DE3416562A1

DE3416562A1 - Wellendichtung

Info

Publication number: DE3416562A1
Application number: DE19843416562
Authority: DE
Inventors: Leslie John Horsham Sussex Budgen; David Alan Burgess Hill Sussex Turrell
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1983-05-06
Filing date: 1984-05-04
Publication date: 1984-12-20
Also published as: GB2140102A; IT8420808A1; IT1173954B; DE3416562C2; JPS6040869A; FR2545570A1; IT8420808A0; GB8312613D0; FR2545570B1

Description

34Ί6562

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung, insbesondere eine Dichtung, die einer durch die Wand eines Fluid zurückhaltenden Gehäuses hindurchtretenden drehbaren Welle zugeordnet ist und einen Verlust von Fluid aus dem Gehäuse verhindert.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich mit solchen Dichtungen, die Rotor-Antriebswellen zugeordnet sind, welche durch das Gehäuse von mechanischen Vakuumpumpen hindurchtreten, welche ein relativ kostspieliges Pumpfluid enthalten.

Die Verwendung von Dichtungen, die durch eine Gehäusewand hindurchtretenden Drehwellen zugeordnet sind, ist außerordentlich gut bekannt, und der Bereich üblicher Auslegungen sehr umfangreich. Es wird angenommen, daß ein Bezug auf bekannte Dichtungsauslegungen überflüssig ist, da derartige Auslegungen ein extrem breites Anwendungsgebiet überdecken. Die Kompliziertheit derartiger bekannter Wellendichtungen ändert sich jedoch mit dem Anwendungsgebiet. Allgemein gesprochen werden solche Dichtungen immer komplizierter, je mehr es notwendig ist, ein Austreten von Fluid in den Berührungsbereich der Welle mit dem Gehäuse zu verhindern, und Dichtungen, die eine Gleitberührung mit einer Welle in einer Vielzahl von Bereichen schaffen, sind in Anwendungsfällen vorgeschlagen worden, bei denen es besonders notwendig ist, ein Austreten zu verhindern, oder bei denen das Fluid sich bei einem wesentlich über dem Umgebungsdruck befindlichen Druck befindet.

Alle derartige bekannten Dichtungen besitzen jedoch den Nachteil, daß bei Verschleiß oder Versagen oder in anderen Fällen Fluid aus dem Gehäuse austritt. Beispielsweise im Falle von speziellen mechanischen Vakuumpumpen, die inerte stabile und chemisch komplexe Pumpfluide enthalten, kann jedes Austreten und das dadurch erforderlich werdende Nachfüllen wesentliche Kosten verursachen.

Es ist dementsprechend ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Wellendichtungsanordnung zu schaffen, welche die mit dem möglichen Verlust von Fluiden entstehenden Nachteile verringert oder beseitigt.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Dichtanordnung für eine drehbare Welle geschaffen, welche durch die Wand eines Fluid zurückhaltenden Gehäuses hindurchtritt, wobei die Dichtung mindestens zwei Dichtelemente enthält, die an zwei beabstandeten Bereichen mit der Welle in dichtender Berührung stehen und die so ausgelegt sind, daß sie zwischen den Bereichen eine Fluidsammelkammer bestimmen, wobei Einrichtungen zum Übertragen aus dem Gehäuse ausgetretenen Fluides von der Kammer vorgesehen sind.

In der einfachsten Form kann die übertragungseinrichtung einen permanent offenen oder abdichtbaren Auslaß umfassen, der an der Unterseite der Fluidsammelkammer vorgesehen ist. Auf diese Weise wird aus dem Gehäuse ausgetretenes Fluid durch Schwerkraft aus dem Sammelkammer-Auslaß entlassen und in einem entsprechenden Gefäß vor der Rückleitung zu dem Gehäuse zurückgehalten. Der Austrittsverlust wird dementsprechend wieder ausgeglichen, ohne daß neues und möglicherweise teures Fluid bereitgestellt werden muß.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist jedoch bei der übertragungseinrichtung ein Rohr enthalten, das die Unterseite der Sammelkammer mit dem das Fluid enthaltenden Gehäuse verbindet. In diesem Fall kann die Übertragung von ausgetretenem Fluid aus der Sammelkammer in das Gehäuse durch eine Gasströmung unterstützt werden, die einem in der Sammelkammer bevorzugt an ihrem oberen Ende vorgesehen Einlaß zugeführt ist.

