Gehäuseelement, einen Spalttopf, gegeneinander druckisoliert.
Bei der Durchführung auf Basis von Magnetofluid bildet eine magnetisierbare Flüssigkeit -- meist eine Dispersion feinster ferromagnetischer Partikel mit Hilfe eines Hilfsstoffes in einem Tr geröl -- ein äußerst flexibles und anpassungsfähiges undurchlässiges Dichtelement, z.B. in Form eines "flüssigen O-Ringes" zwischen Welle und Gehäuse, das durch ein entsprechend gestaltetes Magnetfeld am Ort des abzudichtenden Spaltes fixiert wird. Diese Dichtungsart wird kommerziell etwa in Festplattenlaufwerken und Vakuumdurchführungen in der Oberflächentechnik verwende .
Die genannten leckagefreien Durchführungsarten haben insbesondere für den Pumpenbau mehrere Nachteile; sowohl Spalt- rohrmotor als auch Magnet upplung benötigen zur Lagerung des Rotors Lagerelemente, die vom Fördermedium der Pumpe selbst geschmiert werden müssen und somit sehr störungsanfällig sind. Der Vorteil der Magnetkupplung, nämlich die Verwendbarkeit von Normmotoren, ist beim Spaltrohrmotor nicht gegeben. Demgegenüber weist die Magnetkupplung den Nachteil auf, dass bei unterschiedlicher zu übertragender Leistung nicht nur unterschiedliche Motoren, sondern auch unterschiedlich dimensionierte Kupplungen eingesetzt werden müssen, um bei kleinen Leistungen keinen Preisnachteil in Kauf nehmen zu müssen. Beide Prinzipien sind durch die Art der Drehmomentübertragung und der Lagerung in ihrer Möglichkeit zur Leistungsübertragung aufgrund des überproportional steigenden Aufwandes bei hohen Leistungen begrenzt. Insbesondere sind hohe Wirbelstromverluste nachteilig, die in Spaltrohren und Spalttöpfen in herkömmlicher Bauart in nichtmagnetischen Metalllegierungen induziert werden.
- agnetofluidische Dichtungen sind in ihrer Anwendbarkeit auf geringe Differenzdrücke begrenzt. Beispielsweise sind für die Abdichtung von 1 bar gegenüber Vakuum sechs hintereinander geschaltete Dichtelemente notwendig. Der übliche Druckbereich für einstufige Kreiselpumpen geht jedoch bereits bis 25 bar und für Sonderanwendungen sowie andere Pumpensysteme weit darüber hinaus. Außerdem müssen die chemische Verträglichkeit sowie Mischvorgänge zwischen den beteiligten Fluiden und dem Magnetofluid beachtet werden.
In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, bei einer eingangs genannten Vorrichtung eine leckagefreie Durchführung zu erstellen, welche die oben erwähnten Nachteile beseitigt sowie für die Übertragung auch sehr hoher Leistungen zwischen Bereichen mit hohen Druckdifferenzen -- bevorzugt mindestens 25 bar -- ohne notwendige Lagerschmierung durch ein beteiligtes Fluid er- möglicht. Darüber hinaus soll die Erfindung auch noch kostengünstiger und leichter in der Handhabung sein als Einrichtungen nach dem Stande der Technik. Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Lehren der unabhängigen Ansprüche; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar sein.
Erfindungsgemäß sind zwischen einem kraftübertragenden Organ, beispielsweise einer Welle, und einem druckisolierenden Element wie einem Gehäuse od. dgl. Dichtungsmittel oder -elemente so angeordnet, dass drei -- insbesondere in Achs- richtung nebeneinander liegende -- Räume entstehen: ein Bereich mit einem ersten Fluid bestimmten Druckes -- beispielsweise einem Fördermedium mit 25 bar --, ein Bereich für ein zweites Fluid mit einem Differenzdruck zum ersten Fluid -- etwa Umgebungsluft mit 1 bar absolut -- sowie ein zwischen diesen Bereichen angeordneter dritter Raum für ein Hilfsmittel bzw. eine Hilfsflüssigkeit. Letzterer wird durch eine Einrichtung in zwei Teilräume für zwei unterschiedliche Druckbereiche unterteilt.
Die Hilfsflüssigkeit kann beispielsweise ein Silikonöl sein, das auch als Trägeröl ein Magnetofluid eingesetzt wird; denn es hat sich als günstig erwiesen, magnetoflui- dische Dichtungsmittel einzusetzen, dies insbesondere zum Begrenzen des Raumes für die Hilfsflüssigkeit. Diese magnetofluidische Dichtung sperrt den Raum hermetisch ab.
Im Bereich mit der Hilfsflüssigkeit bzw. dem Hilfsfluid befinden sich Mittel, die innerhalb dieses Bereiches einen Differenzdruck erzeugen, wobei der höhere Druck auf der Seite zum Fluid mit dem höheren Druck hin und umgekehrt erzeugt wird. Die erzeugbare Druckdifferenz muss mindestens dem maximal auftretenden Differenzdruck zwischen dem ersten sowie dem zweiten Fluid entsprechen.
Vorteilhafterweise soll dem Raum höheren Drucks ein Förder- medium sowie dem Raum niederen Drucks Umgebungsluf zugeordnet sein. Die Hilfsflüssigkeit soll ein Trägeröl des dem Dichtungselement zugeordneten Magnetofluids sein, gegebenenfalls ein Silikonöl.
Erfindungsgemäß weist der Raum für die Hilfsflüssigkeit zwei Anschlüsse auf, von denen einer zum Erzeugen eines Vakuums sowie der andere als Durchgang für die Hilfsflüssigkeit ausgebildet ist. Zudem soll der Teilraum für den höheren Druck der Hilfsflüssigkeit dem Raum für das Fluid höhe- ren Druckes zugeordnet sein.
Auch zeichnet sich der Erfindungsgegenstand durch relativ zueinander bewegbare, dem druckisolierenden Element und dem kraftübertragenden Organ zugeordnete geometrische Teile aus, die zum Erzeugen einer Durckdifferenz eine Fördereinrichtung für die Hilfsflüssigkeit bilden. Die den Raum für die Hilfsflüssigkeit teilende Einrichtung ist bevorzugt eine Fördereinrichtung.
Die Druckdifferenz innerhalb der Hilfsflüssigkeit wird günstigerweise durch Relativbewegungen geometrischer Teile erzeugt, die dem kraftübertragenden Organ und dem druckisolierenden Element -- dem Gehäuse -- statisch zugeordnet sind und eine Fördereinrichtung, etwa eine Pumpe, für die Hilfsflüssigkeit bilden. Dabei wird durch geeignete Maßnahmen -- z.B. die Anordnung eines Rückschlagventils sichergestellt, dass bei Stillstand des Systems kein Druckausgleich zwischen Hoch- und Niederdruckbereich der Hilfsflüssigkeit stattfindet. Nach einem anderen Merkmal der Erfindung entspricht die erzeugbare Druckdifferenz zumindest dem maximal auftretenden Differenzdruck zwischen den Fluiden.
Erfindungsgemäß sind weiterhin Mittel vorgesehen, die auf den Differenzdruck zwischen dem Fluid mit hohem Druck und dem Maximaldruck der Hilfsflüssigkeit reagieren. Die Reaktion wird erfindungsgemäß dazu genutzt, um durch geeignete Mittel die genannte Druckdifferenz auf einen Wert nahe Null zu regeln. Dies kann z.B. durch Regelung der Leistung der die Druckdifferenz erzeugenden Mittel geschehen oder durch Regelung einer Rückströmung aus dem Bereich hohen Druckes der Hilfsflüssigkeit zum Bereich niedrigen Druckes. Es sind Organe zum Regeln der Leistung der die Druckdifferenz er- zeugenden Mittel vorhanden oder Organe zum Regeln einer Rückströmung aus dem Teilraum höheren Drucks der Hilfsflüssigkeit zum Teilraum niederen Drucks.
