WO2006106069A1 - Wellendichtung - Google Patents

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WO2006106069A1
WO2006106069A1 PCT/EP2006/061185 EP2006061185W WO2006106069A1 WO 2006106069 A1 WO2006106069 A1 WO 2006106069A1 EP 2006061185 W EP2006061185 W EP 2006061185W WO 2006106069 A1 WO2006106069 A1 WO 2006106069A1
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WO
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sealing
chamber
shaft seal
gap
seal according
Prior art date
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PCT/EP2006/061185
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Dreifert
Wolfgang Giebmanns
Bernhard Kliem
Heinz THÖREN
Original Assignee
Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh
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Publication date
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Priority to CN2006800108950A priority patent/CN101156008B/zh
Priority to JP2008503521A priority patent/JP2008534877A/ja
Priority to CA002601180A priority patent/CA2601180A1/en
Priority to US11/887,601 priority patent/US20090140495A1/en
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
    • F16J15/406—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid by at least one pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04C27/008—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids for other than working fluid, i.e. the sealing arrangements are not between working chambers of the machine
    • F04C27/009—Shaft sealings specially adapted for pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/102—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/104—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps the sealing fluid being other than the working fluid or being the working fluid treated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type

Definitions

  • the invention relates to a shaft seal, which is particularly suitable for vacuum pumps, such as screw pumps.
  • the gas seal is formed as a labyrinth seal in combination with a plurality of piston rings.
  • a radially extending separation chamber is provided, which is connected to a Trennkammcr ventilation duct with the environment.
  • a desired gas pressure preferably ambient pressure. This ensures that the drop across the gas seal pressure difference and the drop across the oil seal pressure difference can be adjusted.
  • an appropriate pressure setting can It is avoided that oil passes from the bearingcite through the oil seal and through the gas seal into the pump chamber's pump chamber.
  • sealing gas Wcllendichtung is supplied so that penetration of the lubricant, in particular of the oil, is avoided in the dry area or the pump chamber of the pump.
  • Such a supply of sealing gas increases the pressure in a gear chamber in which the lubricant provided for lubricating the bearing points is arranged. In a required venting of the gear chamber thus exits an oil mist from the gear chamber. This is an escape of oil into the environment.
  • the object of the invention is to provide a Weüendichtung whose components are protected from damage by corrosive media, dirt and the like.
  • the shaft seal according to the invention which is particularly suitable for vacuum pumps and particularly preferably for screw pumps, has an inner sealing ring which can be connected in particular to a rotor shaft.
  • the inner sealing ring is at least partially surrounded by an outer sealing ring, wherein the outer sealing ring is preferably arranged stationary, for example, held in a housing.
  • a barrier gas chamber is provided which at least partially passes through the sealing rings is formed and can be introduced into the arranged via a preferably arranged in the stationary outer sealing gas feed channel sealing gas.
  • the barrier gas chamber is connected to a sealing gap arranged between the inner and the outer sealing ring as well as to an outlet gap, so that sealing gas can escape from the barrier gas chamber both into the diffusion gap and into the outlet gap.
  • the outlet gap is in this case preferably connected to a suction chamber.
  • the sealing gap and the outlet gap are thus preferably fluidly connected to one side of the seal.
  • the cross-section of the Dchschtspaltes and the exit slit is dimensioned such that the flow resistance is greater in the Dichtspait a ⁇ s in the exit slit.
  • This has the consequence that always a larger amount of sealing gas flows in the direction of the pump chamber or on a transmission side facing away from the seal and thus the security that corrosive media or the like. Penetrate into the seal is further increased. A smaller part of the sealing gas flows through the sealing gap, in which preferably piston rings are arranged, in a subsequent separation chamber.
  • a circumferential groove is preferably arranged.
  • a sealing gas disc which can be connected to the shaft is preferably provided.
  • the Sperrgasscheibc has a projecting into the groove approach, the dimensions of the particular annular approach are chosen such that the approach in the assembled state to form the sealing gas chamber does not completely into the groove protrudes ..
  • the chamber gap is defined by the arrangement and the design of the Sperrgasscheibc.
  • the Kammerspait between the groove and the projecting into the groove lug is formed.
  • the sealing gas can pass into a sealing gap which is provided between the inner and outer sealing ring.
  • a sealing gap Preferably, in the region of the sealing gap for sealing piston rings and / or a labyrinth seal are provided.
  • the sealing gas passes into a subsequent to the sealing gap separating chamber, which is preferably in turn formed by the inner and outer sealing ring.
  • the separation chamber is connected to Sperrgasabschreib with a discharge channel, wherein the discharge channel is preferably connected to the environment.
  • sealing gap By providing a sealing gap according to the invention, to which a separation chamber with discharge channel connects, it is ensured that no corrosive media or dirt particles and dg! Penetrate into the sealing gap. As a result, the preferably arranged in the sealing gap piston rings are protected from damage.
