DE3329613A1

DE3329613A1 - Dichtung fuer wellen gleichbleibender drehrichtung

Info

Publication number: DE3329613A1
Application number: DE19833329613
Authority: DE
Inventors: Manfred 6971 Hard Menia
Original assignee: Faigle Kunststoffe GmbH
Current assignee: Faigle Kunststoffe GmbH
Priority date: 1982-09-01
Filing date: 1983-08-17
Publication date: 1984-03-01
Anticipated expiration: 2003-08-18
Also published as: ATA328582A; CH660217A5; DE3329613C2; AT385324B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für Wellen gleichbleibender Drehrichtung, beispielsweise Turbinenwellen, mit mindestens zwei aneinander anliegenden Ringen aus elastischem Material, von welchen wenigstens einer mittels eines ihm außen anliegenden Zuggliedes, beispielsweise mittels einer elastischen Bandage bzw. mittels einer Zugfeder an die Welle andrückbar ist und mindestens einer der Ringe gegenüber einem ihn aufnehmenden Lagergehäuse fixierbar ist.

Solche Dichtungen sind bekannt. Der eine der beiden Ringe, nämlich der, der unmittelbar an der sich drehenden Welle anliegt, besteht dabei'aus mehreren einzelnen Bogensegmenten, die durch einen zweiten Ring oder eine elastische Bandage zusammengehalten sind. Der Vorteil einer solchen bekannten Dichtung liegt darin, daß sie auch bei beschränktem Montageraum eingebaut werden kann, da die einzelnen Segmente durch relativ kleine Montageöffnungen eingeschoben und aneinandergereiht und schlußendlich mit einer Bandage umwunden werden können. Diesen Dichtungsformen haften aber auch Nachteile an. Diese Dichtungen zeigen einen sehr hohen Sperrwasserverlust; darüberhinaus sind sie außerordentlich teuer, da ihre Herstellung aufwendig ist, denn die einzelnen Hingsegmente müssen in aufwendiger V/eise bearbeitet werden, da die Stoßflächen, die endseitig an den aufeinander folgenden Segmenten vorgesehen sind, sehr exakt und genau bearbeitet werden·' müssen.

Hier setzt nun die Erfindung ein, die darauf abzielt, eine Dichtung der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß sie nicht nur mit geringerem Aufwand und daher billiger gefertigt werden kann, sondern daß sie darüberhinaus die ihr zugedachte Dichtfunlction auch beaaer erfüllt. Gemäß

der Erfindung gelingt dies dadurch, daß jeder der beiden . Ringe einen radial verlaufenden Schlitz aufweist, die Ringe also offen sind und im betriebsmäßigen Einsatz die radialen Schlitze beider Ringe winkelmäßig gegeneinander versetzt sind, und zwar um ein Maß, das mindestens gleich ist der Breite der Schlitze und der eine Ring, bezogen auf die Drehrichtung der Welle, unmittelbar im Bereich hinter seinem radialen Schlitz an einem Punkt mit dem anderen Ring verbunden ist. Eine Dichtung dieser Art ist aus einem elastischen Werkstoff , einem geeigneten Kunststoff, einfach herzustellen, da solche Ringe auf Drehbänken gefertigt und bearbeitet werden können. Für die Anbringung der Schlitze bedarf-es keiner aufwendigen Bearbeitungseinrichtungen. Dank des nachgiebigen Materials können für die Montage die Ringe aufgebogen werden und durch die besondere Verbindung der beiden Ringe miteinander unter Berücksichtigung der Drehrichtung der Welle, legt sich beim betriebsmäßigen Einsatz der Dichtung der Ring bzw. die Ringe an der V/eile an und erhöhen dadurch den Dichtungsgrad.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung. Es zeigen: Fig. 1 die Ansicht der Dichtung und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, und zwar in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab; Fig. 3 ist ein Detailschnitt durch die Verbindungsstelle der beiden Ringe in ihrem betriebsmäßigen Einsatz an einer Turbinenwelle und auch hier in einem sowohl gegenüber der Fig. 1, wie auch gegenüber der Fig. 2 vergrößertem Maßstab.

