DE202007004292U1

DE202007004292U1 - Dichtung für Wellenabdichtungen

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Publication number: DE202007004292U1
Application number: DE202007004292U
Authority: DE
Original assignee: GHH Rand Schraubenkompressoren GmbH
Current assignee: GHH Rand Schraubenkompressoren GmbH
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2017-03-24
Also published as: WO2008116590A1

Abstract

Dichtring für eine Wellendichtung, wobei der Dichtring (1) eine äußere Umfangsfläche (3), eine innere Umfangsfläche (5), und zwei Seitenflächen aufweist, und wobei die innere Umfangsfläche (5) mit einer Abdichtungskonfiguration (13) für das abdichtende Zusammenwirken mit der Umfangsfläche einer Welle versehen ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (1) in einer seiner Seitenflächen mindestens eine Einströmöffnung (19) aufweist, und dass sich durch den Dichtring mindestens ein Strömungskanal (21) erstreckt, der an seinem einen Ende (21a) zu der Einströmöffnung (19) offen ist und an seinem anderen Ende an der äußeren Umfangsfläche (3) des Dichtrings mündet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtring zur Verwendung in Wellenabdichtungen, und eine mit dem Dichtring versehene Dichtungsanordnung. Der Dichtring findet vorzugsweise Anwendung in Schraubenkompressoren zum Abdichten der Wellenzapfen der Schraubenrotoren gegen das Kompressorgehäuse.
Bei ölfrei verdichtenden, so genannten "trockenlaufenden" Schraubenkompressoren müssen die im Gehäuse gelagerten Wellenzapfen der Schraubenrotoren möglichst gasdicht abgedichtet werden, um den Austritt von Leckgas aus dem Druckraum des Kompressors entlang der Welle gering zu halten. Zusätzlich benötigen die Wellenzapfen eine Öldichtung, um das Einwandern von Öl aus dem ölgeschmierten Lager des Wellenzapfens in Richtung auf den Kompressordruckraum zu verhindern. Um eine wirksame Abdichtung sowohl für Gas als auch für Öl zu erzielen, werden Dichtungsanordnungen verwendet, die eine Anzahl von hintereinander angeordneten Dichtringen aufweisen, bei denen es sich um an der Welle anliegende Berührungsdichtringe, insbesondere Lippendichtringe, oder um an der Welle berührungsfrei abdichtende Dichtringe, insbesondere Labyrinthdichtringe, handeln kann. Es ist bekannt, innerhalb solcher Dichtungsanordnungen mit zwei oder mehr Dichtringen eine als "Laterne" bezeichnete Entlüftung vorzusehen, bestehend aus einem ringförmigen Sammelraum für aus dem Druckraum des Kompressors stammendes Leckgas, und einem an den Leckgassammelraum angeschlossenen Entlüftungskanal, der entweder zur Atmosphäre offen oder mit dem Lufteinlass oder einem Zwischeneinlass des Druckraums des Kompressors verbunden ist.
Eine Dichtungsanordnung dieser Art für Schraubenkompressoren ist aus US-A-4,153,395 bekannt und kann zwei nebeneinander liegende ringförmige Leckgassammelräume aufwei sen, von denen der eine durch eine Rückführleitung mit einem Zwischeneinlass des Kompressors und der andere durch eine Ablassleitung mit Atmosphäre verbunden ist.
Weitere Beispiele für derartige über eine Laterne entlüftete Dichtungsanordnungen für die Rotorwellenzapfen von Schraubenkompressoren finden sich in EP-A-1 399 677 und EP-A-0 993 553 .
Bei diesen bekannten Dichtungsanordnungen wird der ringförmige Leckgassammelraum dadurch gebildet, dass zwei der die Dichtungsanordnung bildenden Dichtringe in einem axialen Abstand voneinander angeordnet werden, so dass der zwischen ihnen vorhandene Zwischenraum den ringförmigen Leckgassammelraum bildet. Innerhalb der Breite dieses Zwischenraums mündet auch der im Dichtungsgehäuse ausgebildete Entlüftungskanal (Laterne). Durch die Notwendigkeit, zwei der Dichtringe der Dichtungsanordnung in einem axialen Abstand voneinander anzuordnen, wird die gesamte Baulänge der Dichtungsanordnung in unerwünschter Weise vergrößert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtung und eine damit versehene Dichtungsanordnung mit ringförmigem Leckgassammelraum und Entlüftung zu schaffen, die eine besonders kompakte Bauweise, d. h. eine geringe Axiallänge, ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Anspruch 1 definierten Dichtring gelöst. Die weiteren Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Dichtungsrings bzw. der mit diesen ausgerüsteten Dichtungsanordnungen.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