  • the barrier gas chamber has an outlet gap connected to or independent of the chamber gap.
  • the exit slit is connected to the pump chamber. This ensures that, for example, explosive or toxic gases can not escape from the pump chamber through the sealing gap or the gas seal into the environment. This is achieved in particular by the fact that a small amount of sealing gas always exits through the outlet gap into the suction chamber.
  • a separation chamber with discharge channel has the particular advantage that the sealing gas does not enter a transmission housing, Thus, a ventilation of a transmission housing, in which oil can be entrained, not required. Furthermore, due to the through the discharge channel flowing out of the barrier gas, the penetration of corrosive media or particles avoided.
  • At least one spin chamber is preferably arranged between the separation chamber and the gear chamber or the Lagcrsrelle. These are preferably essentially radially formed chambers in which the lubricant is spun off.
  • the centrifugal chambers are preferably connected to the gear chamber for returning the lubricant. It is also particularly preferred to also design the at least one spin chamber through the inner and outer sealing rings. Here is the smallest possible gap between the two sealing rings.
  • a throttle is provided in the supply channel connected to the barrier gas chamber, which is operated supercritically, This ensures that the barrier gas chamber, regardless of the pressure in the pumping chamber, a constant Sperrgasmasscnstrom is supplied. Since the flow resistance of the outlet gap is made considerably smaller than that of the sealing gap, a predominant part of the sealing gas flows into the suction chamber, even if the pressure is above the pressure in the separation chamber.
  • the pressure in the barrier gas chamber follows and is higher than the pressure in the suction chamber.
  • the sealing gas is preferably additionally supplied via a pressure regulator.
  • a filter is connected upstream to protect the nozzle from contamination of the nozzle.
  • a particular advantage of the shaft seal according to the invention is that the supply of sealing gas is optional. Depending on the requirements of the shaft seal, the supply of protective gas can be omitted. Even without that Injections of inert gas, the shaft seal has good sealing properties.
  • the invention relates to a vacuum pump, in particular a screw pump, with at least one rotor shaft.
  • the rotor shaft is connected to a rotor and a bearing.
  • a shaft seal is provided between the rotor, which is preferably arranged in a pump chamber, and the bearing, which is usually an oil-lubricated bearing arranged in a gear housing.
  • the shaft seal is designed as described above.
  • FIG r 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of a rotor shaft of a screw pump in the area of Wellcndichtung,
  • Fig. 2 is a Tcil sectional view of a second embodiment of
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a further embodiment of a rotor shaft of a screw pump in the region of the shaft seal
  • Fig. 4 is a partial sectional view of another embodiment of the
  • Fig. 5 is a partial sectional view of another embodiment of the
  • a rotor shaft 10 is connected on a pump chamber or dry side 12 with a rotor 14, wherein for ease of illustration in Fig. 1, only one rotor blade of a rotor designed for example as a rotor is shown.
  • a bearing 16 is connected to the rotor shaft 10, which is a ball bearing in the illustrated embodiment, the bearing 16 is, for example oil lubricated. Between the rotor 14 and the bearing 16, the shaft seal according to the invention is arranged.
  • the shaft seal has an inner sealing ring 18, which is firmly connected to the rotor shaft 10.
  • the inner sealing ring 18 is surrounded by an outer sealing ring 20, which is for example fixed in a housing, not shown.
  • a feed channel 22 is provided, which is connected to a housing 26 disposed in a channel 26. Via the channel 26 and the feed channel 22, a sealing gas of a barrier gas chamber 28 can be supplied.
  • the sealing gas chamber is formed by a circumferential groove 30 provided in the outer sealing ring 20, in which groove 30 a projection 32 of a sealing gas disk 34 firmly connected to the shaft 10 protrudes.
  • the outer dimensions of the circular-shaped projection 32 are slightly smaller than the dimensions of the groove 30, so that between the projection 32 and the groove 30 on the inside of a chamber gap 36, and on the outside of an outlet gap 38 is formed.
  • sealing gas exits into the suction chamber 12.
  • the chamber gap 36 is connected to a sealing gap 40, so that sealing gas from the sealing gas chamber 28 passes through the chamber gap 36 in the sealing gap 40 and flows through it into a separation chamber 42. From the separation chamber 42, the sealing gas passes through an exhaust duct 44, for example into the environment or into a collecting space,
  • the separation chamber 42 is formed by a provided in the outer sealing ring 20 radial groove 46 and provided in the inner sealing ring 18 inner Rad ⁇ al groove 48, wherein the two grooves 46, 48 are arranged opposite to each other.
  • the centrifugal chambers 52 are formed by substantially radially extending annular grooves in the outer sealing ring 20.
  • the centrifugal chambers are used for centrifuging or for receiving lubricant, in particular lubricating oil, which emerges from the bearing 16 in the direction of the rotor 14.
