<Desc/Clms Page number 1>
Gleitring-Dichtungselement
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
die mit den seitlichenBegrenzungsflächen des schraubenfederförmigenRinges zusammenwirkenden, radialen Flächen durch entsprechende Schultern am rotierenden Teil zu bilden. Dabei muss jedoch die eine Schulter an einem nachträglichen, auf den rotierenden Teil aufgesetzten zweiten Teil vorgesehen sein.
Das Dichtungselement kann auch durch mehrere schraubenfederförmige Ringe gebildet sein, bei denen die Windungen des einen Ringes im Zwischenraum zwischen den Gängen des andern Ringes angeordnet sind.
In den Zeichnungen sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Gleitring-Dichtungselementes dargestellt. Es zeigen die Fig. 1-3 drei Ausführungsformen eines Gleitring-Dichtungselementes im Querschnitt, Fig. 4 ein Gleitring-Dichtungselement nach einer weiteren Ausführungsform, als Wellenabdichtung, in Form einer Baueinheit, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des GleitringDichtungselementes, Fig. 6 ein Diagramm verschiedener Betriebsgrössen eines Gleitring-Dichtungselementes nach Fig. 1, in Funktion der Vorspannung und Fig. 7 ein Diagramm der Drehzahl des Dichtungsringes in Funktion der axialen Vorspannung und des Durchmesserspieles bezüglich der zylindrischen Fläche des feststehenden Körpers.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht der mit A bezeichnete Dichtungsring aus einer Schraubenfeder mit mehreren Windungen, wobei die Windungen einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. An den Stirn- oder Begrenzungsflächen 1, 2 sind Enden der Windungen gebildet, wobei vorzugsweise die sich verjüngenden Endteile bei einer noch ausreichenden Stegstärke abgeschnitten sind. Die Endteile können auch gegen die inneren Windungen der Feder zu nach einwärts leicht abgebogen sein, um einen allmählichen Übergang in die Ebene der Stirnflächen l und 2 zu erreichen.
Um den sich in Umfangsrichtung ergebenden Spalt an der jeweiligen Stirnfläche zwischen dem abgeschnittenen Ende und der Stirnfläche selbst möglichst klein zu halten, kann auch die dem Federende unmittelbar benachbarte Windung eine Reduktion der Breite aufweisen, so dass der Auslauf des Federendes auf diesen Teil relativ geringer Dicke zu liegen kommt.
Bei dem Dichtungsring nach Fig. 2 ist auf die zur Abdichtung bestimmte Fläche ein im Querschnitt ebenfalls rechteckförmiger, geschlossener Ring 3 aufgesetzt, welcher mit dem Ende der Feder, die den Ring A bildet, verbunden sein kann. Beispielsweise kann der Ring 3 mit dem Ende der Feder A durch Hartlöten oder Schweissen oder auch durch Nieten verbunden sein. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besteht der DichtUngsring aus drei ineinander verlaufenden Schraubenfedern A1, A2 und A3. Die Schraubenfeder A2 weist dabei eine geringere Profilhöhe auf als die Schraubenfedern Al und A3.
Die in den Fig. 1-3 dargestelltenDichtungsringe können alle aus Federstahl bestehen. Nach demWikkeln der Federn werden diese mit einem gleichmässigen Abstand zwischen den einzelnen Windungen am Umfang rundgeschliffen, u. zw. auf einen vorbestimmten Durchmesser. Ebenso werden die Stirnflächen plangeschliffen, so dass sich eine möglichst kontinuierliche Gleitfläche an mindestens einer Seite ergibt.
Der Einbau der Dichtungsringe ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. In Fig. 4 ist mit 4 eine Welle bezeichnet, die in einem Lager 5 eines Gehäuses 6 drehbar gelagert ist. Das Gehäuse bildet in seinem Lagerauge eine gegenüber der Fläche des Lagers erweiterte zylindrische Dichtungsfläche 7, mit welcher ein Dichtungsring A an seinem Umfang zusammenwirkt. Der Dichtungsring A ist ineinem zweiteiligen Ring 8,9 mit U-förmigem, nach aussen offenem Querschnitt eingesetzt, welcher an seinen beiden einander zugekehrten inneren Seitenflächen 8a und 9a mit den Stirnflächen des Dichtungsringes A zusammenwirkt. Der Ring 8, 9 ist auf der Welle 4 beispielsweise durch Aufpresser befestigt.
In Fig. 5 ist ebenfalls eine Wellendurchführung in einem Gehäuse dargestellt, wobei die Welle mit 10, das Gehäuse mit 11 und das Lager mit 12 bezeichnet ist. Der Dichtungsring A wirkt an seinem Umfang mit einer zylindrischen Fläche 13 im Lagerauge zusammen. Anderseits pressen sich dessen seitliche Begrenzungs- oder Stirnflächen gegen eine an der Welle 10 gebildete Schulter 14 bzw. eine radiale Fläche 15 eines Stellringes 16 an. Der Stellring 16 ist auf die Welle 10 genau aufgepasst, so dass dessen Fläche 15 in einer radialen Ebene liegt.