Vorteilhafterweise ist zwischen den Teilräumen für die Hilfsflüssigkeit eine Leitung mit ventilartiger Überströmeinrichtung vorgesehen.
Ist erfindungsgemäß das Volumen zumindest des Raumes für die Hilfsflüssigkeit veränderbar ausgebildet, so kann ins- besondere der Teilraum für den niedrigen Druckbereich der Hilfsflüssigkeit in seinem Volumen veränderbar gestaltet sein. Durch die Veränderlichkeit des Volumens des Raumes für die Hilfsflüssigkeit werden Änderungen der Dichte und damit des Volumens des Hil sfluids -- hervorgerufen durch Temperatur- oder auch Druckveränderungen -- kompensiert.
Indem das Volumen des der Hilfsflüssigkeit zugeordneten Raumes variabel gestaltet wird, kann erfindungsgemäß sichergestellt werden, dass auch die Druckdifferenz zwischen dem Minimaldruck der Hilfsflüssigkeit und dem Druck des Fluids mit dem niedrigeren Druck nahezu Null ist. Dies mag z.B. durch eine flexible Membrane zwischen einer Seite des Raumes für die Hilfsflüssigkeit und dem Fluid mit entsprechendem Druck realisiert werden, oder -- besonders vorteilhaft -- durch bewegliche Anordnung zumindest einer magnetofluidischen Dichtung. Bei Anordnung mit Umgebungs- luft unter Normaldruck (1 bar) auf der Niederdruckseite ist es am vorteilhaftesten, den Raum auf dieser Seite im Volumen variabel zu gestalten.
Die dargestellten Mittel führen dazu, dass die magnetoflui- dischen Dichtungen auch bei hohen Druckdif erenzen des ersten und des zweiten Fluids nur mit geringen Differenzdrücken belastet werden und somit ihre hermetische Dichtungsfunktion sichergestellt ist. Die Kraftübertragung erfolgt mechanisch über das kraftübertragende Element -- bei- spielsweise eine Welle --, so dass hohe Übertragungsleistungen möglich sind.
Die magnetofluidische Dichtung zur Hochdruckseite besteht bevorzugt aus drei Dichtelementen -- dargestellt durch drei in Achsrichtung magnetisierte Permanentmagnete mit zugeordneten ferromagnetischen Polschuhen, die jeweils ein konzentriertes magnetisches Feld erzeugen, das ein Ferrofluid als Dichtmittel fixiert. Diese sind in einem nichtmagnetischen Trägerring vorgesehen. Der Trägerring ist erfindungsgemäß über einen -- bevorzugt metallischen -- Faltenbalg am Gehäuse fixiert. Letzterer soll dem Träger- oder Verschlussring anliegen sowie anderseits dem Druck tragenden Element. Eine gute Montierbarkeit der Vorrichtung wird durch Befestigung des Faltenbalges an einer Buchse realisiert, die mit einem O-Ring gegen die Gehäusebuchse abgedichtet ist und durch einen Gewindering an der Gehäusebuchse fixiert wird.
Der Verschluss- oder Trägerring beinhaltet im Rahmen der Erfindung weiterhin eine -- vorteilhafterweise aus Siliziumkarbid geformte -- Dichtscheibe, die Teil eines mechanischen Dichtungssystems ist, das aus zwei gleichartigen SiC-Scheiben besteht. Eine der Scheiben weist in der Kon- ■ taktfläche entsprechend einem von außen nach innen wirkenden axialen Spiralrillenlager spiralförmig von außen zum Zentrum der Scheibe verlaufende Vertiefungen von einigen μm Tiefe auf; diese Vertiefungen gehen vorteilhafterweise vom Scheibenrand aus und enden in Abstand zu einem Zentral - durchbruch der ringartigen Dichtscheibe. Eine Aufgabe jenes Faltenbalges besteht darin, die der Gehäusebuchse zugeordnete Dichtscheibe bewegbar zu lagern und so deren Förder- Wirkung durch den Differenzdruck zu limitieren.
Erzeugen die Dichtscheiben im Betrieb einen höheren Druck als den abzudichtenden innerhalb der Pumpe, wird der Trägerring mit der zugeordneten Dichtscheibe in Richtung des abzudichtenden Druckes bewegt; der Abstand zwischen den Dichtscheiben wird größer und konsequenterweise lässt die Förderwirkung nach. Umgekehrt führt ein zu geringer durch die Dichtscheiben erzeugter Druck zur Verringerung des Spaltes zwischen den Dichtscheiben und damit zu einer Erhö- hung der Förderwirkung.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Mittel zur Erzielung der Dichtungswirkung dabei einer Wellenhülse und einer Gehäusebuchse zugeordnet werden. Wellenhülse und Ge- häusebuchse sowie alle mit dem Förderfluid der Pumpe in Kontakt stehenden Teile bestehen aus nicht magnetischen Materialien, die ausreichend fest und gegen das Förderfluid chemisch beständig sind. Die Wellenhülse ist gegen die Welle und die Gehäusebuchse gegen das Gehäuse durch O-Ringe statisch abgedichtet. Die Gehäusebuchse kann mit Hilfe von Schrauben am Gehäuse befestigt werden. Die hermetische Dichtung ist dabei so ausgeführt, dass sie als Einheit montiert und demontiert werden kann. Nach einem anderen Merkmal der Erfindung werden Wellenhülse und Gehäusebuchse zueinander durch Wälzlager -- etwa durch ein Doppelschrägkugellager -- konzentrisch drehbar in defi- niertem axialem Abstand • gehalten. Bei Bedarf ist das Lager auch zur Aufnahme von auf die Welle wirkenden axialen Kräften geeignet. Dazu muss die Wellenhülse z.B. mit einem Sicherungsring oder einer Wellenmutter auf der Welle fixiert werden.
Als günstig hat es sich erwiesen, das Wälzlager in einem von Wellenhülse und Gehäusebuchse begrenzten Ringraum festzulegen. Dieses Wälzlager soll durch Sicherungsringe der Gehäusebuchse bzw. der Wellenbuchse und/oder durch einen flanschartigen radialen Außenring in jenem Ringraum fixiert werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt das Wälzla- ger einem Außenring der Wellenhülse an, dem anderseits eine der Dichtscheiben aus Siliziumkarbid zugeordnet ist. Vorteilhafterweise lagert eine der Dichtscheiben in einem sich von dem Außenring weg axial stufenweise erweiternden Abschnitt des Ringraums, dem der Verschlussring mit der ande- ren Dichtscheibe vorgeordnet ist.
Erfindungsgemäß verläuft zwischen der Außenfläche der Dichtscheibe und dem benachbarten Verschlussring ein Radialspalt, an den gegebenenfalls einerseits ein axialer Ringspalt zwischen der Welle und den Dichtelementen anschließt sowie anderseits ein weiterer axialer Ringspalt, der die benachbarte Dichtscheibe untergreift.
Der besseren Fixierung halber soll die Dichtscheibe zudem durch wenigstens einen achsparallelen Mitnehmerstift an die Mittelwand des Verschlussrings angeschlossen sein.
Von erfinderischer Bedeutung ist auch, dass an der Seite der Vorrichtung, die mit einer Flüssigkeit als Fluid beauf- schlagt ist -- beispielsweise dem magnetofluidischen Dichtungselement am Träger- oder Verschlussring -- eine teilweise mit einem Gas, etwa Luft oder Inertgas, gefüllte Kam- mer vorgelagert sein kann, die zudem an der der Vorrichtung abgewandten Seite zur Welle mit einem Dichtspalt von etwa 0,1 mm abgedichtet ist; dessen Durchmesser wird größer gewählt als der Durchmesser des Dichtspaltes des magneto- fluidischen Dichtungselements am Trägerring aber kleiner als der Durchmesser der äußeren Kammerwand.