  • the centrifugal chambers 52 are connected via a transverse bore, not shown, with the Getr ⁇ ebcgephaseuse for returning the lubricant.
  • FIG. 2 A further embodiment of the sealing gas chamber is shown in Fig. 2, wherein the same or similar components are identified by the same reference numerals.
  • the sealing gas disc 34 has two mutually rotationally symmetrical lugs 54, 56, wherein the projection 54 has a greater distance from a center line 58 than the projection 56.
  • the sealing gas chamber 28 is arranged, wherein for enlarging the sealing gas chamber 28 in the sealing gas disc 34, a groove 30 opposite groove 60 is formed.
  • the two projections 54, 56 protrude into two annular, provided in the outer sealing ring 20 grooves 62 and 64.
  • the outer dimensions of the annular projections 54, 56 are again slightly smaller than the width of the grooves 62, 64. This is between the approach 54 and the groove 62 of the exit slit 38, and formed between the groove 64 and the projection 56 of the Kammcrspalt 36.
  • a purging gas disk 66 having the same function as the purging gas disk 34 is in two parts.
  • an inner Sperrgasr ⁇ ng 68 of the sealing gas disc 66 is fixedly connected to the shaft 10.
  • An outer sealing gas ring 70 may be fixedly connected to the outer sealing ring 20.
  • the outer sealing gas ring 70 has a head-shaped, symmetrical to the line of symmetry 58 approach 72 which in a correspondingly formed, also rotationally symmetrical to the axis 58 recess 74- in the inner sealing gas ring protrudes.
  • a second sealing gas chamber 76 which is also annular, is provided in the sealing gas disc 66 between the two sealing gas rings 68, 70.
  • This second barrier gas chamber 76 leads the sealing gas, which has passed the gap 38, to a second gap 80, through which the sealing gas is evenly distributed around the periphery, flows out into the suction chamber 12 and thereby the penetration of particles, condensates and prevents corrosive or toxic gases. Since the sealing gas is guided into the suction chamber 12 through the annular gap 80 in the main conveying direction of the rotor 14, the opening of the annular gap 80 remains in the slipstream of the sealing gas disk 66. In this way, when operating without sealing gas, the risk is greatly reduced that particles or condensates from the conveying gas flow into the annular gap 80 arrive.
  • This Rspngspalt 80 has a larger annular surface than the annular gap 38, so that the gap 38, the determining throttle, downstream of the sealing gas chamber 28, represents.
  • the barrier gas chamber 28 is connected via a distribution groove 78 to the annular gaps 36 and 38, wherein the annular gap 36 between the outer sealing ring 20 and the inner sealing ring 18 is very short and the gas leads directly to the sealing gap 40, which in turn constricted by the piston rings 50 becomes, whereby the passing through this barrier gas amount extremely low.
  • FIGS. 4 and 5 show two further embodiments in a partial Schn ⁇ ttans ⁇ cht, wherein similar or corresponding components are identified by the same reference numerals.
  • the sealing gas chamber 28 is formed by the inner D ⁇ chtring 18, the outer sealing ring 20 and the rotor 14.

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Abstract

Eine Wellendichtung, die insbesondere für Vakuumpumpen, wie Schraubenpumpen, geeignet ist, weist einen mit der Weile verbindbaren inneren DichtrÊng (18) und einen den inneren Dichtring ( 18) umgebenden äußeren DÊchtring (20) auf. In dem äußeren Dichtring (20) ist eine umlaufende Nut (30) vorgesehen, in die über einen Zuführkanal (22) Sperrgas eÊnleÊtbar ist. Ferner ist mit der Welle (10) eine Sperrgasscheibe (34) verbindbar, die einen in die Nut (30) weisenden Ansatz (32) aufweist. Hierdurch ist eine Sperrgaskammer (28) in der Nut (30) ausgebildet. Die Sperrgaskammer (28) ist über einen Kammerspalt (36), durch den das Sperrgas gelangen kann, mit einem Dichtspalt (40), der zwischen dem inneren und dem äußeren Dichtring (18, 20) angeordnet ist, verbunden . An den Dichtspalt (40) schließt sich eine durch den inneren und den äußeren Dichtring ( 18, 20) gebildete Trennkammer (42) an, die zur Sperrgasabfuhr mit einem Abführkanal (44) verbunden ist.

Description

Wellendichtung
Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung, die insbesondere für Vakuumpumpen, wie Schraubenpumpen, geeignet ist.
