DE1814501A1 - Dichtungskonstruktion - Google Patents

Description

ICRUPP GESELlS OHAPI M12

BESCHHlIKiER MiSUIG II ESSEN

Di chtungskons truktion

Bei den Id©kannteη GKleitringdichtungen wird ein Metall!* seller Hing₉ der an einem von zwei sicli relativ gueinan< der bewegenden Bauteiles sitzt und gegenüber üim zum Beispiel durch einen Rundschnurring abgedichtet ist_s den höheren Drraels:₉ gegenüber #,3<a abgedichtet .werden und gegebenenfalls zusätzlich durch eine Feder gegen eine Fläche des anderen. Bauteiles gedrückte Bis AiVMQZLäimg solcher Glaitringdichtimgen ist aber beschränkt ο 3szü , -,-.na ge_t_en selis? li©he Drücke bei großes Gleitg<3sohi7iMigkei<=> ten abg@ö.:iöhtet i^erdgn soll₉ würde die si7ischen der AIa= diohfefls.oüs deo Gleitringes und der G-egenfläche auftreten d® metallische Berührung aus Verschleißgrün&en ia allgs» rneinsn nicht mehr zulässig sein_o In solchen ]?äll©a hat man \"ersmaht₀ die Dichtung zn entlasten;, ind©m man auf ¥®rsehied©n@ iisise für die Bildung ©ines llüssigkeits» filmes zi^r?iüohsa den relativ zueinander bewegten flächen gesorgt Mt ο

Zm elx@s@si ZnQQk. hat man zum B©xspi@l ©in© la$"dr©8tstlsohe Entlastung i©r lilohtmag fQTQQB<shQn_o Hi©2?b©i ist diejenige

SAD OWGlNAl,

Sinne des Schließens der Dichtung beaufschlagt wird, kleiner als die Abdichtfläche des Dichitelementes in dem Dichtspalt· Doch wird hiermit nicht eine genügende Betriebssicherheit erzielt, da die Kurve des Druckverlaufes innerhalb des DichtSpaltes nicht eindeutig festliegt,

iian hat deshalb Diciitiingaa mit hydrodynamischer Entlastung entwickelt»

So wird .sum Beispiel zwischen einer Stirnfläche einer Welle und einem ringförmigen Dichtelement, auf das der hö-)h.ere Druck in axialer Richtung wirkt ,ein geschlossener ¹Vi' ji i''~ ' di,,·^!-¹ : ι · , ji ι i.i l element exen— tj'iRoli :^Tii" ^li~2 ' . tu - f . goliililp fc ruler an seinem Umfang mit Eini'Γτΐι'if- , v\ j t^Jr ι w.L.»>r|, Hierbei bildet sich eine tangentKυ r"¹ ''^{ι %} trö'imms an¹!, da jeweils gewisse iSeile eier Wellen-Stirnfläche, die zunächst außerhalb dear Dichteleaeiites von dam Druckmedium 'benetzt werden» jeweils mit eier Dreiibewi iw¹ \ unter das Dichtelement gelangen^ was eines. Staurß,^¹-™ ^pek': ergibt«

Eine andere Möglichkeit der hydrodynamischen Entlastung 'von Dichtungen besteht darin, daß man durch eine bestimmte Ausbildung der ibdichtflache des -tdchtelementes, zum Beispiel in Kegel« oder Stufenform, den Dichtspalt in Richtung des Druckabfalles verengt hat, Hierbei wird ein Leckstrom zugelassen, und der Druck nimmt in dem ti palt langsamer als linear ab. Das ist um so mehr der Fall, ja

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sehr sich das Dichtelement unter dem Einfluß des höheren Druckes der G-egenflache nähert _p sodaß in zunehmendem Maß dem höheren Druck entgegengewirkt wirdo Solche leokstromentlastete Spaltdichtungen sind übrigens auch in fällen bekannt? in denen di© Eelativ-Bewegung zwischen den beiden Bauteilen die gleiche Sichtung hat wi© der Druckabfall, gegen den abgedichtet werden

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber diesen bekannten Bauarten eine nm©h wirksamere Abdichtung ohne unerwünschten Yerschleiß zu erzielen.