Das Volumen der Kammer und die Breiten der Dichtspalte sind erfindungsgemäß so gestaltet, dass bei horizontaler Anord- nung und Stillstand des Systems sowie bei Umgebungsdruck innerhalb der Kammer immer ein bestimmtes Gasvolumen im oberen Bereich der Kammer oberhalb des Dichtspaltes der Kammer residual vorhanden ist. Im Betrieb sammelt sich dieses Gasvolumen im Bereich des kleinsten Durchmessers der Welle -- in diesem Fall des Dichtspalts der magnetofluidischen Dichtung -- konzentrisch um die Welle und wird durch den Betriebsdruck auf ein kleineres Volumen zusammengedrückt. Auch wenn die beiden Volumina von gleicher Größe sind, soll durch geeignete Wahl der Breite des Dichtspaltes der Kammer dabei kein Gas aus dem letzteren entweichen. Andererseits soll das zweite Volumen groß genug sein, um den Dichtspalt der mangetofluiden Dichtung im Betrieb auch bei maximalem Druck vollkommen abzudecken. Ein günstiges Breiten- oder Durchmesserverhältnis zwischen dem Dichtspalt der magnetofluidischen Dichtung, dem Dichtspalt der Kammer und deren inneren Außendurchmesser liegt nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bei 1 zu 1,2 zu 1,5.
Die Anordnung stellt sicher, dass die magnetofluidische Dichtung im Betrieb stets nur mit Gas in Kontakt kommt. Eine Durchmischung des Magnetofluids mit einer abzudichtenden Flüssigkeit wird somit wirksam verhindert.
Bei abzudichtenden Flüssigkeiten, bei denen keine chemische Reaktion mit Luft zu erwarten oder eine Reaktion unschädlich ist, kann das Residualvolumen an Luft innerhalb der Kammer bei Befüllung der Pumpe genutzt werden. Anderenfalls ist ein Hilfsanschluss an die Kammer erforderlich, um sie vor Inbetriebnahme der Pumpe mit einem Inertgas zu füllen.
Die Erfindung umfasst also mehrere einander zugeordnete Funktionskomplexe, nämlich zum einen die Räume mit den hermetischen Dichtungen und dem Hilfsfluid, zudem Mittel zum Erzeugen der Druckdifferenz, dann die Regelung der Druckdifferenz mit Hochdruck. Auch der Druckausgleich im Hilfsfluid -- die Druckdifferenz zum Niederdruck -- wird erfasst sowie die beschriebene Zusatzeinrichtung für die Gasbeaufschlagung.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren, bei dem insbesondere unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung -- zwischen dem kraftübertragenden Organ und dem druckisolierenden Element in - - durch jeweils ein Dichtungselement begrenzten Räumen -- Fluide unterschiedlichen Druckes und zwischen diesen in einem Raum eine Hilfsflüssigkeit bzw. ein Hilfsfluid gehalten werden; in letzterer werden zwei Druckbereiche hergestellt, zudem soll der Teilbereich für den höheren Druck jener Hilfsflüssigkeit dem Raum für das Fluid höheren Druckes zugeordnet werden. Der Raum für die Hilfsflüssigkeit soll beidseits zu den Räumen für die Fluide durch magnetofluidische Dichtungselemente thermisch abgedichtet werden.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, dass der Raum für die Hilfsflüssigkeit vor deren Einführung mit einem Vakuum beaufschlagt wird; die Hilfsflüssigkeit vermag so sämtliche Hohlräume innerhalb der Vorrichtung aufzufüllen.
Zudem soll eine Rückströmung aus dem Teilraum höheren Drucks der Hil sflüssigkeit zum Teilraum niederen Drucks geregelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst auch, dass die Druckdifferenz innerhalb der Hilfsflüssigkeit durch Relativbewegung geometrischer Elemente erzeugt wird, die der Welle einerseits und dem druckisolierenden Element ander- seits zugeordnet sind und eine Fördereinrichtung bilden.
Nach einem anderen Verfahrensmerkmal wird durch Dichtscheiben, die zwischen sich spiralartige Rillen bzw. Vertiefungen begrenzen, eine Förderwirkung für die Hilfsflüssigkeit aufgebaut. Die Förderwirkung der Dichtscheiben soll durch Vermehrung von deren Druck sowie des Abschnitts zueinander erhöht werden.
Ein anderes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet an, dass in einer dem Dichtungselement vorgelagerten sowie ein Gas enthaltender Kammer das Gasvolumen im Betrieb im Bereich des Dichtspaltes zwischen Dichtungselement und Welle konzentrisch um diese gesammelt sowie durch den Betriebsdruck zusammengedrückt wird.
Als Vorzüge des erfindungsgemäßen Systems sind vor allem folgende Einzelheiten anzusehen: mit geringen Kosten realisierbar; keine Wirbelstromverluste; als Cartridge montierbar; einfacher Austausch möglich; geringer Platzbedarf; keine Gleitlager innerhalb der Pumpe erforderlich; Aufnahme des Axialschubes durch das integrierte Wälzlager möglich; Einsatz von kostengünstigen Ferritmagneten möglich; • auch für Pumpen mit sehr hoher Leistung einsetzbar; mit geringem konstruktiven Aufwand in vorhandene Pumpen-Baureihen zu integrieren.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
Fig. 1: einen Dichtungsbereich einer Pumpenwelle im Längsschnitt mit erfindungsgemäßer Dichtung vor dem Zusammenbau; Fig. 2: den Dichtungsbereich gemäß Fig. 1 in montiertem Zustand;
Fig. 3: den gegenüber Fig. 2 etwas vergrößerten Dichtungsbereich ohne Pumpenwelle;
Fig. 4: einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2, 3;
Fig. 5: einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4 in anderer Ausgestaltung;
Fig. 6: eine Gehäusebuchse des Dichtungsbereichs im Längsschnitt; Fig. 7: eine Wellenhülse des Dichtungsbereichs im Längsschnitt ;
Fig. 8 bis Fig. 10: diametrale Schnitte durch unterschiedli- ehe, die Wellenbuchse umfangende Organe des Dichtungsbereichs;
Fig. 11: ein vergrößertes Detail der Fig. 10; Fig. 12: Draufsicht auf eine für den Dichtungsbereich bestimmte ringartige Dichtscheibe; Fig. 13, 14: zwei Diametralschnitte durch ein Paar von Dichtscheiben nach Linie D in Fig. 12;
Fig. 15: einen schematischen Querschnitt durch einen Abschnitt der Vorrichtung;
Fig. 16: eine Schemaskizze zu einer magnetofluidischen Dichtung; Fig. 17: eine schematische Zuordnung von Querschnitten mit einer Zusatzeinrichtung zu unterschiedlichen Verfahrensständen;
Fig. 18 bis Fig. 20: drei unterschiedliche Dichtungssituationen an der in Seitenansicht wiedergegebenen Pumpenwelle.
Ein Dichtungsbereich Q der "Pumpenwelle 10 einer nicht weiter wiedergegebenen Kreiselpumpe weist eine mit ihrer Längsachse Mz zur Längsachse M der Pumpenwelle 10 koaxiale Wellenhülse 12 der Länge a von 60 mm sowie eines Innendurchmessers d von hier 30 mm auf; die Wanddicke b der Wellenhülse 12 misst 5 mm. In einem mittleren Abstand ax von etwa 25 mm zur Stirnkante 14 der Wellenhülse 12 ragt gemäß Fig. 7 von dieser ein angeformter Außenring 16 -- identischer Wanddicke b -- der Kraglänge e von etwa 7 mm ab. Nahe des Außenringes 16 ist eine Außennut 18 für einen O-Ring 20 zu erkennen; ein weiterer O-Ring 20 lagert in einer der Stirnkante 14 nahen Innennut 19. Nahe der dargestellten Heckkante 15 der Wellenhülse 12 findet sich eine zweite Außennut 22 als Einstich für einen weiter unten beschriebenen Sicherungsring.