Eine Wellendichtung für Schraubenpumpen ist beispielsweise in DE 102 07 929 beschrieben. Eine Schraubenpumpe weist üblicherweise zwei Rotorwellen auf, die jeweils in einem Rotorabschnitt mit einem Rotor verbunden sind. Ferner ist die Welle mit einem üblicherweise ölgeschmierten Lager verbunden. Zwischen dem Lager und dem Rotorabschnitt ist eine Wellendichtung vorgesehen. Insbesondere zur Erzeugung von Vakuum sind an die Dichtungen hohe Anforderungen gestellt, da sichergestellt sein muss, dass von der Lagerseite kein Öl oder ein anderer Schmierstoff auf die Rotorseϊte gelangt. Hierzu ist in DE 102 07 929 eine Kombination einer lagerseitig angeordneten Öldichtung in Verbindung mit einer rotorseitϊg vorgesehenen Gasdichtung vorgeschlagen. Hierbei ist die Gasdichtung als Labyrinthdichtung in Kombination mit mehreren Kolbenringen ausgebildet.. Zwischen der Gasdϊchtung und der Öldichtung ist eine radial verlaufende Trennkammer vorgesehen, die mit einem Trennkammcr-Lüftungskanaf mit der Umgebung verbunden ist. Durch das Vorsehen des Luftungskanals ist es möglich, die Trennkammer auf einen gewünschten Gasdruck, vorzugsweise Umgebungsdruck einzustellen. Hierdurch wird erreicht, dass die über der Gasdichtung abfallende Druckdifferenz und die über der Öldichtung abfallende Druckdifferenz eingestellt werden kann. Durch eine entsprechende Druckeinstellung kann vermieden werden, dass Öl von der Lagerscite durch die Öldichtung und durch die Gasdichtung hindurch in den Schöpfraum der Schraubenpumpe gelangt.
Bei einer derartigen Wellendichtung kann es vorkommen, dass korrosive Medien, insbesondere Feuchtigkeit, zu den Kolbenringen gefangen und ein Beschädigen oder gar Ausfallen der Wellendichtung hervorrufen. Ferner können aus der Trennkammer giftige oder explosive Gase austreten
Ferner ist es bekannt, einer Wellendichtung ein Sperrgas zuzuführen. Hierbei wird das Sperrgas der Wcllendichtung derart zugeführt, dass ein Eindringen des Schmiermittels, insbesondere des Öls, in den Trockenbereich bzw. den Schöpfraum der Schraubenpumpe vermieden ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Sperrgas zwischen zwei Kolbenringgruppen oder zwei Labyrinthdichtungen zugeführt wird. Durch ein derartiges Zuführen von Sperrgas erhöht sich der Druck in einem Getrieberaum, in dem das zur Schmierung der Lagerstellen vorgesehene Schmiermittel angeordnet ist. Bei einer erforderlichen Entlüftung des Getrieberaums tritt somit ein Ölnebel aus dem Getrieberaum aus. Hierbei erfolgt ein Austreten von Öl in die Umwelt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Weüendichtung zu schaffen, deren Bauteile vor Beschädigungen durch korrosive Medien, Schmutz und dgl, geschützt sind.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1„
Die erfindungsgemäßc Wellendichtung, die insbesondere für Vakuumpumpen und besonders bevorzugt für Schraubenpumpen geeignet ist, weist einen inneren, insbesondere mit einer Rotorwellc verbindbaren Dichtrϊng auf. Der innere Dichtring ist von einem äußeren Dichtring zumindest teilweise umgeben, wobei der äußere Dichtring vorzugsweise ortsfest angeordnet, beispielsweise in einem Gehäuse gehalten ist. Erfindungsgemäß ist eine Sperrgaskammer vorgesehen, die zumindest teilweise durch die Dichtringe ausgebildet ist und in die über einen vorzugsweise in dem stationären äußeren Dichtring angeordneten Zuführkanal Sperrgas eingeleitet werden kann. Die Sperrgaskammer ist mit einem zwischen dem inneren und dem äußeren Dichtring angeordneten Dichtspalt sowie mit einem Austrittsspalt verbunden, so dass aus der Sperrgaskammer sowohl in den Dϊchtspalt als auch in den Austrittsspalt Sperrgas austreten kann. Der Austrittsspalt ist hierbei vorzugsweise mit einem Schöpfraum verbunden. Der Dichtspalt und der Austrittsspalt sind somit vorzugsweise mit jeweils einer Seite der Dichtung fluidisch verbunden.
Durch das Austreten von Sperrgas sowohl durch den Dichtspalt als auch durch den Austrittsspalt ist sichergestellt, dass keine korrosiven Medien oder Schmutzpartϊkel und dgl. zu empfindlichen Teilen der Dichtung, wie beispielsweise Kolbenringe, gelangen.
Vorzugsweise ist der Querschnitt des Dϊchtspaltes sowie des Austrittsspaltes derart dimensioniert, dass der Durchflusswiderstand in dem Dichtspait größer ist a\s in dem Austrittsspalt. Dies hat zur Folge, dass stets eine größere Menge an Sperrgas in Richtung des Schöpfraums bzw. auf eine getriebeabgewandte Seite der Dichtung strömt und somit die Sicherheit, dass korrosive Medien oder dgl. in die Dichtung eindringen, weiter erhöht ist. Ein geringerer Teil des Sperrgases strömt durch den Dichtspalt, in dem vorzugsweise Kolbenringe angeordnet sind, in eine sich anschließende Trennkammer.