1 den erfindungsgemäßen Dichtring in einem Schnitt entlang einer axialen Schnittebene;
2 eine Frontansicht des Dichtrings, mit Blickrichtung von links in 1;
3 einen Querschnitt durch den Dichtring entlang der Schnittebene III-III von 1;
4 u. 5 zwei perspektivische Darstellungen des Dichtrings von beiden Seiten;
6 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Lager- und Dichtungsanordnung für den Rotorwellenzapfen eines Schraubenkompressors.
Der in allen Figuren mit 1 bezeichnete Dichtring ist ein einstückig aus Metall gefertigter Ring mit einer äußeren Umfangsfläche 3, einer inneren Umfangsfläche 5 und zwei Seitenflächen 7, 9. Die äußere Umfangfläche 3 hat eine Nut 11 zum Einlegen eines Dichtrings aus elastomerem Material, der den Dichtring 1 gegen ein ihn umgebendes Dichtungsgehäuse abdichtet. An der Innenumfangsfläche 5 des Dichtrings 1 ist eine Dichtungskonfiguration 13 für das abdichtende Zusammenwirken mit der Oberfläche einer rotierenden Welle ausgebildet. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform besteht die Dichtungskonfiguration 13 aus Rippen und Nuten, die mit der zylindrischen Oberfläche der Welle eine berührungsfreie Labyrinthdichtung bilden. In dem Teil, der bei Einbau des Dichtrings 1 in einer Dichtungsanordnung dem ölgeschmierten Lager zugewandt ist (in 1 rechts), sind bei der gezeigten Ausführungsform die Rippen und Nuten ringförmig angeordnet, während sie in dem ölabgewandten Teil (in 1 links) schraubenförmig verlaufen und ein Ölrückführgewinde bilden. An seiner einen Seitenfläche 9 weist der Dichtring axial vorspringende Klauen 14 mit ringsektorförmigem Querschnitt auf, mit denen sich der Dichtring 1 gegen ein benachbartes Lager abstützen kann, ohne dass durch diese Abstützung der radiale Abfluss von Öl aus dem Lager blockiert wird.
Im Bereich seiner anderen Seitenfläche 7 weist der Dichtring 1 eine plane ringförmige Fläche 15 auf, die am Umfang von einem in Axialrichtung vorspringenden Bund 17 umgeben ist. Ausgehend von der Planfläche 15 ist in den Ring 1 eine kreisringförmige Nut 19 eingearbeitet. In diese Nut 19 münden eine Vielzahl von radialen Sackbohrungen 21, die von der äußeren Umfangsfläche 3 her in den Ring eingebohrt worden sind, und zwar bis zu einer Tiefe, die ungefähr dem inneren Durchmesser der Ringnut 19 entspricht. Die Tiefe der Ringnut 19 ist so bemessen, dass die Bodenfläche der Ringnut 19 sekant bezüglich des kreisförmigen Querschnitts der Bohrungen 21 verläuft, was bedeutet, dass der Endbereich 21a jeder Bohrung 21 auf einem Teil seines Umfangs zur Nut 19 hin offen ist. Dies hat zur Folge, dass in der Frontansicht des Ringes von links in 1, also in der Ansicht gemäß 2 und 4, die von der Nut 19 geschnittenen Endbereiche 21a der Bohrungen 21 als offene Vertiefungen sichtbar sind.
Um bei gegebenen Abmessungen des Dichtrings 1, insbesondere bei geringer axialer Breite, einen möglichst großen Strömungsweg für in die Ringnut 19 einströmendes Leckgas zur äußeren Umfangsfläche 3 des Dichtrings 1 zu schaffen, hat der Dichtring 1 vorzugweise eine relativ große Anzahl von Radialbohrungen 21, die in gleichförmigen Winkelabständen angeordnet sind. Die gezeigte Ausführungsform hat vierundzwanzig Radialbohrungen 21 in Winkelabständen von 15°.