Die Wellenhülse 12 wird von einer koaxialen Gehäusebuchse 26 jener Länge a umfangen, deren Innendurchmesser dx hier 68 mm beträgt bei einer Wanddicke bx von ebenfalls 5 mm. Die Wellenhülse 12 ist gegen die Pumpenwelle 10 und die Gehäusebuchse 26 gegen das Pumpengehäuse durch die O-Ringe 20 statisch abgedichtet. Im übrigen kann die Gehäusebuchse 26 durch Schrauben am Gehäuse befestigt werden.
In mittlerem Abstand a2 von hier etwa 20 mm zur Stirnkante 28 der Gehäusebuchse 26 ragt von deren Wandung 30 ein angeformter Flanschring 32 des Durchmessers f von 100 mm sowie der Breite g von 10 mm ab, der zum einen -- beispielsweise zwei -- radiale Gewindebohrungen 34 für Verschlussschrauben 35 enthält sowie etwa vier achsparallele Durchbrüche 36 für Anschlussschrauben 38.
In axialem Abstand i (etwa 10 mm) von jener Stirnkante 28 ist die Wandung 30 der Gehäusebuchse 36 ein- bzw. achswärts zweifach gestuft. Diese beiden Stufen 40, 40a jeweils geringer Radialhöhe sind erforderlich, da der Innendurchmesser d2 der Stirnkante 28 mit 73 mm größer ist als der an- derseitige Durchmesser dx von 68 mm; die Stirnkante 28 wird von einem Wandabschnitt 30a angeboten, der an jenem Flanschring 32 ansetzt. Im Bereich dieses Flanschringes 32 ist im übrigen ein innerer Formring 42 -- geringer radialer Höhe -- der Breite i2 von 10 mm aus der Wandung 30 herausgeformt (s. Fig. 6).
Nahe der Heckkante 44 der Gehäusebuchse 26 verläuft eine Innennut 23, die der oben erwähnten Außennut 22 der Wellenhülse 12 gegenüberliegt und mit ihr gemeinsam ein Paar von Sicherungsringen 46, 46i hält, das in dem von Wellenhülse 12 und Gehäusebuchse 26 gebildeten Zylinderringraum 50 verläuft; letzterer geht am Formring 42 gemäß Fig. 1 in einen gestuften Abschnitt 51 des Zwischenraumes von Wellenhülse 12 und Gehäusebuchse 26 über. Zwischen den Sicherungsringen 46, ^.6i und dem Außenring 16 der Wellenhülse 12 sitzt im Zylinderringraum 50 ein Wälzlager 52, beispielsweise ein Doppelschrägkugellager, das Wellenhülse 12 und Gehäusebuchse 26 konzentrisch drehbar in definiertem radialen und axialen Abstand hält . Dazu muss die Wellenhülse 12 -- beispielsweise mit dem inneren Sicherungsring 46x oder einer Wellenmutter -- auf der Welle 10 fixiert werden.
Vor allem die Fig. 1, 4, 5 verdeutlichen, dass die oben erwähnten Stufen 40, 40a als Anschlag für einen -- querschnittlich L-förmigen -- Haltering 56 und einen von diesem gehaltenen O-Ring 20 dienen; diese werden gemäß Fig. 1 axial in den gestuften Abschnitt 51 eingeschoben. Der -- von einem von der Stirnkante 28 umgebenen Frontring 54 -- an die Stufe 40a gepresste Haltering 56 eines Innendurchmessers n von 64 mm, eines Außendurchmessers nλ von 74 mm sowie der Breite k von 7 mm steht der anderen Stufe 40 mit einem angeformten Außenring 57 der Höhe n3 von etwa 5 mm in Abstand gegenüber.
Innerhalb des Frontringes 54 sowie des Halteringes 56 ist ein radial zweistufiger Träger- oder Verschlussring 60 axialer Breite kx von 15 mm angebracht, den Fig. 8 deutlich werden lässt mit einer achsparallelen Außenwand 61 des Innendurchmessers z von 65 mm. Etwa mittig zwischen der Außenkante 62 dieser Außenwand 61 sowie einer radialen ringartigen Frontwand 65 des Verschlussringes 60 ist letzterer durch eine -- ebenfalls ringförmige -- radiale Mit- telwand 63 gestuft; an diese ist ein achsparalleler Wandring 64 des Außendurchmessers zx von 51 mm angeformt und an letzteren jene Frontwand 65. Der Durchmesser z2 der zentrischen Öffnung 66 der Frontwand 65 isst 35 mm. Der Querschnitt des Halteringes 56 besteht also aus zwei Winkelab- schnitten, deren äußerer die Außenwand 61 und die Mittel- wand 63 enthält; an letztere schließt der Wandring 64 des inneren Winkelabschnitts an, der auch die Frontwand 65 um- fasst und an der zentrischen Öffnung 66 endet.
Zwischen der Mittelwand 63 des nichtmagnetischen Träger- oder Verschlussringes 60 sowie dem erwähnten Frontring 54 ist ein ringförmiger -- bevorzugt metallischer -- Faltenbalg 68 zu erkennen, der an den Außenring 57 angeschlossen ist sowie innenseitig an die Mittelwand 63 des Trägerringes 60. Letzterer ist in der Gehäusebuchse 26 festlegt. Inner- halb des Wandringes 64 bzw. des Trägerringes 60 sind drei jeweils ringförmige Magnetdichtungen 70 angeordnet, deren Aufbau insbesondere Fig. 10, 11 entnommen zu werden vermag. Ihre Breite q misst etwa 3 mm, der Innendurchmesser y des Ringdurchbruches 72 etwa 35 mm und der Außendurchmesser y1 hier 50 mm. Mit 74 ist ein Permanentmagnet für ein Fer- rofluid bezeichnet, der gemäß Fig. 16 zwei Polschuhe N, S enthält, beispielsweise gemäß Fig. 11 bei 76 einen querschnittlich U-förmigen Ring -- aus zumindest zwei Teilen -- als Eisenrückschluss mit sich zum Ringdurchbruch 72 öffnen- dem Spalt 78 der Breite ^ von etwa 0,1 mm.
Die drei Dichtelemente 70 bilden eine magnetofluidische Dichtung zur Hochdruckseite und sind drei in Achsrichtung magnetisierte Permanentmagnete mit zugeordneten ferromagne- tischen Polschuhen N, S, die jeweils ein konzentriertes magnetisches Feld erzeugen, das ein Ferrofluid als Dichtmittel fixiert. Der Faltenbalg 68 liegt zur besseren Mon- tierbarkeit der Vorrichtung am Frontring 54 an und ist mit dem Haltering 56 durch einen O-Ring 20 gegen die Gehäuse- buchse 26 abgedichtet, der durch den -- mit Außengewinde versehenen -- Frontring 54 an der Gehäusebuchse 26 fixiert wird. Zwei weitere Magnetdichtungen 70 der beschriebenen Art sind an der heckwärtigen Seite der Sicherungsringe 46 angeordnet . Diese Magnetdichtungen 70 werden von zwei entsprechenden Magnetdichtungen 70a anderer Durchmesserdimensionierung umfangen unter Zwischenschaltung eines Distanzringes 79.
Jener Verschluss- oder Trägerring 60 enthält weiterhin eine in Fig. 12, 13 skizzierte Scheibe 80 aus Siliziumkarbid, die Teil eines mechanischen Dichtungssystems aus zwei gleichartigen SiC-Scheiben 80, 80a der Breite gx von etwa 7 mm mit Zentraldurchbruch 82 des Durchmessers t von etwa 39 mm ist. Der Außendurchmesser tλ der Scheibe 80, 80a sei mit etwa 65 mm angenommen. In der in Fig. 1 bis 5, 13 rechten Scheibe 80a sind an der Front- oder Kontaktfläche 84 -- entsprechend einem von außen nach innen wirkenden axialen Spiralrillenlager -- hier sechzehn vom Scheibenrand 81 ausgehende, in Draufsicht teilkreisfömig gebogene Spiralrillen 86 einer Tiefe von 10 μm bis 20 μm eingeätzt oder eingeschliffen. Diese Spiralrillen 86 enden in radialem Abstand zur zentrischen Öffnung 66 und sind durch entsprechend gebogene Dammrippen 88 getrennt. Die Pumprichtung und die Spiralrillen 86 sind in Fig. 12 an der Scheibe 80a von außen zur Mitte vorgegeben.