Die Erfindung geht βμξ von einer Bichtungskonstrnktioii zwischen zx^el Sauteilen^ di© sioh relativ gegeneinander quer zur Sichtung des Druckabfalles bewegen, gegen den -^r '-gedichtet wird, wobei der höhere Druck auf ein Diohteie« sent, das mit einem der Bauteie dicht verbunden ist ^ derart wirkt., daß er eine Abdichtfläche des Dichtelementes zur Anlage an einer Q-egenfliehe des anderen Bauteles zu bringen sucht, mit hydrodynamischer Entlastung durch einen Schmierfilmi der sich in dem Spalt Zwischen der Abdichtfläche und der S-agenfläche iaf©lg© der HelatiT-Bewegung tischen beideia aufbaut § und Sie Erfindung Tbe*=· steht darin^ daß anschließend an den iatrischen der Abdicht«* fläche und der Gegenfläoiae bafindlfechen Spalt izmerhall} eines nach dem höheren Druck hin offenen engen Zwischen« raumee zwischen der Dichtleiste und der Gegefläche Auf« schwimmleisten, die quer zur Relatiy—Bewegung verlaufen, an dem Dichteleffient oder an dem anderen Bauteil sitzen

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und ein solches Profil haben, daß der Staudruck, der bei der Relativbewegung an den Aufschwimmleisten entsteht, den Ringspalt keilförmig nach der Seite des höheren Drukkes h£n erweiterte

Eine Dichtungskonstruktion nach der Erfindung kann beispiel weise so ausgeführt werden, daß ein das Dichtelement bildender, elastisch verformbarer Ring, der sich in axialer Richtung gegen den Bauteil stützt, mit dem er dicht verbunden ist, mit einer die G-egenflächejtf aufweisenden Welle den engen Zwischenraum bildet und innerhalb von diesem mit den Aufschwimmleisten versehen ist* Es ist aber auch möglich, daß ein das Dichtelement bildender elastisch verformbarer Ring, den? sich in radialer Richtung gegen den Bautel stützt, tlit dem er dicht verbunden ist, mit einer die Gegenfläche bildenden Stirnfläche des anderen Bauteiles den engen Zwischenraum bildet mnd innerhalb vtbn diesem mit oen Aufschwimmleisten versehen ist_o

Mit der Erfindung wird gegenüber den bisher bekannten Bauarten von Dichtungskonstruktionen in mehrfacher Hinsicht ein Fortschritt erzielt:

1) Es werden Spaltv-rjüngungen erzeugt^ wie sie bei bisher bekannten starren Dichtelementen nur durca sehr schwierige Fertigungsv-rfahren hergestellt werden könnenβ

2) Diese Spaltv^rjüngungen werden nicht dur'h Verschleiß beeinträchtigt, weil sie nicht in die Abdichtfläctye des Dichteiementes eingearbeitet sind, sondern sich erst im Betrieb an normal planen oder zylindrischen Flächen einstellen.

3) Die Unauträglichküiten, die ^.ich bei den bisher bekannten starren Dichteleiiienten aus Veränderungen der Dichtflächen durch thermische oder sonstige

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Verzüge ergaben,sind, beseitigt, weil sich das Dichtelement nach der Erfindung _an der G-egenflache ausrichtet,was bei ringförmiger Ausbildung durch die elastische Verformbarkeit des Dichtelementes ermöglicht wirdo

4)Die Spaltverjüngungen sind bei einer Dichtungskonstruktion nach der Erfindung so gering, daß sich eine überaus gute Dichtigkeit ergibt, wie sie bei bisher bekannten Dichtelementen ohne Gefahr des Fressens zwischen den Dichtflächen nicht zu erzielen war_o

Auf der Zeichnung zeigen die Figuren 1 und 3 Dihtungskonstruktionen nach zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes in je einem Axialschnitte Figur 2 ist der Schnitt nach der Linie Il/ll in Figur 1 und Figur 4 der Schnitt nach der Linie IV/IV in Figur 3.