Die Dichtung nach den Fig. 1 und 2, die beispielsweise für Turbinenwellen vorgesehen ist, besteht aus zwei aneinander anliegenden Ringen Λ und 2, die aus einem elastisch verformbaren Kunststoffraaterial gefertigt sind. Solche Ringe können auf Drehbänken bearbeitet und gefertigt werden. Beide Ringe

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1 und 2 besitzen radial verlaufende Schlitze 3 und 4-, so daß diese beiden Ringe offene Ringe sind. Im betriebsmäßigen Einsatz sind die beiden Ringe 1 und 2 so zueinander angeordnet, daß diese beiden Schlitze 3 und 4- winkelmäßig gegeneinander versetzt sind, wie dies Fig. 1 zeigt. Das Ausmaß dieser winkelmäßigen 'Versetzung ist mindestens so groß, wie . die Breite b des kleinsten Schlitzes, so daß sich diese Schlitze gegenseitig nicht überdecken. Darüberhinaus sind diese beiden Ringe 1 und 2 an einem Punkt 6 miteinander verbunden und es hängt die Lage dieses Verbindungspunktes 6 von der Drehrichtung der Welle ab, die im gezeigten Beispiel durch den Pfeil 5 angedeutet wurde, so daß ersichtlich ist, daß die hier nicht dargestellte Welle sich im Uhrzeigersinn dreht. iBezogen auf diese Drehrichtung der Welle (Pfeil 5) liegt dieser "Verbindungspunkt 6 unmittelbar im Bereich hinter dem Schlitz 3 des Ringes 1. Da zwischen dem Ring 1 und der sich drehenden Welle Reibungskräfte wirksam sind, wird durch diese Ringausbildung und Ringlagerung der offene Ring bei sich drehender Welle an die Welle angezogen und dadurch der Dichtungsgrad des Ringes 1 erhöht.

Es ist aus Fig. 1 auch erkennbar, daß der Verbindungspunkt 6 am anderen Ring 2 ebenfalls auf die Drehrichtung der Welle (Pfeil 5) bezogen unmittelbar im Dereich hinter dessen radialen Schlitzes 4- liegt, so daß das vorstehend zum Ring 1 Gesagte auch für diesen Ring 2 gilt. Beide Ringe 1 und 2 weisen denselben Innendurchmesser d auf (siehe Fig. 2), jedoch ist der Außendurchmesser D_x. und Dp dieser Ringe. 1 und 2 unterschiedlich. Um hier eine Dichtung kompakter bauart zu schaffen besitzt der Ring 2 mit dem größeren Außendurchmesser D₀ eine sfcuf enförmip;e zentrale Ausdrehung 1_^r5> in welche der Ring 1 eingesetzt ist. Dabei ist die in axialer Richtung des eingesetzten Ringes 1 gemessene Breite B^ gleich der axialen Hohe h der stufenförmigen zentralen

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i.usdrehung 15? so daß die ineinander liegenden Ringe 1 und 2 eine gemeinsame, bündige Oberfläche (Fig. 2) besitzen.

Zur Verbindung der beiden Ringe 1 und 2 dient ein Zapfen 7 (Fig. 5), der in eine Bohrung 25 des Ringes 2 eingesetzt ist und in dieser Bohrung kraftSchlussig gehalten ist. Der Ring 1 nimmt diesen Zapfen in einer Bohrung 3 auf, deren Durchmesser etwas größer ist, als der des Zapfens 7, so daß .ein ausreichendes Spiel zwischen Zapfen 7 und Bohrung S vorhanden ist, so daß der Ring 1 im betriebsmäßigen Einsatz im Bereich dieser Verbindung mit dem Zapfen 7 nur eine Linienberührung aufweist. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Verbindung sozusagen umzudrehen, so daß der Zapfen 7 im Ring 1 festgehalten ist und die Bohrung 25 bezogen auf den Zapfen 7 ein entsprechendes Spiel besitzt.

Da es nicht immer möglich ist, die Dichtringe vom Ende einer Welle her einzuführen oder einzuschieben, solche Dichtungen häufig quer zur Welle eingesetzt und eingefahren werden müssen, besitzen die Ringe 1 und 2 in jeweils diametraler Lage zu ihren Schlitzen 3 und 4- von der Innenseite ausgehende Einschnitte 9 und 10 zur Bildung einer scharnierartigen Zone. Dank dieser Einschnitte 9 und 10 können die Ringe für Montagezwecke leicht aufgebogen werden. Zweckraäßigerweise sind diese scharnierartigen Zonen als Filmscharniere ausgebildet, die ja eine Stäüe bis zu mehreren Millimetern haben können. Zweckraäßigerweise besitzt der Ring 1 mit dem kleineren Außendurchmesser D. in der den Einschnitt 9 aufweisenden Durchmesserebene an seiner Außenseite eine kleine Aussparung 11, so daß ebentuelle Verformungen bei der Betätigung des Scharniers das nachträglich Zusammenfügen der Ringe nicht beeinträchtigt. Die Breite b der Schlitze 5 und 4 ist mindestens so groß, wie die axiale Stärke B^ oder Bp der Ringe 1, 2. Dies hat den Vorteil, daß