Die Spiralrillen oder -nuten 86 können sowohl in die stationäre als auch in die bewegte Scheibe 80, 80a eingearbeitet sein. Wichtig ist, dass die bearbeitete Frontfläche 84 der anderen Scheibe 80, 80a direkt gegenüberliegt, damit im Betrieb die Förderwirkung erzeugt wird.
Die Dichtelemente 70 und die Scheibe 80 im Trägerring 60 sind gegen letzteren abgedichtet, z.B. dicht eingeschrumpft. Die zweite Scheibe 80a ist gegenüber der ersten auf der Wellenhülse 12 angeordnet. Fig. 5 macht einen Ring- spalt 13 zwischen Scheibe 80 und Wellenhülse 12 deutlich. Im gewählten Ausführungsbeispiel wird die SiC-Scheibe 80a durch den Außenring 16 als seitlichem Anschlag und einen 0- Ring 20, der gleichzeitig eine Abdichtung gegen die Wellenhülse 12 und eine Drehmitnahme darstellt, festgelegt. Die Drehmitnahme kann -- falls erforderlich -- etwa durch einen Mitnehmerstift zwischen Anschlag 16 und SiC-Scheibe 80a unterstützt werden. Die gegenüberliegenden Flächen der Scheiben 80, 80a sind im Mikromterbereich plan bearbeitet und weisen eine entsprechend feine Oberflächenrautiefe auf. Der Balg 68 des Trägerringes 60 gewährleistet eine Beweglichkeit der Kontaktflächen der Scheiben 80, 80a axial zu- einander mit einem Abstand von Null bis einige Zehntel Millimeter. Im Stillstand werden die Scheiben 80, 80a durch die abzudichtende Druckdifferenz gegeneinandergedrückt , und somit wird durch die Scheiben 80, 80a die Hochdruckseite der Vorrichtung zur Niederdruckseite abgedichtet. Dichtele- mente 70 und Dichtscheibe 80 an der Trägerscheibe 60 werden -- wie erwähnt -- zur Wellenhülse 12 durch den Ringspalt 13 in einem definierten konzentrischen Abstand von etwa 0,1 mm gehalten (Fig. 5) .
Fig. 14. soll den Druckaufbau durch die Förderwirkung zwischen den beiden Scheiben 80, 80a verdeutlichen. Der obere Ausschnitt zeigt den Druckaufbau, wenn die linke Scheibe 80 nur durch eine Kraft belastet ist und das Druckniveau auf der Scheiben-Außen- und -Innenseite gleich ist (Funktion als Spiralrillen-Axiallager) . Die beiden Ausschnitte darunter zeigen mögliche Druckverläufe, wenn die Kraft durch einen Mediendruck auf die linke Scheibe 80 und entsprechend höherem Druckniveau auf der Scheibeninnenseite -- wie erfindungsgemäß der Fall -- erzeugt wird. Abhängig vom Druckverlauf kann eine zusätzliche Maßnahme zur Druckregulierung entsprechend Fig. 5 notwendig werden, die weiter unten erläutert wird.
Die magnetofluidische Dichtung zur Atmosphärenseite besteht aus den vier oben beschriebenen Dichtelementen 70, 70a, die
-- wie gesagt -- an den Sicherungsringen 46 so angeordnet sind, dass zwei Elemente 70 zur Wellenhülse 12 und zwei Elemente 70a zur Gehäusebuchse 26 gerichtet sind. Das Magnetofluid hat in diesem Fall nicht nur eine dichtende, sondern auch eine zentrierende Wirkung, so dass die Scheibe 80 mit den Dichtungselementen axial frei beweglich ist zwischen -- in diesem Bereich zueinander konzentrisch zylindrisch liegender -- Wellenhülse 12 und Gehäusebuchse 26. Dadurch ist das Volumen im Bereich zwischen den magnetofluiden Dichtungen -- wie gefordert -- auf der Niederdruckseite variabel und somit eine gegen Null gehende Druckdifferenz zwischen der Niederdruckseite des Hilfs- fluids sowie der Umgebung gewährleistet .
Fig. 15 lässt erkennen, wie der Raum zwischen den magnetofluidischen Dichtelementen 70 vorteilhafterweise mit Hilfe von zwei Anschlüssen 33 -- oder der beiden Gewindebohrungen 35 -- mit einer Hilfsflüssigkeit befüllt wird. Während ein Anschluss 33 zum Auffüllen mit der Hilfsflüssigkeit genutzt wird, dient der andere dazu, die Vorrichtung vorher mit einem Vakuum zu beaufschlagen, so dass die Hilfsflüssigkeit sämtliche Hohlräume innerhalb der Vorrichtung Q auffüllt. Durch geeignete Anordnung der Anschlüsse 33 an den gegenüberliegenden Seiten des Ringraumes 27 in der Gehäusebuchse 26, der die der Wellenhülse 12 zugeordnete Dichtscheibe 80a umschließt, lässt sich ein Differenz- druck zwischen den Anschlüssen 33 erzeugen, der zur Durchströmung der Vorrichtung mit Hilfsflüssigkeit aus einem externen Behälter während des Betriebes -- z.B. zur Kühlung -- genutzt werden kann. Dies wird etwa dadurch erreicht, dass der Ringraum 27 zwei unterschiedliche Seiten aufweist und eine der Seiten des Ringraumes 27 zur Scheibe 80 hin einen sehr geringen radialen Abstand von hier 0,1 mm und die andere Seite einen größeren Abstand von etwa 1 mm bildet.
Im Betrieb entfalten die SiC-Dichtscheiben 80, 80a mit den Spiralrillen 86 gegeneinander eine Förderwirkung auf die Hilfsflüssigkeit, die zwischen Niederdruckseite und Hoch- druckseite der Vorrichtung Q einen der Förderwirkung entsprechenden Di ferenzdruck aufbaut. Die Hilfsflüssigkeit wird so gewählt, dass einerseits eine gute Schmierung des Wälzlagers 52 gewährleistet ist und ein möglichst hoher Differenzdruck über den Dichtscheiben 80, 80a entstehen kann (vorteilhaft: hohe Viskosität) und anderseits die Erwärmung der Hilfsflüssigkeit in beherrschbaren Grenzen bleibt (max. etwa 80°C, vorteilhaft: geringe Viskosität). Die Hilfsflüssigkeit wird darüber hinaus so gewählt, dass es mit dem Magnetofluid der Dichtungen 70, 70a verträglich ist - günstigenfalls kann auf das Trägeröl des Magneto- fluids (z.B. ein Silikonöl) zurückgegriffen werden.
Um ein "Durchschlagen" der magnetofluiden Dichtung auf der Hockdruckseite durch Überdruck -- drei Ringe ertragen einen Differenzdruck von max. etwa 0,5 bar -- zu verhindern, muss die Förderwirkung der Dichtscheiben 80, 80a durch den an der hochdruckseitigen Dichtung anliegenden Differenzdruck limitiert werden. Dies wird durch die vorher bereits er- wähnte Beweglichkeit der der Gehäusebuchse 26 zugeordneten Dichtscheibe 80 durch den Faltenbalg 68 erzielt. Erzeugen die Dichtscheiben 80, 80a im Betrieb einen höheren Druck als den abzudichtenden innerhalb der Pumpe, wird die Trägerscheibe 60 mit der zugeordneten Dichtscheibe 80 in Richtung des abzudichtenden Druckes bewegt: der Abstand zwischen den Dichtscheiben 80, 80a wird größer und konsequenterweise lässt die Förderwirkung nach. Umgekehrt führt ein zu geringer -- durch die Dichtscheiben 80, 80a -- erzeugter Druck zur Verringerung des Spaltes zwischen den Dichtscheiben 80, 80a und damit zur Erhöhung der Förderwirkung .