Wenn die erfindungsgemäße Wellendichtung einer Rotor-Antriebswelle einer mechanischen Pumpe einer bekannten Art züge-

ordnet ist, kann das durch die Sammelkammer strömende Gas insgesamt oder teilweise den Gasballast für die Pumpe bilden. Das Gas kann getrockneter Stickstoff oder irgendein anderes entsprechendes Gas sein und wird üblicherweise dem Sammelkammereinlaß mit einem Druck zugeführt, der in einem Bereich von 0,1 bis 0,2 bar über Umgebungsdruck liegt.·

Bevorzugt werden Einrichtungen an der Wellenoberfläche vorgesehen, die den Zustrom von ausgetretenem Fluid zu dem axial äußersten Dichtelement hindern und das Ableiten von Fluid von der Wellenoberfläche in die Sammelkammer befördern; derartige Einrichtungen können ein um die Welle angebrachter O-Ring oder eine eingearbeitete oder auf andere Weise in der Wellenoberfläche zwischen den Dichtelementen vorgesehene Nut sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert, in der die einzige Figur eine Seiten-Schnittansicht des Antriebsendes einer zweistufigen mechanischen Pumpe bekannter Art zeigt.

Wie aus der Zeichnung zu sehen, reicht die mit einem (nicht dargestellten) Antriebselektromotor verbindbare Antriebswelle 2 des Pumpenrotors durch die Endwand 4 des Pumpengehäuses, daß das Pumpfluid, beispielsweise Perfluor-Polyether enthält.

Der Aufbau einer solchen mechanischen Pumpe, ob es nun eine Drehflügelpumpe oder die üblicherweise als Roots-Pumpe bekannte Pumpenart oder eine andere Pumpenart ist, ist ausreichend gut bekannt, so daß eine ins ins einzeln gehende Beschreibung nicht nötig ist. Eine typische zweistufige Drehflügelpumpe mit Ballast ist beispielsweise in der G3-PS 1 282 197 beschrieben und eine detailliertere Beschreibung ist für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich und wird deshalb nicht gegeben.

An der Außenfläche der Endwand 4 ist ein teilweise geschlossener Zylinder 6 befestigt, durch die die Welle 2 gleichfalls hindurchtritt, und die so ausgelegt ist, daß sie eine allgemein mit 8 bezeichnete Sammelkammer bildet zur Aufnahme von aus dem Pumpengehäuse ausgetretenem Pumpfluid.

An der Innenfläche des Zylinders 6 sind mit Abstand voneinander zwei elastische Dichtelemente 10 und 12 aus einem bekannten Material, beispielsweise Teflon (RTM), auf diesem Fachgebiet bekannter Art befestigt. Die Elemente 10, 12 sind so ausgelegt, daß sie in Gleitkontakt mit der Wellenoberfläche stehen, wobei das Element 10 vorwiegend wirksam ist, ein Austreten von Fluid aus dem Gehäuse 4 in die Kammer 8 zu verhindern und das Element 12 ein anschließendes Austreten von Fluid aus der Sammelkammer verhindert.

Ein dicht um die Welle 2 angebrachter und mit dieser drehbarer O-Ring 14 und/oder eine in die Wellenoberfläche eingearbeitete Nut 16 wirken so, daß an dem Element 10 vorbeitretendes Fluid abgefangen und daran gehindert wird, das Element 12 zu erreichen. Der O-Ring und/oder die Nut bewirken zusätzlich zusammen mit der sich drehenden Welle, daß abgefangenes Fluid von der Welle durch Zentrifugalkraft abgeworfen und in die Kammer 8 geleitet wird.

An der Unterseite des Zylinders 6 befindet sich ein Auslaß 18, durch den sich in der Kammer 8 sammelndes ausgetretenes Fluid zur Zurückleitung zur Pumpe zurückgehalten werden kann. In der gezeigten bevorzugten Ausführung ist jedoch ein Einlaß am oberen Ende des Zylinders 6 so ausgelegt, daß über ein Rohr 20 Gas mit Überdruck in die Kammer 8 eingeleitet werden kann. Diese Gasströmung verläßt die Kammer 8 über den Auslaß 18 und wird von dort über das Rohr 22 zum Pumpengehäuse zurückgeleitet. Das Gas dient als Träger zum Ausspülen des ausgetretenen Fluides aus der Kammer 8 und zum Zurückführen irgendwelchen in der Kam-

mer gesammelten Fluides zu dem Pumpengehäuse. Das Gas, bei dieser Ausführung trockener Stickstoff, wird der Pumpe durch den (gleichfalls nicht dargestellten) Gasballast-Einlaß mit einem Überdruck zugeführt, der im Bereich von 0,1 bis 0,2 bar liegt. Der tatsächliche Gasdruck und die Strömungsgeschwindigkeit werden entsprechend den angestrebten Betriebsparametern der Pumpe ausgewählt. Es ist zu sehen, daß durch die Erfindung eine mechanisch einfache und kostensparende Einrichtung geschaffen wird, um den unvermeidlichen Fluidverlust zu reduzieren und die Notwendigkeit des Einsatzes von Wellendichtungen mit komplizierten und aufwendigen Dichtanordnungen zu beseitigen.