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auch Abnutzungserscheinungen größeren Ausmaßes von diesen Dichtringen sozusagen selbsttätig ausgeglichen werden lcönnen.

Jis ist auch zweckmäßig, an der Innenseite der Ringe 1 und 2, also an denjenigen Seiten der Ringe, die an der Welle 12 unmittelbar anliegen, Nuten 13 vorzusehen. In 3?ig. 1 sind drei solcher Nuten veranschaulicht, doch sind in einer praktischen Ausführung der Dichtung solche Nuten in gleichmäßigen Abständen über die ganze Innenseite der Ringe verteilt. Diese können axial verlaufen oder auch eine schräge Lage nach Art von Gewindegängen aufweisen. Die Nuten sind dabei so ausgestalte, daß ihre Breite größer ist als ihre Tiefe.

Um zu verhindern, daß sich die Dichtringe 1 und 2 im betriebsmäßigen Einsatz aufgrund der unvermeidbaren Reibungskräfte mit der Welle 12 mitdrehen, sind am äußeren Ring 2 Aussparungen vorgesehen, in welche am Lager oder Dichtungsgehäuse der Welle vorgesehene, hier jedoch nicht dargestellte ortsfeste Halter eingreifen. Zweckmäßigerweise sind diese Aussparungen beidseitig des Schlitzes 4-des äußeren Ringes 2 angeordnet, so daß je nach Drehrichtung der Welle die eine oder andere Aussparung 14 mit dem erwähnten, nicht dargestellten ortsfesten Halter verbunden wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt der Ring 2 eine Bohrung 2^L'> zur Aufnahme des einen Bolzens ? und im Ring 1 ist auch nur eine Aussparung 8 zur Aufnahme des Zapfens vorgesehen. '.Vürde eine Dichtung der in Fip;. 1 gezeigten Art für eine l'urbinenwelle verwendet, die sich im Gegenuhrzeigersinn dreht, also entgegen des Pfeiles 5, so ist der Ring 1 gegenüber dem Ring 2 so anzuordnen, daß der Schlitz 3 des Ringes 1 links vom Schlitz 4- liegt und der Verbindungspunkt 6 zwischen beiden Ringen 1 und ?. ist ebenfalls links von die-

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setn Schlitz 3 anzuordnen. Der ortsfeste Halter des Lager- oder Dichtungsgehäuses greift dann in die Aussparung 14 links des Schlitzes 4 des Ringes 2 ein. Um die in Fig. 1 gezeigte Dichtung sowohl für Wellen mit der einen, wie auch mit der anderen Drehrichtung verwenden zu können, werden Bohrungen 8 und 25 zu beiden Seiten der Schlitze 3 und 4 paarweise vorgesehen.'Der Zapfen 7 kann austauschbar eingesetzt sein oder aber so ausgebildet sein, daß or erst dann eingesetzt wird, wenn geklärt wurde, für Vielehe Drehrichtung der Welle die Dichtung verwendet werden soll.

Die absatzartige Ausdrehung 15 im Ring 2 mit dem größeren Außendurchmesser Dp ist so gestaltet, daß zwischen beiden ineinandergesetzten Ringen 1 und 2 ein Spalt 16 verbleibt, in welchen beim betriebsmäßigen Einsatz Druckwasser eindringen kann, was zu einer Druckentlastung der Dichtung führt.