In Fällen, in denen die oben dargestellte Selbstregelungswirkung zwischen den Dichtscheiben 80, 80a nicht ausreicht, ist die Unterstützung der Regelung mit Hilfe einer Überströmfunktion zwischen Hochdruck und Niederdruckbereich der Hilfsflüssigkeit realisierbar. Dabei wird die Dichtscheibe 80 auf der Hochdruckseite innerhalb des Trägerringes 60 axial verschiebbar und mit radialer Luft -- Radialspalt 17 zwischen Trägerring 60 und Dichtscheibe 80 von 0, 1 mm in Fig. 5 -- nach außen angeordnet. Zur radialen Fixierung und zur Drehmitnahme am Trägerring 60 dienen gemäß Fig. 5 mindestens zwei Mitnehmerstifte 67. Am äußeren Ende der Dichtscheibe 80 begrenzt eine radiale Anlagefläche 69 einen Dichtspalt. Die Anordnung der Anlagefläche 69 ist so gewählt, dass die Dichtscheibe 80 vom Trägerring 60 abhebt und somit der Dichtspalt öffnet, wenn der Druck zwischen Dichtscheibe 80 und Trägerring 60 höher ist als der Druck des abzudichtenden Fluids auf der Hochdruckseite. Von der Anlagefläche 69 geht ein achsparallel verlaufender Ringspalt 21 aus, der einerseits von der Außenwand 61 des Trägerringes 60 begrenzt ist sowie anderseits vom Umfang der -- der Gehäusebuchse 26 zugeordneten -- Dichtscheibe 80.
Insbesondere bei Anwendungen, bei denen keine chemisch ag- gressiven Medien abzudichten sind, bestehen verschiedene Möglichkeiten zur Kostenreduktion der Konstruktion. So können die Funktionen der Wellenhülse 12 und der Gehäusebuchse 26 von Welle 10 und Gehäuse übernommen werden. Die magnetofluidischen Dichtungen lassen sich kostengünstiger realisieren, wenn die Welle 10 aus ferromagnetischem Material gestaltet wird, so dass die magnetischen Feldlinien durch die Welle 10 geführt werden. Dadurch sind Anordnungen möglich, bei denen das magnetische Feld eines einzigen Permanentmagneten über mehrere Dichtspalte geführt wird. Die auf der Niederdruckseite notwendige Zentrierwirkung ist dann aber nicht mehr gegeben. Es liegt im Gegenteil eine Instabilität vor, so dass die Anpassung des Volumens des Raumes für die Hilfsflüssigkeit auf andere Weise als beschrieben realisiert werden muss. Die genannten Dichtschei- ben 80, 80a aus SiC können für einfache Anwendungen aus kostengünstigeren Materialien hergestellt und in andere Bauteile integriert werden. Beim dargestellten Prinzip zur Erzeugung einer Druckdifferenz mit Hilfe von Dichtscheiben 80, 80a mit Spiralnuten 86 handelt es sich lediglich um eine Ausführungsmöglichkeit. Andere Prinzipien -- wie z.B. Fördergewinde -- sind denkbar und möglich.
Der prinzipielle Aufbau einer magnetofluidischen Dichtung ist Fig. 16 zu entnehmen. Das Magnetfeld eines ringförmigen Permanentmagneten 74 mit axialer Magnetisierung wird durch zwei Polschuhe 73 auf einen Ringspalt 77 um die Welle 10 konzentriert. Das konzentrierte Feld hält ein Magnetofluid 75 stationär in jenem Ringspalt 77 fest, das somit eine Dichtwirkung zwischen den beiden Seiten des Aufbaus hervor- ruft.
Um ein Durchmischen zwischen abzudichtender Flüssigkeit und Magnetofluid der Dichtung 70 zu verhindern, wird die oben beschriebene Vorrichtung gemäß Fig. 17 wie folgt ergänzt.
Am Trägerring 60 wird ein Bereich, ein Raum oder eine Kammer 90 der magnetofluidischen Dichtung 70 vorgelagert angeordnet, der/die teilweise mit einem Gas G -- beispielsweise Luft oder einem Inertgas -- gefüllt ist. Die Kammer 90 wird auf der der Vorrichtung abgewandten Seite zur Welle 10 mit einem Ring- oder Dichtspalt 92 der Weite q3 von etwa 0,1 mm abgedichtet, dessen Durchmesser fx größer ist als der Durchmesser des Dichtspaltes 78 der magnetofluidischen Dichtung 70 am Trägerring 60 aber kleiner als der Durchmes- ser f2 der äußeren Kammerwand 94.
Das Volumen der Kammer 90 und die Durchmesser der Dicht- spalte sind so gestaltet, dass bei horizontaler Anordnung und Stillstand des Systems sowie bei Umgebungsdruck inner- halb der Kammer 90 immer ein bestimmtes Gasvolumen V0 im oberen Bereich der Kammer 90 -- oberhalb von deren Dicht - spalt 92 -- residual vorhanden ist. Im Betrieb sammelt sich dieses Gasvolumen im Bereich des kleinsten Durchmessers des Rotors -- dies ist im vorliegenden Fall der Dichtspalt 77 der magnetofluidischen Dichtung 70 -- konzentrisch um die Welle 10 und wird durch den Betriebsdruck auf ein Volumen VI zusammengedrückt. Auch wenn VI gleich V0 ist, soll durch geeignete Wahl des Durchmessers fx des Dichtspaltes 92 der Kammer 90 dabei kein Gas aus diesem Dichtspalt 92 entweichen. Andererseits soll VI groß genug sein, um den Dicht - spalt 77 der magnetofluiden Dichtung 70 im Betrieb auch bei maximalen Druck komplett abzudecken. Ein günstiges Durchmesserverhältnis zwischen dem Dichtspalt 77 der magneto- fluidischen Dichtung 70, dem Dichtspalt 92 der Kammer 90 und dem inneren Außendurchmesser der Kammer ist 1 zu 1,2 zu 1,5. Mit VI* ist in Fig. 17 das Gasvolumen bei Maximaldruck bezeichnet.
Die Anordnung stellt -- wie schon erwähnt -- sicher, dass die magnetofluidische Dichtung im Betrieb stets nur mit Gas in Kontakt kommt. Eine Durchmischung des Magnetofluids mit einer abzudichtenden Flüssigkeit wird somit wirksam verhindert .
Die Fig. 18 bis 20 zeigen in abstrahierter Darstellung ein Prinzip der Erfindung zu zwei -- in axialem Abstand s zu- einander verlaufenden -- magnetofluidischen Dichtungen 70, die an einer Welle 10 und einer zu dieser parallelen Gehäusewand 24 als druckisolierendem Element so angeordnet sind, dass drei Bereiche oder Räume entstehen: ein Raum 90a mit einem abzudichtenden Fluid A bestimmten Druckes (z. B. För- dermedium mit 25 bar) , ein Raum 96 mit einer Hilfsflüssigkeit H zwischen den Dichtungen 70 sowie ein Raum 98 mit einem Fluid B mit einem Differenzdruck zu Fluid A (z.B. Umgebungsluft mit 1 bar absolut) . Der mittlere Raum 96 ist in zwei Hälften oder Abschnitte 96a, 96b geteilt durch eine Fördereinrichtung 100, die als Pumpensymbol in Form eines Kreises samt innenliegendem Dreieck skizziert ist für die Mittel, die eine Förderwirkung und damit einen Differenz- druck erzeugen. Die Verbindung 71 des Kreises mit der Gehäuseseite und die Verbindung 71a des Dreiecks mit der Wellenseite symbolisiert die Zuordnung der Bauteile der Fördereinrichtung zu bewegten und stationären Teilen der Vorrichtung.