Figur 5 und 6 sind Schnittbilder entsprechend der Figur 1 in größerem Maßstab zur Erläuterung der Wirkungsweise_o

In Figur 1 ist mit 1 eine Welle und mit 2 das diese umschließende Gehäuse bezeichnet. Ein Dichtring 3, der zum Beispiel aus Stahl besteht, umschließt mit einer zylindrischen Abdichtfläche 4> deren Breite mit b bezeichnet ist, die Welle 1. Zwischen dem Dichtring 3 und der Welle 1 befindet idch anschließend an die Abdichtfläche 4 ein ringförmiger Zwiiihenfaum 5, der nach dem höheren Druck p-^aibeyaiahiet ist·

Auf der Seite des niedrigeren Druckes po hat der Dichtring 3 eine Lippe 6, die gegenüber der auf dieser Seite befindlichen ebendn Stirnfläche 7 des Dichtringes vorstehto Von dieser Stirnfläche liegt bei der Ausgangslage des Dichtringes nach Figur 1 und 5 nur ein ^xeil, nämlich eine &ingflache mit der Breite c, an einer lotrechten Fläche 8 des Gehäuses an_o Denn einerseits reicht die fläche 8 nicht bis an die Lippe 6 heran und andererseits reicht die Stirnfläche? nicht bis zum Umfang des Dichtrings 3 » sonderen es schließt sich an sie eine durch Abschrägung des Diohtring-Profils

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gebildete Kegelfläcne 7a an« Diese bildet mit der Fläche 8 einen sich naoh dem Umfang des Dichtringes hin erweiternden Hingspalt, in dem der höhe>5ruck ρ herrscht. Demzufolge 'nimmt innerhalb der Fuge von der Breite c der Druck linear von ρ zu ρ ab. Unter der vereinfachenden Annahme, daß ρ

gleich null ist, wird die diesem Druckabfall entsprechende Kraft, die den Dichtring 3 in axialer Richtung von der Fläche b abzuheben sucht, durch die schraffierte Dreieckfläche F₁ in Figur5 wiedergegeben. Dieser Kraft entg-gengerichtet ist dv,-r Druck p, d^r den Dichtring 3 auf ein,.r Ringfläche beaufschlagt, deren äüiaerer Halbmesser gleie'h dem äußeren nalbmesser d.:r Stirnfläche 7 ist ^->d die nach der Achse der Welle 1 hin durch deren Umfangsfll'che begrenzt wird_o Die hieraus resultierende Kraft wird durch die schraffierte Rechteckfläche F₂ ^^η Fig^ur 5 wiedergegeben. Da diese Kraft, die de..· Fläche F₁ entsprechende Kraft erheblich überwiegt, wird der Dichtring 3 mit dir entsprechenden Differenzkraft ge en die Fläche 8 gedruckt, so daß sich eine gute Abdichtung zwischen dem Dichtring 3 und dem Gehi use 2 ergibto Es ist angenommen, daß sich die Welle 1 im Sinne des Pfeiles in Figur 2 dreht» Der Dichtring 3 wird durch eine Nase 10 des Gehäuses, die in eines? Ausnehmung das Dichtringes 3 eingreift, daran gehindert-, an der Drehbewegung der Welle 1 teilzunehmen©

■ Erfindungsgemäß sitzen innerhalb des Zwischenraumes 5 an d^m Dichtring 3 gleichmäßig über den Umfang verteilte Aufschwimmleisten 11. Diese verlaufen in axialer Richtung, also quer zur Drehbewegung der Welle 1.