Fig. 3 zeigt den ordnungsgemäßen Einbau einer Dichtung wie vorstehend näher beschrieben. Eine Turbinenwelle 12 rac.t hier durch die Öffnung 1" eines Turbinengehäuse:: 1?. ,-Ir: diesem Bereich ist ein Lager oder Dichtungsgehäuse 19 angeschweißt, das mit einem aufgeschraubten Flanschdeckel 20 verschlossen ist. Innerhalb des vorn Lagergehäuse 19 begrenzten Raumes ist nun die vorstehend beschriebene Dichtung angeordnet, wobei der hier gezeigte Schnitt durch die Verbindungsstelle 6 der beiden Ringe 1 und 2 geführt ist. An seiner Außenseite 21 besitzt der Ring 2 eine umlaufende offene ringförmige Nut 22, in welcher eine elastische Bandage oder eine Schlauchfeder 23 eingelegt ist. Mit den Federn 24, die am Flanschdeckel 20 abgestützt sind, wird die Dichtung an die Innenwand des Dichtgehäuses gepreßt. Im Lagergehäuse sind mehrere solcher Federn entlang des Ringes vorgesehen. Das Druckwasser, das die Turbine betreibt, liegt, bezogen auf die Fig. 3, links der Dichtung

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die aus den Ringen 1 und 2 besteht

Grundsätzlich wäre es möglich, die beiden Ringe 1 und 2 mit demselben Außendurchmesser auszustatten. Zur Bildung eines Druckausgleichspaltes 16 wäre dann mindestens eine der paarweise aneinander liegenden Flächen absatzartig auszugestalten. Ferner wäre es möglich, die Flächen der Ringe, die paarweise aneinander anliegen, als Kegelflächen auszugestalten, wobei jener Ring, der die äußere elastische Bandage oder Schlauchfeder trägt, sozusagen als Hohlkegel zu gestalten wäre, der dann den anderen Kegel zur Gänze oder zumindest teilweise in sich aufnimmt. Daraus ist erkennbar, daß die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Querschnittsform der Ringe für die Erfindung nicht zwingend ist, vielmehr hier auch dreieckige oder trapezförmige Querschnittsformen in Frage kommen.

Ringe der gezeigten und beschriebenen Art sind einfach herzustellen, sie können auf Drehbänken gefertigt und bearbeitet werden. Die Anordnung der Schlitze und Einschnitte ist mit einfachen Gerätschaften möglich. Eine besondere Präzision wird für diese Schlitze und Einschnitte nicht gefordert. Auch die Bohrungen 8 und 25 können mit einfachen Geräten hergestellt werden. Aufgrund des gewählten elastischen Werkstoffes und der erfindungsgemäßen Ausbildung schmiegt sich die Dichtung beim betriebsmäßigen Einsatz an die sich drehende Welle an und erhöht den Dichtungsu-rad. Für Montagezwecke kann die Dichtung aufgeklappt werden, da an den Ringen eine scharnierartige Zone vorgesehen werden kann. Aufgrund des hohen üichtungsgrades ist der Sperrwasserverlust verringert und damit der Wirkungsgrad der Dichtung erhöht. Trotz all dieser nicht unerheblicher Vorteile gegenüber den bisherigen bekannten Dichtungen kann die erfindungsgemäßc Dichtung wesentlich billiger gefertigt werden.

Wenn mit hohem Verschleiß des Lagermaterials beim betriebsmäßigen Einsatz gerechnet werden muß, kann es zweckmäßig sein, die Nuten 13 möglichst tief zu gestalten, so daß ihre Breite eventuell kleiner ist als ihre Tiefe. Auf diese V/eise sind Schmiernuten uuch dann noch vorhanden, wenn aufgrund des hohen Verschließes in erheblichem Umfang Lagermaterial abgetragen worden ist.

Vorstehend wurde wiederholt darauf hingewiesen, daß die Dichtung aus einem elastischen Werkstoff gefertigt ist. Diese V/erkstoffangabe bedarf abschließend noch einer Erläuterung: Die Elastizität liegt in einem Bereich, der für Kunststoffe typisch ist, beispielsweise beträgt der Elastizitätsmodul bei hochmolekularem Polyäthylen ca.

700 N/mm bzw. bei im Normklima gesättigtem Polyamid 6 (PA-6) ca. 1200 bis 1600 N/mra² (ermittelt am Zug -E-Modul). Es sind aber auch Werkstoffe hier einsetzbar, die hinsichtlich ihrer Elastizität ein gummiartiges bzw. gummiähnliches Verhalten zeigen, z.B. Polyurethan mit einer Shorehärte von A 60-95. Wenn relativ weiche Werkstoffe, wie z.B. das letzterwähnte Polyurethan verwendet wird, so kann auf die scharnierartigen Einschnitte 9 11 verzichtet werden. Die Lagerringe sind dann hinreichend elastisch verformbar, um sie montieren zu können.