Die punktiert hervorgehobenen Räume 90a, 96a verdeutlichen Bereiche hohen Druckes; der Differenzdruck zwischen besagten Räumen wird mit geeigneten Mitteln -- symbolisiert durch die "Messleitung" 95 und dem Symbol "deltaP = 0!" -- aufgenommen und ein Signal -- symbolisiert durch die Pfeil - linie 95a -- zur Regulierung der Fördereinrichtung 100 in Abhängigkeit vom Differenzdruck erzeugt. In den punktfreien Räumen 96b, 98 herrscht niedriger Druck.
In Fig. 18 geschieht die Druckregulierung allein durch Regelung der Fördereinrichtung über den Differenzdruck (bevorzugte Lösung) . Ergänzend sei dazu auf Fig. 4 Bezug genommen. Fig. 19 zeigt die Druckregelung mit Hilfe einer -- an jene Messleitung 95 mit einer Pfeillinie 95b angeschlossenen sowie durch ein Überströmventil symbolisierten Überströmeinrichtung 97, die vom Differenzdruck angesteuert wird und sich in einer die Räume 96b und 98 verbindenden Leitung 99 befindet. Fig. 20 verdeutlicht die Kombination beider Regelvarianten entsprechend Fig. 5 der konkreten Ausführung.
Im Bereich 96 mit der Hilfsflüssigkeit H befinden sich also Mittel, die innerhalb dieses Bereiches 96 einen Differenz- druck erzeugen, wobei der höhere Druck auf der Seite zum Fluid A mit dem höheren Druck hin und umgekehrt erzeugt wird. Die erzeugbare Druckdifferenz muss mindestens dem maximal auftretenden Differenzdruck von Fluid A und Fluid B entsprechen. Zudem sind Mittel vorhanden, die auf den Dif- ferenzdruck zwischen dem Fluid A mit höherem Druck und dem Maximaldruck der Hilfsflüssigkeit H reagieren. Die Reaktion wird dazu genutzt, um durch geeignete Mittel die genannte Druckdifferenz auf einen Wert nahe Null zu regeln. Dies kann z.B. durch Regelung der Leistung der Druckdifferenz erzeugenden Mittel geschehen oder durch Regelung einer Rückströmung aus dem Raum 90a hohen Druckes der Hilfsflüs- sigkeit H zum Raum 96b niedrigen Druckes.
Indem das Volumen des der Hilfsflüssigkeit H zugeordneten Raumes 96 variabel gestaltet wird, kann sichergestellt werden, dass auch die Druckdifferenz zwischen dem Minimal - druck der Hilfsflüssigkeit H und dem Druck des Fluids B mit dem niedrigeren Druck nahezu Null ist. Dies kann zum Beispiel durch eine flexible Membrane zwischen einer Seite des Raumes für die Hilfsflüssigkeit H und dem Fluid mit entsprechendem Druck realisiert werden oder durch bewegliche Anordnung einer der magnetofluidischen Dichtungen 70. Bei Anordnung mit Umgebungsluft unter Normaldruck (1 bar) auf der Niederdruckseite ist es am vorteilhaftesten, den Raum 96 auf dieser Seite im Volumen variabel zu gestalten.
Die dargestellten Mittel stellen sicher, dass die magnetofluidischen Dichtungen 70 auch bei hohen Druckdifferenzen der Fluide A, B nur mit geringen Differenzdrücken belastet werden - und somit ihre hermetische Dichtungsfunktion sichergestellt ist. Die Kraftübertragung erfolgt mechanisch über das kraftübertragende Element, z.B. die Welle 10, so dass hohe Übertragungsleistungen möglich sind.
Die Druckdifferenz innerhalb der Hilfsflüssigkeit H wird beispielsweise durch Relativbewegung von geometrischen Ele- menten erzeugt, die der Welle 10 und dem Gehäuse statisch zugeordnet sind und eine Fördereinrichtung für die Hilfsflüssigkeit H bilden. Dabei wird durch geeignete Maßnahmen z.B. durch jenes Rückschlagventil -- sichergestellt, dass bei Stillstand des Systems kein Druckausgleich zwischen Hoch- und Niederdruckbereich 96a bzw. 96b der Hilfsflüssigkeit H stattfindet.

Claims

PATENTANSPRUCHE
Vorrichtung zum Führen zumindest zweier Strömungsmittel unterschiedlichen Druckes mit einer Welle od. dgl. kraftübertragendem Organ sowie einem druckisolierenden Element wie einem die Welle od. dgl. umgebenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem kraftübertragenden Organ (10) und dem druckisolierenden Element durch Dichtungselemente (70, 70a) in Achsrichtung nebeneinander liegende Räume (90, 90a; 96; 98) bestimmt sind, wobei zumindest eines der Dichtungselemente (70, 70a) leckagefrei ausgebildet ist sowie zwei Räume (90, 90a; 98) für Fluide (A, B) unterschiedlichen Druckes einen Raum (96) für eine Hilfsflüssigkeit (H) flankieren und letzterer durch eine Einrichtung (100) in zwei Teilräume ( 96a , 96b) für zwei unterschiedliche Druckbereiche unterteilt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein magnetofluidisches Dichtungselement (70, 70a) zum Begrenzen des Raumes (96) für die Hilfsflüssigkeit (H) .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass dem Raum (90a) höheren Drucks ein Fördermedium sowie dem Raum (98) niederen Drucks Umgebungsluft zugeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsflüssigkeit (H) ein Trägeröl des dem Dichtungselement (70, 70a) zugeordneten Magnetofluids ist, gegebenenfalls ein Silikonöl.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (96) für die Hilfsflüssigkeit (H) zwei Anschlüsse (33) aufweist, von denen einer zum Erzeugen eines Vakuums sowie der andere als Durchgang für die Hilfsflüssigkeit (H) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Teilraum (96a) für den höheren Druck der Hilfsflüssigkeit (H) dem Raum (90a) für das Fluid (A) höheren Druckes zugeordnet ist (Fig. 18 bis 20) .
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Mittel zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen den Teilräumen (96a, 96b) , wobei die Mittel bevorzugt innerhalb der Teilräume (96a, 96b) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn- zeichnet durch relativ zueinander bewegbare, dem druckisolierenden Element und dem kraftübertragenden Organ (10) zugeordnete geometrische Teile, die zum Erzeugen einer Druckdifferenz eine Fördereinrichtung für die Hilfsflüssigkeit (H) bilden.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den Raum (96) für die Hilfsflüssigkeit (H) teilende Einrichtung eine Fördereinrichtung (100) ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugbare Druckdifferenz zumindest dem maximal auftretenden Differenzdruck zwischen den Fluiden (A, B) entspricht. - so ¬
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit welchen die Druckdifferenz zwischen dem maximalen Druck der Hilfsflüssigkeit und dem Druck des Fluids mit dem höheren Druck gegen Null regelbar ist, bevorzugt Organe zum Regeln der Leistung der die Druckdifferenz erzeugenden Mittel.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Organe (97, 99) zum Regeln einer Rückströmung aus dem Teilraum (96a) höheren Drucks der Hilfsflüssigkeit (H) zum Teilraum (96b) niederen Drucks, wobei gegebenenfalls zwischen den Teilräumen (96a, 96b) für die Hilfsflüssigkeit (H) eine Leitung (99) mit ventilartiger Überströmeinrichtung (97) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen zumindest des Raumes (96) für die Hilfsflüssigkeit (H)" veränderbar ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Teilraum (96b) für den niedrigen Druckbereich der Hilfsflüssigkeit (H) in seinem Volumen veränderbar gestaltet ist .
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch membranartige Dichtungselemente zum Begrenzen des Raumes (96) für die Hilfsflüssigkeit (H) .
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich beidseits des Raumes (96) für die Hilfsflüssigkeit (H) zwischen dem kraftübertragenden Organ (12) und dem druckisolierenden Element (24) ein magnetofluidisches Dichtelement (70, 70a) er- streckt.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (70, 70a) wenigstens einen Permanentmagneten (74) in einem Ring (76) enthält sowie ein dem kraftübertragenden Organ bzw. der Welle (10) an einem Ringspalt (77) zugeordnetes Magnetofluid (75) .