Es ist gleichfalls zu sehen, daß die Erfindung nicht nur in der beschriebenen Weise mit einer mechanischen Vakuumpumpe_/ sondern auch gleich gut mit anderen Geräten wie Motoren, Turbinen und dergl. Verwendung finden kann, bei denen eine drehbare Welle durch eine Gehäusewand hindurchtritt, die ein Fluid für Schmieroder andere Zwecke zurückhält. Ebenfalls können statt des genannten getrockneten Stickstoffs auch andere Gase mit Überdruck oder mit geringem Unterdruck eingesetzt werden.

Claims

- Patentansprüche -

'Dichtanordnung für eine durch die Wand eines ein Fluid zurückhaltenden Gehäuses hindurchtretende drehbare Welle, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens zwei Dichtelemente (10, 12) in zwei mit Abstand voneinander vorhandenen Bereichen in Dichtanlage mit der Welle (2) stehen, die so ausgelegt sind, daß sie zwischen den Bereichen eine Fluid-Sammelkammer (8) bilden und daß Einrichtungen (18, 20, 22) vorgesehen sind, um etwa aus dem Gehäuse (4) ausgetretenes Fluid aus der Kammer zurückzuführen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Fluidsammelkammer (8) durch eine die Welle

MANlTZ ■ FINSTERWALD · HEYN · MORGAN ■ 8000 MÜNCHEN 22 · ROBERT-KOCH -STRASSE 1 - TEL. (0 89) 22 4211 ■ TELEX 5 29 672 PATMF · FAX (0 89) 29 75 75

HANNS JÖRG ROTERMUND - 7000 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) · SEELBERGSTR. 23/25 · TEL. (0711) 56 72 61

BAYER. VOLKSBANKEN AG · MÜNCHEN · BLZ 70090000 - KONTO 7270 · POSTSCHECK: MÜNCHEN 770 62-805

und die Dichtelemente (10, 12) umgebende Kammeraußenwand (6) gebildet ist und daß die radial äußeren Endbereiche der Elemente (10, 12) an der Innenfläche der Kammer (8) befestigt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß ein Ende der Kammerwand (6) an dem Fluid zurückhaltendem Gehäuse (4) befestigt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Einrichtungen zum Übertragen des Fluides von der Kammer einen an der Unterseite der Kammerwand (6) vorgesehenen Auslaß (18) enthalten.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß eine Leitung (22) zum Rückleiten von Fluid von dem Auslaß (18) in das Fluid zurückhaltende Gehäuse (4) angeordnet ist.

6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein Einlaß (20) in der Kammerwand (6) vorgesehen ist, um eine zum Ausspülen des ausgetretenen Fluides aus der Sammelkammer (8) wirksame Gasströmung zu erhalten.

7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (14; 16) an der Oberfläche der Welle (2) vorgesehen sind, die das Strömen hindurchgetretenen Fluides zu dem äußersten Dichtelement (12) hindern.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtungen (14; 16) zwischen den Dichtelementen (10, 12) vorgesehen sind.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen eine Nut (16) in der Oberfläche der Welle (2) enthalten.

10. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen einen um die Welle (2) befestigten O-Ring (14) enthalten.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Welle die Antriebswelle (2) einer mechanischen Vakuumpumpe ist und daß zu dem Einlaß (22) der Sammelkammer (8) zugeführtes Gas mindestens einen Teil des Gasballastes für die Pumpe bildet.

7V ύ>nr^^nn t

Zeichnung beschrieben.

13. Anordnung im
Wirksamkei

,dip Zgjchm.tng..|

dargestellt und ausgelegt zur wie nachfolgend beschrieben mit

Mechanische Pumpe mit einer Dichtanordnung mit voneinander beabstandeten, eine Fluidsammelkammer bestimmenden Dichtelementen nach einem der vorangehenden Ansprüche.