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Claims

Patentansprüche :

/ 1. Dichtung für Wellen gleichbleibender Drehrichtung, ^ beispielsweise. Turbinenwellen, mit mindestens zwei ■ aneinander anliegenden Hingen aus elastischem Material, von welchen wenigstens- einer mittels eines ihm außen anliegenden Zuggliedes, beispielsweise mittels einer elastischen Bandage bzw. mittels einer Zugfeder an die Welle andrückbar ist und mindestens einer der Ringe j

gegenüber einem ihn aufnehmenden Lagergehäuse fixier- ■

bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Ringe (1, 2) einen radial verlaufenden Schlitz (3, ⁷O aufweist, die Ringe (1, 2) also offen sind und im betriebsmäßigen Einsatz die radialen Schlitze (5, ^z0 beider Ringe (1, 2) winkelmäßig gegeneinander versetzt

! 7„ sind'i" und zwar um ein Maß, das mindestens gleich ist

i^jj^'jier Breite (b) der Schlitze 0, Ό und der eine Ring t ⁿ-ⁿ (1), bezogen auf die Drehrichtung (5) der Welle (12), unmittelbar im Bereich hinter seinem radialen Schlitz (3) an einem Punkt (G) mit dem anderen Ring (2) verbunden ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt (6) am anderen Ring (2), bezogen auf die Drehrichtung (5) der Welle, unmittelbar im Bereich hinter seinem radialen Schlitz (4-) liegt.

i,. Dichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß beide Ringe (1, 2) denselben Innendurch- j messer (d) haben. |

'Ar. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet", daß der Außendurchmesser (D , D₀) beider Ringe (1, ?.) unterschiedlich ist. · '

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5. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Ring (2) eine stufenförmige zentrische Ausdrehung (15) aufweist, in welcher der andere Ring (1) eingesetzt ist.

G. Dichtung nach Anspruch 5) dadurch gekennzeichnet, daß die in axialer Richtung des eingesetzten Ringes (1) gemessene Breite (B ) gleich ist der axialen Höhe (h) der stufenförmigen Ausdrehung (15)» so daß die ineinander liegenden Ringe (1, 2) eine gemeinsame und bündige Oberfläche aufweisen (!''ig. 2).

7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung beider Ringe (1, 2) Bohrungen (8) und Bolzen (7) dienen.

8. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Ringe (1, 2) in etwa diametraler Lage zum radialen Schlitz (3, 4-) einen von seiner Innenseite ausgehenden Einschnitt (9, 10) zur Bildung einer scharnierartigen Zone auf v/eist.

9. Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die scharnierartige Zone als Firmscharnier mit einer Dicke bis zu 3 mm ausgebildet ist.

10. Dichtung nach Anspruch 8 oder 9j dadurch gekennzeichnet, daß in der den Einschnitt (9) aufweisenden Durchmesserobene des Ringes (1) an seiner Außenseite eine Aussparung (11) geringer Tiefe vorgesehen ist.

11. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) der radialen Schlitze (3, 4) mindestens der axialen bzw. radialen Stärke (B^., B~)der Ringe (1, 2) entspricht.

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12. Dichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Ringe
(1, 2) an seiner Innenseite, die beim betriebsmäßigen Einsatz der Dichtung an der sich drehenden VJäle (12)
anliegt, Nuten (13) aufweisen.

13· Dichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Nuten (13) größer ist als deren Tiefe.

14. Dichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Nuten (13) kleiner ist als deren Tiefe.

15· Dichtung nach Anspruch 12, und einem der Ansprüche 13 oder 14-, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüten (13) in an sich aus der Gleitlagertechnik bekannten V/eise gestaltet sind,

16. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Ringe (2) vorzugsweise nahe seinem radialen Schlitz (4) mindestens eine Aussparung (14) od. dgl. auf ν; eist, in welche bei betriebsmäßigem Einsatz der Dichtung ein am Lagergehäuse ortsfest vorgesehener Halter eingreift.

17. Dichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aussparung (14) zu beiden Seiten des Schlitzes
(4) vorgesehen ist.

18. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen beiden Ringen (1, 2) ein Entlastungsspalt (16) ausgespart ist, und dieser vorzugsweise durch eine
stufenförmige Ausdrehung gebildet wird.

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