6 veranschaulicht die Verwendung des Dichtrings 1 als Komponente einer Lager- und Dichtungsanordnung für den Wellenzapfen 31 eines Rotors eines Schraubenkompressors. Der Wellenzapfen 31 hat drei Abschnitte 31a, 31b und 31c, die unterschiedlichen Durchmesser haben, wobei am Übergang eines Abschnitts zum andern jeweils eine Ringschulter des Wellenzapfens 31 gebildet wird. Der in 6 linke Wellenabschnitt 31a mit dem größten Durchmesser ist mit einem links davon zu denkenden (nicht dargestellten) Rotor des Kompressors verbunden. Der in 6 rechte Endabschnitt 31c des Wellenzapfens 31 mit dem kleinsten Durchmesser ist mittels eines schematisch bei 33 angedeuteten, ölgeschmierten Wälzlagers in einem Lager- und Dichtungsgehäuse 35 gelagert, bei dem es sich um einen einstückigen Bestandteil des Gehäuses des Schraubenkompressors oder aber um einen gesonderten, in das Rotorgehäuse eingesetzten Lagerring handeln kann.
Die in 6 gezeigte Dichtungsanordnung hat eine doppelte Aufgabe. Sie soll einerseits verhindern, dass unter Druck stehendes Gas aus dem Verdichtungsraum des Kompressors (d. h. in 6 von links) entlang des Wellenzapfens 31 bis in das ölgeschmierte Lager 33 gelangen kann. Sie soll andererseits verhindern, dass Öl aus dem Lager 33 entlang der Oberfläche des Wellenzapfens 31 (in 6 von rechts nach links) in den Verdichtungsraum des Kompressors gelangt und das zu verdichtende Gas verunreinigt.
Die Dichtungsanordnung gemäß 6 weist in ihrem linken, dem (nicht dargestellten) Rotor zugewandten Abschnitt ein Paket aus einer Mehrzahl von Dichtringen 37 auf, bei der vorliegenden Ausführungsform acht hintereinander angeordnete Dichtringe 37. Die Dichtringe 37 sind "schwimmend" angeordnet und über Federn vorgespannt und bilden Ringspaltdichtungen, die mit der Umfangsfläche des Wellenabschnitts 31a berührungslos zusammenwirken.
Zwischen dem Dichtungspaket 37 und dem Lager 33 befindet sich als Öldichtung der Dichtring 1, der so gestaltet ist, wie anhand der 1 bis 5 beschrieben wurde. Das als Rückführgewinde ausgebildete Labyrinthprofil 13 an der inneren Umfangsfläche des Dichtrings 1 dichtet berührungslos als Labyrinthdichtung gegen den mittleren Abschnitt 31b des Wellenzapfens 31 ab. An seinem Außenumfang ist der Dichtring 1 durch einen in die Nut 11 eingesetzten elastomeren Dichtungsring 39 gegen das Lager- und Dichtungsgehäuse 35 abgedichtet. Zwischen dem Dichtring 1 und dem ihm nächstliegenden Ring 37a des Dichtungsringpaketes 37 ist eine Beilagscheibe 41 eingesetzt, die die Anlage zwischen dem Dichtring 1 und dem benachbarten Dichtungsring 37a vermittelt und die teilweise die Öffnung der Ringnut 19 des Dichtrings 1 überdeckt. Zwischen dem Dichtring 1 und dem Lager 33 befindet sich ein Ölspritzschirm 43, der Öltröpfchen aus dem Lager 33 auffangen und von dem Dichtring 1 fernhalten soll. Öl aus dem Lager 33 kann sich in einer im Lager- und Dichtungsgehäuse 35 ausgebildeten Ringnut 44 sammeln und aus dieser z. B. in einen Ölsumpf abgezogen werden.
Die Radialbohrungen 21 des Dichtrings 1 münden an dessen Umfangsfläche gegenüber einer im Gehäuse 35 ausgebildeten Ringnut 45, die mit einem (nicht dargestellten) Entlüftungskanal (Laterne) verbunden ist, der zur Atmosphäre offen oder mit dem Einlass des Kompressors verbunden ist.
Da erfindungsgemäß innerhalb der Breite des Dichtrings 1 durch die Ringnut 19 und die Radialbohrungen 21 ein Strömungsweg mit großem Querschnitt für das abzuziehende Leckgas geschaffen wird, kann die das Leckgas aufnehmende Ringnut 45 des Dichtungsgehäuses 35 ebenfalls innerhalb der axialen Breite des Dichtrings 1 angeordnet werden und braucht nicht, wie bei den bekannten Dichtungsanordnungen, seitlich versetzt zu dem Öldichtring 1 angeordnet zu werden. Dadurch lässt sich eine beträchtliche Verkürzung der gesamten Dichtungsanordnung in Axialrichtung erzielen.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsform beschränkt. So brauchen z. B. die äußeren Mündungen der Radialbohrungen 21 nicht bündig mit der äußeren Umfangsfläche 3 zu liegen, sondern es kann z. B. in die äußere Umfangsfläche 3 eine Ringnut eingearbeitet werden, in deren Bodenfläche dann die Mündungen der Radialbohrungen 21 liegen. Die Beilagscheibe 21 kann weggelassen werden und stattdessen an dem Dichtring 1 eine seitliche Lagerfläche für den angrenzenden Dichtungsring 31a ausgebildet werden, wodurch sie allerdings die Fertigung des Dichtrings 1 schwieriger gestalten könnte.