Im Betrieb verhält sich der beschriebene Dichtungsring wie folgt :
Infolge der axialen Vorspannung, welcher die Feder beim Einbau in den Ring 8,9 oder zwischen die Flächen 14, 15 unterzogen wird, steht derselbe in Reibungsmitnahmeverbindung mit der Welle 4 bzw. 10. Der Aussendurchmesser des Ringes A ist üblicherweise um einen geringen Betrag kleiner ge- wählt als der Innendurchmesser der zylindrischen Fläche 7 bzw. 13.
Beispielsweise kann der Dichtungsring einen Aussendurchmesser in einem Toleranzbereich aufweisen, der zusammen mit dem Innendurchmesser der entsprechenden Dichtungsfläche am feststehenden Körper einen Passsitz oder einen Laufsitz ergibt, wobei aber in jedem Fall das vom drehenden Teil auf den Ring ausgeübte Reibungsmoment vom
<Desc/Clms Page number 3>
statischen Zustand aus betrachtet grösser sein muss als das vom feststehenden Körper am Umfang ausge- übte Reibungsmoment. Wird nun die Maschine in Betrieb gesetzt und dreht sich die Welle entsprechend mit zunehmender Drehzahl, so wird der Ring A vorerst in entsprechendem Ausmass mitgenommen.
Druch die Drehung des Ringes beginnt aber auf diesen nunmehr die Zentrifugalkraft wirksam zu werden, so dass sich dessen Windungen im Sinne eines sich vergrössernden Durchmessers ausweiten. Somit steigt mit zunehmender Drehzahl auch der vom Ring auf die zylindrische Fläche ausgeübte Anpressdruck und ebenso nimmt in entsprechendem Masse das Reibungsmoment zu, welches diese Fläche wieder auf den Ring ausübt. Mit steigender Drehzahl wird also der Ring gegenüber der Welle abgebremst, so dass sich schliesslich ein Gleichgewicht zwischen dem Reibungsmoment am feststehenden Körper und demjenigen bezüglich der Welle einstellt, bei welchem die Drehzahl des Ringes bei gleichbleibender Drehzahl der Welle etwa konstant bleibt. Diese Drehzahl des Ringes macht vorzugsweise etwa die Hälfte der Drehzahl der Welle aus.
Es wäre selbstverständlich möglich, den Ring auch zwischen zwei sich gegenüber einem dritten Teil drehenden Körpern, die relativ zueinander eine Drehung ausführen, einzubauen. Solange der Dichtungsring einer Zentrifugalkraft ausgesetzt ist, wird er seinen Anpressdruck an die zylindrische Fläche vergrössern und dabei die Dichtungswirkung bezüglich dem Stillstand verbessern.
In dem Diagramm nach den Fig. 6 und 7 ist das Betriebsverhalten eines Ringes A mit folgenden Abmessungen dargestellt. Die Breite des rechteckförmigen Federdrahtes ist 0, 8 mm, die Höhe etwa 4 mm.
Der Federdraht ist zu einer Feder mit einem Aussendurchmesser von 67, 9-e8 (ISA) gewickelt bzw. geschliffen, der innere Durchmesser beträgt 62 mm. In zusammengedrücktem Zustand weist die Feder eine Höhe von 3, 5 mm auf. Wie sich aus dem Diagramm nach Fig. 6 ergibt, für welches eine Rotordrehzahl von 3000 Umdr/min angenommen wurde, nehmen seitlicher Druck PS und radialer Anpressdruck PA sowie die Verlustleistung L mit zunehmender, auf der Ordinate aufgetragener Federvorspannung f linear zu. Aus Fig. 7 lässt sich im weiteren der Einfluss des Durchmesserspieles 6. r zwischen Feder und zylindrischer Dichtungsfläche auf die Drehzahl n des Ringes bei verschiedenen axialen Federvorspannungen f entnehmen.
Selbstverständlich kann die beschriebene Dichtung nicht nur fürwellendurchführungen durch Gehäuse verwendet werden, sondern es ist auch möglich, beispielsweise an Rotationspumpe oder Motoren Druckräume gegenüber Räumen mit niedrigerem Druck oder atmosphärischem Druck abzudichten. Dabei ist der Dichtungsring vorzugsweise in einer aus zwei Teilen gebildeten Umfangsnut am Rotor angeordnet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gleitring-Dichtungselement, bestehend aus einer Schraubenfeder mit Rechteckprofil, dessen längere Seite quer zu deren Achsrichtung verläuft, wobei die Schraubenfeder sich zwischen zwei radialen Flächen abstützt, von denen die eine an einem rotierenden Teil vorgesehen ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass beide radialen Flächen (Sa, 9a ; 14,15) dem rotierenden Teil (4 ; 10) angehören, und dass die radial äussere Umfangsfläche der Schraubenfeder (A) mit einer zylindrischen Innenwand (7 ; 13) eines Gehäuseteiles (6 ; 11) zusammenwirkt.