In dem äußeren und/ oder dem inneren Dichtring ist vorzugsweise eine umlaufende Nut angeordnet. Zur Ausbildung der Sperrgaskammer in der Nut ist vorzugsweise eine mit der Welle verbindbare Sperrgasscheibe vorgesehen. Vorzugsweise weist die Sperrgasscheibc einen in die Nut ragenden Ansatz auf, wobei die Abmessungen des insbesondere ringförmigen Ansatzes derart gewählt sind, dass der Ansatz in montiertem Zustand zur Ausbildung der Sperrgaskammer nicht vollständig in die Nut hineinragt.. Das über den vorzugsweise in dem äußeren Dichtring vorgesehenen Zufuhrkanal in die Sperrgaskammer gelangende Sperrgas kann aus der Sperrgaskannmer durch einen Kammerspalt austreten. Der Kammerspalt ist durch die Anordnung und die Ausgestaltung der Sperrgasscheibc definiert. Vorzugsweise ist der Kammerspait zwischen der Nut und dem in die Nut ragenden Ansatz ausgebildet. Aus dem Kammerspait kann das Sperrgas in einen Dichtspalt gelangen, der zwischen dem inneren und dem äußeren Dichtring vorgesehen ist. Vorzugsweise sind im Bereich des Dichtspaltes zur Dichtung Kolbenringe und/ oder eine Labyrinthdichtung vorgesehen. Durch den Dichtspalt hindurch gelangt das Sperrgas in eine sich an den Dichtspalt anschließende Trennkammer, die vorzugsweise wiederum durch den inneren und den äußeren Dichtring gebildet ist. Die Trennkammer ist zur Sperrgasabfuhr mit einem Abführkanal verbunden, wobei der Abführkanal vorzugsweise mit der Umgebung verbunden ist.
Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines Dichtspaltes, an den sich eine Trennkammer mit Abführkanal anschließt, ist sichergestellt, dass in den Dichtspalt keine korrosiven Medien oder Schmutzpartikel und dg!, eindringen. Hierdurch sind die vorzugsweise im Dichtspalt angeordneten Kolbenringe vor Beschädigungen geschützt.
Vorzugsweise weist die Sperrgaskammer einen mit dem Kammerspalt verbundenen oder hiervon unabhängigen Austrittsspalt auf. Der Austrittsspalt ist mit dem Schöpfraum verbunden. Hierdurch ist sichergestellt, dass beispielsweise explosive oder toxische Gase aus dem Schöpfraum durch den Dichtspalt bzw. die Gasdichtung hindurch nicht in die Umgebung austreten können. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass stets eine geringe Menge an Sperrgas durch den Austrittsspalt in den Schöpfraum austritt.
Das Vorsehen einer Trennkammer mit Abfuhrkanal hat insbesondere den Vorteil, dass das Sperrgas nicht in ein Getriebegehäuse gelangt, Somit ist auch eine Lüftung eines Getriebegehäuses, bei der Öl mitgerissen werden kann, nicht erforderlich. Ferner ist auf Grund des durch den Abführkanal abströmenden Sperrgases das Eindringen von korrosiven Medien oder Partikeln vermieden.
Um zu vermeiden, dass aus einem Getrieberaum bzw. von den geschmierten Lagern ein Schmierstoff, wie insbesondere Öl, in die Trennkammer gelangt, ist vorzugsweise zwischen der Trennkammer und dem Getrieberaum bzw. der Lagcrsrelle mindestens eine Schleuderkammer angeordnet. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um im wesentlichen radial ausgebildete Kammern, in denen der Schmierstoff abgeschleudert wird. Die Schleuderkammern sind vorzugsweise mit dem Getrieberaum zur Zuruckfuhrung des Schmierstoffes verbunden. Besonders bevorzugt ist es, die mindestens eine Schleuderkammer ebenfalls durch den inneren und den äußeren Dichtring auszubilden. Hierbei besteht zwischen den beiden Dichtringen ein möglichst geringer Spalt.
Vorzugsweise ist in dem mit der Sperrgaskammer verbundenen Zufuhrkanal eine Drossel vorgesehen, die überkritisch betrieben wird, Hierdurch ist sichergestellt, dass der Sperrgaskammer unabhängig vom Druck im Schöpfraum ein konstanter Sperrgasmasscnstrom zugeführt wird,. Da der Durchflusswiderstand des Austrittsspaltes erheblich geringer ausgeführt ist als der des Dichtspaltes, strömt ein überwiegender Teil des Sperrgases in den Schöpfraum, auch wenn hier der Druck oberhalb des Druckes in der Trennkammer liegt.