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (74) Teil einer das Dichtungs- element bildenden Magnetdichtung (70) ist, welche mit dem Ring (76) die Welle (10) umfängt, wobei gegebenenfalls das Magnetfeld des ringförmigen Permanentmagneten (70) mittels zugeordneter Polschuhe (73) auf den Ringspalt (77) konzentriert ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch in Achsrichtung magnetisierte Permanentmagnete (70) an der Hochdruckseite in einem Träger- oder Verschlussring { 60 ) aus nicht magnetischem Werkstoff oder durch zumindest zwei konzentrische Magnetdichtungen (70, 70a) , deren Querschnitte durch wenigstens einen achsparallelen Distanzring (79) getrennt sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verschlussring (60) ein Faltenbalg (68) anliegt, der anderseits dem Druck tragenden Element anliegt .
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (68) aus metallischem Werkstoff besteht sowie an seiner radialen Außenseite bevorzugt von einem Haltering (56) umgeben ist, und/oder sich gegen einen an die Gehäusebuchse (26) festliegenden Frontring (54) abstützt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussring (60) zumindest eine Dichtscheibe (80) als Teil eines wenigstens zwei Dichtscheiben (80, 80a) mit Zentraldurchbruch (82) um- fassenden mechanischen Dichtungssystems enthält, wobei die Dichtscheibe (80, 80a) gegebenenfalls aus Siliziumkarbid geformt ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheiben (80, 80a) mit Kontaktflächen (84) aufeinander liegen, wobei gegebenenfalls zumindest eine Dichtscheibe (80a) in der Kontaktfläche (84) vom Scheibenrand (81) zum Scheibenzentrum gekrümmt verlaufende spiralartige Rillen bzw. Vertiefungen (86) gerin- ger Tiefe (c) aufweist, die in Abstand zum Zentral - durchbruch (82) enden und von der Kontaktfläche der anderen Dichtscheibe (80) übergriffen sind.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine die Welle (10) umgebende Wellenhülse (12) und eine dazu koaxiale Gehäusebuchse (26) jeweils aus einem nicht magnetischen Werkstoff bestehen sowie zwischen diesen zumindest zwei der die Welle umfangenden magnetofluidischen Dichtungs- elemente (70, 70a) vorgesehen sind.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenhülse (12) -gegen die Welle (12) und die Gehäusebuchse (26) gegen das Gehäuse durch O-Ringe (20) statisch abgedichtet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraft übertragende Organ bzw. die Wellenhülse (12) und das Druck isolierende Elemente bzw. die Gehäusebuchse (26) durch radial zur Längsachse (M der Wellenhülse angeordnete Wälzlager (52) konzen- trisch drehbar in definiertem axialem Abstand gehalten sind, insbesondere durch ein Doppelschrägkugellager.
27. Vorrichtung nach Anspruch 22 und 26, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Wälzlager (52) einem Außenring (16) der Wellenhülse (12) anliegt, dem anderseits eine der Dichtscheiben (80a) aus Siliziumkarbid zugeordnet ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 27, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine Dichtscheibe (80a) in einem sich von dem Außenring (16) weg axial stufenweise erweiternden Abschnitt (51) des Ringraums (50) lagert, dem der Verschlussring (60) mit der anderen Dichtscheibe (80) zugeordnet ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 23, gekennzeichnet durch eine Welle (10) aus ferromagnetischem Werkstoff .
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenfläche der Dichtscheibe (80) und dem benachbarten Verschlussring (60) ein Radialspalt (17) verläuft.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass an den Radialspalt (17) einerseits ein axialer Ringspalt (77) zwischen der Welle (10) und den Dichtelementen (70) anschließt sowie anderseits ein axialer Ringspalt (13) , der die benachbarte Dichtscheibe (80) untergreift und/oder, dass am radial äußeren Ende des Radialspaltes (17) eine Anschlagfläche (69) vorgesehen ist, an welche ein äußerer Ringspalt (21) angrenzt, der achsparallel verläuft (Fig. 5) .
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (80) durch wenigstens einen achsparallelen Mitnehmerstift (67) an die Mittelwand (63) des Verschlussrings (60) angeschlossen ist .
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einem Fluid beaufschlagten Seite eine teilweise mit einem Gas (G) gefüllte sowie mit einem Dichtspalt (92) versehene Kammer (90) vorgelagert ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die teilweise mit einem Gas (G) gefüllte sowie mit einem Dichtspalt (92) versehene Kammer (90) dem magnetofluidischen Dichtungselement (70) am Trägeroder Verschlussring (60) vorgelagert ist (Fig. 17) .
35. Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (q3) des Dichtspaltes (92) größer ist als die Breite (q2) des Dichtelements (70) des Dichtspaltes (77) am Träger- oder Verschlussring (60) zur Welle (10) hin, wobei gegebenenfalls das Verhältnis zwischen der Breite (q2) des Dichtspaltes (77) , der Breite (q3) des Dichtspaltes (77) der Kammer (90) sowie dem inneren Außendurchmesser (f2) der Kammer (90) bzw. der äußeren Kammerwand (94) von 1 zu 1,2 zu 1,5 beträgt.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kammer (90) nach außen hin erweitert ist (Fig. 17) .
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammer (90) ein Hilfsanschluss für Inertgas zugeordnet ist.
38. Verfahren zum Führen zumindest zweier Strömungsmittel unterschiedlichen Druckes mit einer Welle od. dgl. kraftübertragendem Organ sowie einem druckisolierenden Element wie einem die Welle od. dgl. umgebenden Gehäuse, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem kraftübertragenden Organ (10) und dem druckisolierenden Element in durch jeweils ein Dichtungselement (70, 70a) begrenzten Räumen (90, 90a; 98) Fluide (A, B) unterschiedlichen Druckes und zwischen diesen in einem Raum (96) eine Hilfsflüssigkeit (H) gehalten werden, wobei in letzte- rer zwei Druckbereiche hergestellt werden sowie der Teilbereich für den höheren Druck der Hilfsflüssigkeit (H) dem Raum (90a) für das Fluid (A) höheren Druckes zugeordnet wird.
39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (96) für die Hilfsflüssigkeit (H) beid- seits zu den Räumen (90, 90a; 98) für die Fluide (A, B) durch magnetofluidische Dichtungselemente (70, 70a) hermetisch abgedichtet wird.
40. Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum. (96) für die Hilfsflüssigkeit (H) vor dieser mit einem Vakuum beaufschlagt wird.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass dem Raum (90, 90a) höheren Drucks ein Fördermedium sowie dem Raum (98) niederen Drucks Umgebungsluft zugeführt wird.
42. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugbare Druckdifferenz zumindest dem maximal auftretenden Differenzdruck zwischen den Fluiden (A, B) entspricht oder, dass die Leistung der die Druckdifferenz erzeugenden Mittel geregelt wird.
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückströmung aus dem Teilraum (96a) höheren Drucks der Hilfsflüssigkeit (H) zum Teilraum (96b) niederen Drucks geregelt wird.
44. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz innerhalb der Hilfsflüssigkeit (H) durch Relativbewegung geometrischer Elemente erzeugt wird, die der Welle (10) einer- seits und dem druckisolierenden Element anderseits zugeordnet sind und eine Fördereinrichtung (100) bilden.
45. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass durch Dichtscheiben (80, 80a) , die zwischen sich spiralartige Rillen bzw. Vertiefungen (86) begrenzen, eine Förderwirkung für die Hilfsflüssigkeit (H) aufgebaut wird, wobei gegebenenfalls die Förderwirkung der Dichtscheiben (80, 80a) durch Erhöhung von deren Druck sowie des Abstandes zueinander er- höht wird.
46. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dem Dichtungselement (70) vorgelagerten sowie ein Gas enthaltenden Kammer (90) das Gasvolumen im Betrieb im Bereich des Dichtspaltes (77) zwischen Dichtungselement und Welle (10) konzentrisch um diese gesammelt sowie durch den Betriebsdruck zusammengedrückt wird.
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