AT527500A4

AT527500A4 - Axialdichtungsanordnung

Info

Publication number: AT527500A4
Application number: ATA50279/2024A
Authority: AT
Inventors: Zöchbauer Thomas
Original assignee: Zma Eng Gmbh
Priority date: 2024-04-02
Filing date: 2024-04-02
Publication date: 2025-03-15
Also published as: AT527500B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialdichtungsanordnung zum Abdichten eines Außenbereiches (1) gegenüber einem Innenbereich (2), wobei der Innenbereich (2) durch eine um eine Rotationsachse (R) drehbare Rotationswelle (3) und ein Wellengehäuse (4) begrenzt ist. Die Axialdichtungsanordnung umfasst einen Gleitring (5) sowie ein Vorspannelement (9) zum axialen Längenausgleich, sodass der Gleitring (5) abdichtend und unter Vorspannung an der zugewandten Anschlagfläche (10) eines Anschlagkörpers (11) anliegt, wobei das aus einem visko- und/oder gummielastischem Werkstoff gefertigte Vorspannelement (9) in einer zur Rotationsachse (R) parallelen Richtung schwimmend gelagert ist und eine zusätzliche Dichtung bildet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass eine das Wellengehäuse (4) mit dem zwischen Gleitring (5) und der Anschlagfläche (10) des Anschlagkörpers (11) gebildeten Gleitbereich strömungsverbindende Kühl- und Schmiermittelleitung (12) den Gleitring (5) und das Vorspannelement (9) durchsetzt, und dass der Gleitring (5) mit einem eine Verdrehsicherung bildenden koaxialen Trägerring (6) verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialdichtungsanordnung zum Abdichten eines Außenbereiches gegenüber einem Innenbereich, der durch eine um eine Rotationsachse drehbare Rotationswelle und ein Wellengehäuse begrenzt ist, wobei die Axialdichtungsanordnung einen zur Rotationsachse koaxialen Gleitring sowie ein am Gleitring abgestütztes Vorspannelement zum axialen Längenausgleich umfasst, sodass der Gleitring an seiner dem Vorspannelement gegenüberliegenden Seite abdichtend und unter Vorspannung an der zugewandten Anschlagfläche eines

radial von der Rotationswelle abstehenden Anschlagkörpers anliegt.

Aus der DE202007016407U1 ist eine Axialdichtungsanordnung bekannt, die einerseits einen drehfest in Bezug auf ein Wellengehäuse gehaltenen Gleitring, sowie andererseits einen mit diesem zusammenwirkenden, an einer Welle drehgesicherten Gegenring aufweist. Zwischen Gleitring und Gegenring bildet sich demnach ein entsprechender Dichtspalt bzw. Gleitbereich aus, sodass ein Außenbereich gegenüber einem der Rotationswelle zugeordneten Innenbereich abgedichtet ist. Damit Axialbewegungen im Betrieb ausgeglichen werden können, wird der Gleitring durch ein Vorspannelement an den Gegenring angedrückt. Hierzu übt das als Vorspannfeder ausgebildete und gehäuseseitig befestigte Vorspannelement eine parallel zur Richtung der Rotationsachse weisende Anpresskraft auf den Gleitring aus. Um darüber hinaus den Gleitring gegenüber dem Wellengehäuse abzudichten, ist zwischen dem Vorspannelement und dem Gleitring ein Kraftübertragungsring angeordnet, welcher mit zusätzlichen Dichtelementen, insbesondere O-Ringen, versehen ist. Nachteilig daran ist allerdings, dass einerseits aufgrund der Vielzahl an benötigten Bauteilen der

Montage- und Reparaturaufwand erhöht ist, und andererseits durch das am

Verschleiß unterworfen sind.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Axialdichtungsanordnung der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass trotz verringertem Montageund Reparaturaufwand dennoch eine nachhaltig zuverlässige Dichtwirkung bei

robuster Bauweise ermöglicht wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das aus einem visko- und / oder gummielastischen Werkstoff gefertigte Vorspannelement in einer zur Rotationsachse parallelen Richtung schwimmend gelagert ist und eine zusätzliche Dichtung bildet.