Auf Grund der überkritischen Drossel und der gewählten Durchflusswiderstände folgt der Druck in der Sperrgaskammer dem Druck im Schöpfraum und ist höher als dieser. Hierzu wird das Sperrgas vorzugsweise zusätzlich über einen Druckregler zugeführt. Vorzugsweise ist zum Schutz der Düse vor Verschmutzungen der Düse ein Filter vorgeschaltet.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Wellendichtung besteht darin, dass das Zuführen von Sperrgas optional ist. Je nach Anforderungen der Wellendichtung kann das Zuführen von Schutzgas entfallen. Auch ohne das Zufuhren von Schutzgas weist die Wellendichtung gute Dichtigkeitseigenschaften auf.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Schraubenpumpe, mit mindestens einer Rotorwelle. Die Rotorwelle ist mit einem Rotor und einem Lager verbunden. Zwischen dem Rotor, der vorzugsweise in einem Schöpfraum angeordnet ist, und dem Lager, bei dem es sich üblicherweise um ein ölgeschmiertes, in einem Getriebcgehäuse angeordnetes Lager handelt, ist eine Wellcndichtung vorgesehen.. Die Wellendichtung ist erfindungsgemäß, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausfuhrungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :
Figr 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausfuhrungsform einer Rotorwelle einer Schraubenpumpe im Bereich der Wellcndichtung,
Fig. 2 eine Tcil-Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der
Wellendichtung im Bereich einer Sperrgaskammer,
Fig.. 3 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Rotorwelle einer Schraubenpumpe im Bereich der Wellendichtung,
Fig. 4 eine Teil-Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der
Wellendichtung im Bereich einer Sperrgaskammer, und
Fig. 5 eine Teil-Schnittansicht einer weiteren Ausfuhrungsform der
Wellendichtung im Bereich einer Sperrgaskammer. Eine Rotorwelle 10 ist auf einer Schöpfraum- oder Trockenseite 12 mit einem Rotor 14 verbunden, wobei zur Vereinfachung der Darstellung in Fig. 1 nur ein Rotorblatt eines beispielsweise als Schraubenrotor ausgebildeten Rotors dargestellt ist. Ferner ist mit der Rotorwelle 10 ein Lager 16 verbunden, bei dem es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Kugellager handelt Das Lager 16 ist beispielsweise ölgeschmiert. Zwischen dem Rotor 14 und dem Lager 16 ist die erfindungsgemäße Wellendichtung angeordnet.
In dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) weist die Wellendichtung einen inneren Dϊchtring 18 auf, der fest mit der Rotorwelle 10 verbunden ist. Der innere Dichtring 18 ist von einem äußeren Dichtring 20, der beispielsweise fest in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet ist, umgeben. In dem äußeren Dichtring 20 ist ein Zuführkanal 22 vorgesehen, der mit einem in einem Gehäuse 24 angeordneten Kanal 26 verbunden ist. Über den Kanal 26 und den Zuführkanal 22 kann ein Sperrgas einer Sperrgaskammer 28 zugeführt werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 ) ist die Sperrgaskammer durch eine in dem äußeren Dϊchtring 20 vorgesehene umlaufende Nut 30 ausgebildet, wobei in die Nut 30 ein Ansatz 32 einer fest mit der Welle 10 verbundenen Sperrgasscheibe 34 ragt. Die Außenabmessungen des kreϊsrϊngförmigen Ansatzes 32 sind geringfügig kleiner als die Abmessungen der Nut 30, so dass zwischen dem Ansatz 32 und der Nut 30 auf der Innenseite ein Kammerspalt 36, und auf der Außenseite ein Austrittsspalt 38 ausgebildet ist.
Durch die beiden Spalte 36, 38 kann Sperrgas aus der Sperrgaskammer 28 austreten.
Durch den Austrittsspalt 38 tritt Sperrgas in den Schöpfraum 12 aus. Der Kammerspalt 36 ist mit einem Dichtspalt 40 verbunden, so dass Sperrgas aus der Sperrgaskammer 28 durch den Kammerspalt 36 in den Dichtspalt 40 gelangt und durch diesen hindurch in eine Trennkammer 42 strömt. Aus der Trennkammer 42 gelangt das Sperrgas durch einen Ahführkanal 44 beispielsweise in die Umgebung oder in einen Auffangraum,
Die Trennkammer 42 ist durch eine im äußeren Dichtring 20 vorgesehene Radial-Nut 46 und eine im inneren Dichtring 18 vorgesehene innere Radϊal-Nut 48 ausgebildet, wobei die beiden Nuten 46, 48 einander gegenüberliegend angeordnet sind.