Wie i» Figur 5 zeigt, besteht in der Ausgangslage des Dicht-' ringes 3, wenn sich die Welle 1 nicht dreht, zwischen der Abdichtfläche 4 und der die G-egenfläche bildenden Umfangsfläche 12 der felle 1 ein enger Spalt 13· ferner befinden sich eben-

M f —

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BAD OBiG]NAL

so enge Spalte 14 zwischen den Aufschwimmleisten 11 und der Qegenfläche 12.

Im Ausgangszustand nach Figur 5 herrscht in dem Zwischenräum 5 der höhere Druck p, dessen radial nach außen gerichtete Wirkung auf den Dichtring 3 voll ausgeglichen wird durch die radial nach innen gerichtete Wirkung des auf den Umfang des Dichtringes 3 über der Breite des Zwischenraumes 11 herrschenden Druckes p«, Da der enge Spalt 13 eine über seiner Breite b gleiche tyerte hat, nimmt innerhalb dieses Spaltes der Druck linear von dem Druck ρ auf den niedrigeren Druck ρ ab. Unter der erwähnten Annahme, daß ρ gleich null ist, ist in Figur 5 der Druckverlauf innerhalb des Spaltes 13 durch die schraffierte Dreieckfläche F^ gekennzeichnet»

Dem in dem Spalt 13 herrschenden Druck, der auf den Dichtring 3 radial nach außen wirkt, ist der höhere Druck ρ entgegengerichtet, soweit er die Umfangsflache des Dichtringes 3 zwi~ sehen der Stirnfläche 7 und derjenigen lotrechten Ebene 15 beaufschlagt, welche die Abstufung zwischen dem Spalt 13 und dem Zwischenraum 5 bildet< > Der so auf die Eingflache mit der Breite a wirkende Druck ist in Figur 5 durch die ächraffierte Rechteckfläche F^ gekennzeichnet.

Die Differenz zwischen den DKräften aus dem auf der breite a wirkenden Druck und aus dem in Spalt 13 herrschenden Druck ergibt den Schließdruck, Dieser ist sonach gleich p.a-i/2p»b.

Wenn sich die Welle 1 dreht, wird die Flüssigkeit, die in dem Gehäuse 2 unter dem Druck ρ steht, innerhalb der Säume, in welche der Zwischenraum 5 durch die Aufschwimmleisten 11 abgeteilt ist, bis zu einem gewissen Grad mitgenommen und , wie es in Figur 2 durch Pfeile 16 angedeutet ist, ge.jen die betreffenden Flanken 17 der Aufschwimmleisten gedruckt. Diese Flanken verlauf e^6n schräg zpir Umlauf bewegung der Welle 1 mit' einem schwach konvex-gekrümmten Profil. Demzufolge wird die von ήβτ Umfangsflache 12 der Welle 1 mitgenommene Flüssigkeit in die engen spalten 14 zwischen den Aufschwimm!eiattη 17 und der Welle 1 hineingedrückt«, Hierdurch entsteht untc-r den

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badoäjgjnal

Aufschwimmleisten ein Druck p_a(Figur b). Hieraus resultiejben Kräfte A, die mit einem Hebelarm c auf den Dichtring 3> der elastisch verformbar ist, ein Verwindungsmoment ausüben» Demzufolge wird der Spalt 13, wie es in Figur 6 veranschaulicht ist» keilartig verengt« Der Keilwinkel ist mitOObezeichnet« Die hiermit verbundene Schrägsteilung des Dichtleistenprofiles wird durch die Kegelfläche 7a ermöglicht.. Dabejjliegt der Dichtring 3 an der Fläche 8 nur in einer Kreislinie K an» und zwar unter der Axialkraft, die der lOschraffierten Eechteckflache F₂ entsprichtβDie keilartige ^verengung dös Spaltes 13 hat zur Folge, daß der Druck in dem Spalt 13 nicht mehr linear abfällt, sondern langsame!·, etwa nach der in Figur 6 eingezeichneten parabelartigen Kurtoe 18_e