Zufolge dieser Merkmale ist das Vorspannelement im Einbauzustand so vorkomprimiert, dass die daraus resultierende Rückstellkraft als Anpresskraft für den Gleitring wirkt, sodass dieser unter Vorspannung an der Anschlagfläche anliegt. Unter einer schwimmenden Lagerung des Vorspannelements wird demnach im Sinne der Erfindung verstanden, dass sich das Vorspannelement frei in axialer Richtung ausdehnen kann, um die Anpress- und Dichtwirkung zu erfüllen. In diesem Zusammenhang ergeben sich besonders günstige Bedingungen, wenn das Vorspannelement vollständig in einer entsprechenden Nut abdichtend eingesetzt ist, sodass es unmittelbar an beiden Nutwänden anliegt und sich in axialer Richtung an der dem Gleitring gegenüberliegenden Seite am Nutengrund abstützt. Dadurch kann das Vorspannelement eine größere Materialstärke als die aus dem Stand der Technik bekannten Zusatzdichtungen für federbasierte Vorspannelemente aufweisen, sodass das erfindungsgemäße Vorspannelement vergleichsweise robust mit dennoch hohem Rückstellkraftpotenzial ausgeführt werden kann. Vorzugsweise liegt die Materialstärke des Vorspannelementes im Bereich von 25 bis 50 mm. Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen können insbesondere axiale Schwankungen ausgeglichen werden, die durch einen betriebsbedingten Verschließ des Gleitrings hervorgerufen werden. Das Vorspannelement kann aus einem visko-

und / oder gummielastischen polymeren Werkstoff gefertigt sein. Vorzugsweise

Gleitring durch Gleitringsegmente gebildet ist.

Bevorzugt ist das Vorspannelement als zur Rotationsachse koaxialer Vorspannring ausgebildet, der in eine am Wellengehäuse vorgesehene Nut eingesetzt ist, die mit ihrer Nutöffnung der Anschlagfläche des Anschlagkörpers zugewandt um die Rotationsachse umlaufend ausgebildet ist. Dementsprechend beschreibt die Nut einen ringfömigen Umfang, der vorzugsweise in einer Normalebene zur Rotationsachse der Rotationswelle verläuft. Für günstige Fertigungsbedingungen weisen sowohl das Vorspannelement als auch die entsprechende Nut jeweils einen

rechteckigen Querschnitt auf.

Um eine Überhitzung zwischen Gleitring und Anschlagkörper zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass eine das Wellengehäuse mit dem zwischen Gleitring und der Anschlagfläche des Anschlagkörpers gebildeten Gleitbereich strömungsverbindende Kühl- und Schmiermittelleitung den Gleitring und das Vorspannelement durchsetzt. Zufolge dieser Maßnahmen wird auf konstruktiv vorteilhafte Weise die Ausbildung eines Kühl- bzw. Schmiermittel führenden Gleitbereiches bzw. Dichtspaltes zwischen Gleitring und Anschlagkörper begünstigt, ohne die Dicht- und Vorspannwirkung des Vorspannelementes zu beeinträchtigen.

Um die Verteilung des Kühl- bzw. Schmiermittels im Gleitbereich bzw. Dichtspalt zu

Gleitringfläche einmündet.

In diesem Zusammenhang kann die Kühl- und Schmiermittelleitung eine Verdrehsicherung für den Gleitring bilden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Kühl- und Schmiermittelleitung eine Hülse aufweist, die den Gleitring vollständig und das Wellengehäuse teilweise so durchsetzt, dass die Hülse über deren Außenmantel gegen das Wellengehäuse drehfest abgestützt ist und somit eine Drehmomentstützte für den Gleitring bildet. Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das Vorspannelement ebenfalls von einer derartigen Hülse oder

durchsetzt ist.

Günstige konstruktive Bedingungen ergeben sich, wenn der Gleitring mit einem eine Verdrehsicherung bildenden koaxialen Trägerring, beispielsweise über eine Schraubverbindung, verbunden ist. Auf der dem Gleitring gegenüberliegenden Seite des Trägerrings ist grundsätzlich das Vorspannelement angeordnet. Das Vorspannelement muss nicht zwingend mit dem Trägerringt verbunden sein, es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Vorspannelement und der Trägerring

beispielsweise über eine Klebeverbindung aneinander befestigt sind.

Vorzugsweise kann der Trägerring unter Ausbildung der Verdrehsicherung drehfest mit dem Wellengehäuse gekoppelt sein. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Trägerring an seinem inneren und / oder äußeren Umfang entsprechende Positionierkörper wie z.B. Nocken oder Zapfen aufweist, die in dazu korrespondierende Positionieraufnahmen im Wellengehäuse eingreifen. Grundsätzlich können die Positionierkörper aber auch am Wellengehäuse und die

Positionieraufnahmen am Trägerring vorgesehen sein.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung kann insbesondere zum Abdichten von Rotoren gegenüber Gehäuseteilen, wie sie beispielsweise bei Wasserturbinen vorkommen, eingesetzt werden. Vor diesem Hintergrund kann zu Kühlzwecken

vorgesehen sein, dass der dem Beaufschlagungswasser für die Turbine

Kühl- und Schmiermittelleitung, entgegenzuwirken.