1: Dichtring
3, 5: Umfangsflächen
7, 9: Seitenflächen
11: Nut
13: Dichtungskonfiguration
14: Klauen
15: Planfläche
17: Bund
19: Nut
21: Sackbohrungen
21a: Endbereich
31: Wellenzapfen
31a, b, c: Abschnitte
33: Wellenlager
35: Dichtungsgehäuse
37: Dichtringe
39: Dichtungsring
41: Beilagscheibe
43: Ölspritzschirm
44: Ringnut
45: Ringnut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4153395 A [0003]
- EP 1399677 A [0004]
- EP 0993553 A [0004]

Claims

Dichtring für eine Wellendichtung, wobei der Dichtring (1) eine äußere Umfangsfläche (3), eine innere Umfangsfläche (5), und zwei Seitenflächen aufweist, und wobei die innere Umfangsfläche (5) mit einer Abdichtungskonfiguration (13) für das abdichtende Zusammenwirken mit der Umfangsfläche einer Welle versehen ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (1) in einer seiner Seitenflächen mindestens eine Einströmöffnung (19) aufweist, und dass sich durch den Dichtring mindestens ein Strömungskanal (21) erstreckt, der an seinem einen Ende (21a) zu der Einströmöffnung (19) offen ist und an seinem anderen Ende an der äußeren Umfangsfläche (3) des Dichtrings mündet.
Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnung die Form einer in der einen Stirnfläche ausgebildeten Ringnut (19) hat.
Dichtring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strömungskanal die Form einer in Radialrichtung verlaufenden Bohrung (21) hat.
Dichtring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Bohrungen (21) vorgesehen ist, die in gleichförmigen Winkelabständen angeordnet sind.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtungskonfiguration (13) an der inneren Umfangsfläche (5) des Dichtrings (1) aus einer Mehrzahl von im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen und Nuten zur Bildung einer berührungsfreien Labyrinthdichtung bestehen.
Dichtring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Teil der Abdichtungskonfiguration (13) die Rippen und Nuten ein Gewinde bilden.
Dichtungsanordnung für das Abdichten einer rotierenden Welle (31), bestehend aus einer Anzahl von in Reihe hintereinander angeordneten Dichtringen (37, 1) und einem die Dichtringe umgebenden und haltenden Dichtungsgehäuse (35), wobei innerhalb der Dichtungsanordnung ein ringförmiger Aufnahmeraum für Leckgas vorgesehen ist, der mit einem im Dichtungsgehäuse (35) ausgebildeten Entlüftungskanal kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Dichtringe ein Dichtring (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ist und dass der sich durch diesen Dichtring erstreckende mindestens eine Strömungskanal (21) an der äußeren Umfangsfläche des Dichtrings gegenüber einer in dem Dichtungsgehäuse ausgebildeten Ringnut (45) mündet, von der der Entlüftungskanal ausgeht.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Wellenzapfen (31) abdichtet, der in einem ölgeschmierten Lager (33) drehbar gelagert ist, wobei der gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildete Dichtring 1 der dem ölgeschmierten Lager (33) nächstgelegene Dichtring der Dichtungsanordnung ist und dass die die Einströmöffnung bzw. Ringnut (19) aufweisende Seitenfläche des Dichtrings (1) die von dem ölgeschmierten Lager (33) abgewendete Seitenfläche des Dichtrings (1) ist.