In dem Dϊchtspalt 40 sind im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel drei Kolbenringe 50 angeordnet. Die Kolbenringe 50 sind in entsprechenden Nuten des inneren Dichtrings 18 angeordnet und liegen an der gegenüberliegenden Seite an dem äußeren Dichtring an. Die durch den Dichtspalt 40 hϊndurchtretende Sperrgasmenge ist somit äußerst gering. Verglichen mit der durch den Austrittsspalt 38 in den Schöpfraum 12 austretenden Sperrgasmenge treten vorzugsweise ungefähr 80% des Sperrgases durch den Austrittsspalt 38 aus„
Auf der dem Lager 16 zugewandten Seite der Wellendichtung sind im äußeren Dichtring 20 zwei Schieuderkammcrn 52 vorgesehen. Die Schleuderkammern 52 sind durch im Wesentlichen radial verlaufende Ringnuten im äußeren Dichtring 20 ausgebildet. Die Schleuderkammern dienen zum Abschleudern bzw. zur Aufnahme von Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, das aus dem Lager 16 in Richtung des Rotors 14 austritt.. Die Schleuderkammern 52 sind über eine nicht dargestellte Querbohrung mit dem Getrϊebcgehäuse zum Zurückführen des Schmiermittels verbunden.
Eine weitere Ausfuhrungsform der Sperrgaskammer ist in Fig. 2 dargestellt, wobei dieselben oder ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Bei dieser Ausfuhrungsform weist die Sperrgasscheibc 34 keinen in die Nut 30 weisenden Ansatz auf.. Stattdessen weist die Sperrgasscheibe 34 zwei zueinander rotationssymmetrische Ansätze 54, 56 auf, wobei der Ansatz 54 einen größeren Abstand von einer Mittellinie 58 als der Ansatz 56 aufweist. Zwischen den beiden Ansätzen 54, 56 ist die Sperrgaskammer 28 angeordnet, wobei zur Vergrößerung der Sperrgaskammer 28 in der Sperrgasscheibe 34 eine der Nut 30 gegenüberliegende Nut 60 ausgebildet ist.
Die beiden Ansätze 54, 56 ragen in zwei kreisringförmige, in dem äußeren Dichtring 20 vorgesehene Nuten 62 bzw. 64. Die Außenabmessungen der ringförmigen Ansätze 54, 56 sind hierbei wiederum geringfügig kleiner als die Breite der Nuten 62, 64. Hierdurch ist zwischen dem Ansatz 54 und der Nut 62 der Austrittsspalt 38, und zwischen der Nut 64 und dem Ansatz 56 der Kammcrspalt 36 ausgebildet.
Bei einer weiteren Ausführungsforrn (Fig. 3) sind identische oder ähnliche Bauteile wiederum mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der wesentliche Unterschied dieser Ausführungsform (Fig. 3) besteht darin, dass eine Sperrgasscheibe 66, die dieselbe Funktion wie die Sperrgasscheibe 34 aufweist, zweiteilig ist. Hierbei ist ein innerer Sperrgasrϊng 68 der Sperrgasscheibe 66 fest mit der Welle 10 verbunden. Ein äußerer Sperrgasring 70 kann fest mit dem äußeren Dichtring 20 verbunden sein.. Der äußere Sperrgasring 70 weist einen kopfförmigen, zu der Symmetrielinie 58 rotationssymmetrischen Ansatz 72 auf, der in eine entsprechend ausgebildete, ebenfalls zur Achse 58 rotationssymmetrische Ausnehmung 74- in dem inneren Sperrgasring ragt. Hierdurch ist in der Sperrgasscheibe 66 zwischen den beiden Sperrgasringen 68, 70 eine zweite Sperrgaskammer 76, die ebenfalls ringförmig ausgebildet ist, vorgesehen. Diese zweite Sperrgaskammer 76 fuhrt das Sperrgas, das den Spalt 38 passiert hat, zu einem zweiten Spalt 80, durch den das Sperrgas gleichmäßig am Umfang verteilt, in den Schöpfraum 12 ausströmt und hierdurch das Eindringen von Partikeln, Kondensaten sowie korrosiver oder toxischer Gase verhindert. Da das Sperrgas in den Schöpfraum 12 durch den Ringspalt 80 in Hauptförderrichtung des Rotors 14 geführt wird, bleibt die Öffnung des Ringspaltes 80 im Windschatten der Sperrgasscheibe 66. Auf diese Weise wird, bei Betrieb ohne Sperrgas, die Gefahr stark verringert, dass Partikel oder Kondensate aus dem Fördergasstrom in den Ringspalt 80 gelangen. Dieser Rϊngspalt 80 besitzt eine größere Ringfläche als der Ringspalt 38, so dass der Spalt 38 die bestimmende Drossel, abströmseitig der Sperrgaskammer 28, darstellt. Die Sperrgaskammer 28 ist über eine Vcrteilnut 78 mit den Ringspalten 36 und 38 verbunden, wobei der Ringspalt 36 zwischen dem äußeren Dichtrϊng 20 und dem inneren Dichtring 18 sehr kurz ist und das Gas direkt zu dem Dichtspalt 40 führt, der wiederum von den Kolbenringen 50 eingeengt wird, womit die hier durchtretende Sperrgasmenge äußerst gering ausfällt.
Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei weitere Ausfuhrungsformen in einer Teil- Schnϊttansϊcht, wobei ähnliche bzw. entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Hierbei ist in beiden Figuren kein Sperrgasring vorgesehen. In Fig. 4 ist die Sperrgaskammer 28 durch die beiden Dichtringe 18, 20 ausgebildet, wobei die entsprechende Nut in dem inneren Dichtring 18 angeordnet ist.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist die Sperrgaskammer 28 durch den inneren Dϊchtring 18, den äußeren Dichtring 20 und den Rotor 14 ausgebildet.

Claims

Patentansprüche
1. Wellendichtung, insbesondere für Vakuumpumpen, wie Schraubenpumpen, mit
einem mit einer Welle (10) verbindbaren inneren Dichtring (18),
einem den inneren Dichtring (18) zumindest teilweise umgebenden, ortsfesten äußeren Dichtring (20),
einer zumindest teilweise durch die Dichtringe ( 18, 20) ausgebildeten Sperrgaskammer (28), in die über einen Zufuhrkanal (22) Sperrgas einleitbar ist,
einem mit der Sperrgaskammer (28) verbundenen, zwischen dem inneren und dem äußeren Dichtring (18, 20) angeordneten Dichtspalt (40), und
einem mit der Sperrgaskammer (28) verbundenen Austrittsspalt (38), der vorzugsweise mit einem Schöpfraum (12) verbunden ist.
2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusswiderstand im Dϊchtspalt (40) größer ist als am Austrittsspalt (38).
3. Wellendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrgaskammer (28) zumindest teilweise durch eine in dem äußeren und/ oder dem inneren Dichtring (18, 20) vorgesehene Nut (30) ausgebildet ist.
4. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, gekennzeichnet durch eine mit der Welle (10) verbindbare Sperrgasscheibe (34, 36) zur Ausbildung der Sperrgaskammer (28),
5. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrgaskammer (28) aus zwei nichtrotierendeπ Bauteilen, insbesondere dem äußeren Dichtring (20) und dem äußeren Sperrgasring (70), ausgebildet ist.
6. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet durch eine sich an den Dichtspalt (40) anschließende, durch den inneren und den äußeren Dichtring (18, 20) gebildete Trennkammer (42), die zur Sperrgasabfuhr mit einem Abführkanal (44) verbunden ist.
7. Wcllendichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrgasscheibe (34). zur Ausbildung der Sperrgaskammer (28) einen in die Nut (30) ragenden Ansatz (32) aufweist.
8. Wellendichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkammer (42) eine in dem äußeren Dichtring (20) angeordnete, äußere Radial-Nut (46) und/ oder in dem inneren Dichtrϊng (18) angeordnete innere Radial-Nut (48) aufweist.
9. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, gekennzeichnet durch ein in dem Dichtspalt (40) angeordnetes Dichtelement (50), insbesondere mindestens einen Kolbenring,
10. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfuhrkanal (44) mit der Umgebung verbunden ist.
11. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem äußeren und/ oder inneren Dichtelement (18, 20) vorgesehene Nut (30) im Wesentlichen in axialer Richtung (58) verläuft,
12. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 - 11, gekennzeichnet durch mindestens eine durch den inneren und den äußeren Dichtring (18, 20) ausgebildete, insbesondere zwischen der Trennkammer (42) und einem Getrieberaum angeordnete Schleuderkammer (52).
13. Wellcndichtung nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch den in der Nut (30) angeordneten Ansatz (32) ein, insbesondere dem Kammerspalt (36) gegenüberliegender Austrittsspalt (38), insbesondere zum Austritt von Sperrgas in einen Schöpfraum ( 12) vorgesehen ist.
14. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Dichtring (20) und/ oder die Sperrgasscheibe (66) zur Ausbildung einer zweiten, vorzugsweise ringförmigen Sperrgaskammer (76) zweiteilig ausgebildet ist.
15. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführkanal (22) mit einem Druckregler und/ oder einem Flußregler verbunden ist.
16. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrgaskammer (76) zu einem zweiten Ringspalt (80) führt, aus dem das Sperrgas gleichmäßig am Umfang verteilt in den Schöpfraum (12) ausströmt,
17. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrgas in Hauptförderrichtung des Rotors (14) durch den Ringspalt (80) strömt und sich der Ringspalt (80) im Windschatten der Sperrgasscheibe (66) zum Schöpfraum (12) öffnet.
18. Vakuumpumpe, insbesondere Schraubenpumpe, mit einer Rotorwclle (10), die mit einem Rotor (14) und einem Lager (16) verbunden ist, wobei zwischen dem Rotor (14) und dem Lager (16) eine Wellendϊchtung nach einem der Ansprüche 1 - 16 angeordnet ist.
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