Um dabei eine Luftansaugung auf Grund von schaufelseitigem Unterdruck durch die Wasserdurchtrittskanäle zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die aus wenigstens dem den Wasserdurchtrittskanal aufweisenden Gleitring und dem diesem zugeordneten Vorspannelement bestehende Anordnung bezüglich des Anschlagkörpers in Richtung der Rotationsachse gespiegelt angeordnet ist. Demzufolge ist auf beiden Seiten des insbesondere als Flansch ausgebildeten

Anschlagkörpers eine erfindungsgemäße Axialdichtungsanordnung vorgesehen.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es

zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung in Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Axialdichtungsanordnung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende perspektivische Explosionsdarstellung in einem kleineren Maßstab und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung in Seitenansicht in einem größeren Maßstab, in

welcher der Gleitring mit einem Wasserdurchtrittskanal abgebildet ist.

Eine erfindungsgemäße Axialdichtungsanordnung dichtet einen Außenbereich 1 gegenüber einem Innenbereich 2 ab, der durch eine um eine Rotationsachse R drehbare Rotationswelle 3 und ein Wellengehäuse 4 begrenzt ist. Die Axialdichtungsanordnung umfasst einen zur Rotationsachse R koaxialen Gleitring 5, der an einem Trägerring 6 befestigt ist. Der Trägerring 6 ist über radial nach innen abragende Positionierkörper 7 drehfest mit dem Wellengehäuse 4 gekoppelt und

bildet somit eine Drehsicherung für den Gleitring 5.

ausgebildet und mit der Rotationswelle 3 verschraubt.

Eine am Wellengehäuse vorgesehene Kühl- und Schmiermittelleitung 12 durchsetzt das Vorspannelement 9, den Trägerring 6 und den Gleitring 5 und mündet in eine

Einströmnut 13 der an der Anschlagfläche 10 anliegenden Gleitringfläche. Die Kühlund Schmiermittelleitung 12 im Bereich der Nut 8 des Wellengehäuses 4 eine Hülse

14 auf, die als zusätzliche Drehmomentstütze für den Gleitring 5 wirkt.

Wie dies in Fig. 3 ersichtlich ist, kann der Außenbereich 1 mit dem zwischen Gleitring 5 und der Anschlagfläche 10 des Anschlagkörpers 11 gebildeten Gleitbereich über einen Wasserdurchtrittskanal 15 im Gleitring 5

strömungsverbunden sein.

Claims

(345475.0) KA Patentansprüche

1. Axialdichtungsanordnung zum Abdichten eines Außenbereiches (1) gegenüber einem Innenbereich (2), der durch eine um eine Rotationsachse (R) drehbare Rotationswelle (3) und ein Wellengehäuse (4) begrenzt ist, wobei die Axialdichtungsanordnung einen zur Rotationsachse (R) koaxialen Gleitring (5) sowie ein am Gleitring (5) abgestütztes Vorspannelement (9) zum axialen Längenausgleich umfasst, sodass der Gleitring (5) an seiner dem Vorspannelement (9) gegenüberliegenden Seite abdichtend und unter Vorspannung an der zugewandten Anschlagfläche (10) eines radial von der Rotationswelle (3) abstehenden Anschlagkörpers (11) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das aus einem visko- und / oder gummielastischem Werkstoff gefertigte Vorspannelement (9) in einer zur Rotationsachse (R) parallelen Richtung schwimmend gelagert ist

und eine zusätzliche Dichtung bildet.

2. Axialdichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (9) als zur Rotationsachse (R) koaxialer Vorspannring ausgebildet ist, der in eine am Wellengehäuse (4) vorgesehene Nut (8) eingesetzt ist, die mit ihrer Nutöffnung der Anschlagfläche (10) zugewandt um die

Rotationsachse (R) umlaufend ausgebildet ist.

3. Axialdichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Wellengehäuse (4) mit dem zwischen Gleitring (5) und der Anschlagfläche (10) des Anschlagkörpers (11) gebildeten Gleitbereich strömungsverbindende Kühl- und Schmiermittelleitung (12) den Gleitring (5) und

das Vorspannelement (9) durchsetzt.

5. Axialdichtungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühl- und Schmiermittelleitung (12) in eine Einströmnut (13) der an der

Anschlagfläche (10) anliegenden Gleitringfläche einmündet.

6. Axialdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (5) mit einem eine Verdrehsicherung bildenden

koaxialen Trägerring (6) verbunden ist.

7. Axialdichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (6) unter Ausbildung der Verdrehsicherung drehfest mit dem

Wellengehäuse (4) gekoppelt ist.

8. Axialdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenbereich (1) mit dem zwischen Gleitring (5) und der Anschlagfläche (10) des Anschlagkörpers (11) gebildeten Gleitbereich über einen

Wasserdurchtrittskanal (14) im Gleitring (5) strömungsverbunden ist.

9. Axialdichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aus wenigstens dem den Wasserdurchtrittskanal (14) aufweisenden Gleitring (5) und dem diesem zugeordneten Vorspannelement (9) bestehende Anordnung bezüglich des Anschlagkörpers (11) in Richtung der Rotationsachse (R) gespiegelt

angeordnet ist.

10. Axialdichtungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (5) durch Gleitringsegmente gebildet ist.