Demgemäß ist die auf den Dichtring ■*

radial nach außen wirkende Kraft, die durch die Fläche F₁- wie-45dergegeben wird, greßer als bei der Ausgangslage nach Figur 5, gemäß der Fläche F, . Demgemäß ist die Differenz der radial nach innen gerichteten Kraft p.a. im und der im Spalt 13 wirkenden Kraft J I^'"Io kleiner als vorher» Sonach wird die Schließkraft durch die mittels der Aufschwimmleisten 11 be-2Cwirkte Yerwindung des Dichtringes 3 verkleinert· Sie wird zu null, wenn durch eine weitergehende Tierwindung des Dichtringes und durch eine entsprechende weitere Verengung des Spaltes 13 sich der Druck in diesem Spalt so stark anstaut, daß die Resultierende aus diesem Druck der Kraft p. a. das Gleichgewicht haito

Man erzielt auf diese Weise eine Abdichtung mit geringsten Leckverlusten, ohne daß eine nennenswerte metallische Berührung zwischen dem Dichtring 3 und der Welle 1 erfolgt. Das wird auch bei sehr hohen Drücken ρ und hohen Umfangsgeschwin-30äigkeiten der Welle 1 erreicht»

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 und 4 erfolgt die Abdichtung zwischen ein-.r Stirnfläche 19 einer umlaufenden Welle 1 und einer lotrechten Fläche 20 des G-ehäuses 2, die

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der Stirnfläche 19 ait.geriaceo Aöstand gegenüber Ixogto Des¹ Diciitriag 21 lasfinaet sicia hierbei in einer "iagnidt des? ijelääuses 2_O ■*% wird dmreli d©s hölaers-s. Druck ρ is. sr-adialej,-•^iciitung rait eines? gjlis-driisciiea Innenfläche 23 g©g<s3- öi© ©in© Iiiaeiäflache der BiHgmit 22 gedrüclito C4©gen sia ITalaiiio; ist der Diclätring 21 ebeafallg dESOh eiia© Hase 24 dss G-®~-^ käiisss 2 Toriiisdsrtj gjb in ein© Ausnehmung ani üiafang* des Bics-feiages eingreift_o Bie Alidiciitfläolie 25 liegt iiie^bei ia einsr lotrschten BbeziQj die lait der StSmfläclis 19 fer ^;.7ell© 1 eijiiea engen Spalt 26 bildet_o Ilirs -^reits ist v/isd-ii"· Eiit a beseiohiisto Aiicciiließsiid an den Spalt 26 b^ii'idst _:;^::*':' Ξΐ/isoli-sa to'ji Dicfetriiig 21 und der Sti2?zifläoße 19 C^;'*-i~ 2"^;/i"

5Gßes2=s.iiji 27j de;? naon dsa bUfeerea D3?«ok ρ iiis. ofjCsn'is :- liii/.ss'iici.i.ö dieses ^wiscu^iisauHss Sitzes. &a dss Dicii^iiiivj ;":'■ -0 Ai^?£^:.ο]2":;:ίΕΰΐΐ7-Ί*ο-τ;-3 S6r; -iß lieh in radialer Eiclitua^ ei^::5ti'i--;;"j:?.

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   sclienraum (SpSf-) "bildet uM innerhalb von diesem mit den Aufschwimaleisten (11) versehen

   Mehtungskonstruktion nach Anspruch 1 ₉ dadurch g@<=> feennzeichziets da,ß ©ia das Dichtele=ment laildenderp elastisch verforrabarer Eing(21)i, der sich in radialer Sichtung gegen den Bamteil(2) stützt₉ mit des er dicht verbunden ist_s mit einer die ßegenfiäehs "bildenden Stirnfläch® (19) des anderen Bauteiles (1) den engen Zwischenraum (27) bildet und innerhalb Tön diesem mit den Aufschwimmleisten (28) versehen ist»

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