Wellenabdichtung Diese Erfindung betrifft eine Abdichtung für eine Welle, welche in einem gasdichten Gehäuse rotiert, wobei die Abdichtung das Entweichen von Gas in Längsrichtung der Welle an jenen Stellen ver hindern soll, wo die Welle aus dem Gehäuse heraus ragt.
Solche Abdichtungen werden in eingekapselten dynamoelektrischen Maschinen, wie beispielsweise in Wechselstromgeneratoren, verwendet, welche ein Sta- torgehäuse aufweisen, das einen Rotor umgibt, dessen Antriebswelle mit einer ausserhalb des Gehäuses be findlichen Antriebsmaschine verbunden ist. Es ist all gemein üblich, solche Maschinen durch Umwälzung eines Gases, wie Wasserstoff, innerhalb des Gehäuses zu kühlen. Bei solchen Anwendungen hat die Ab dichtung die Aufgabe, das Entweichen von Wasser stoff längs der Rotorwelle an den Stellen zu verhin dern, wo die Welle durch die Gehäuseendwände hin durchgeführt wird.
Andere Verwendungsmöglich keiten solcher Abdichtungen finden sich bei Ven tilatoren oder Gebläsen, welche zum Umwälzen von Gasen in geschlossenen Anordnungen verwendet wer den, bei denen es nötig ist, das Entweichen von Gas aus der Anordnung an Stellen zu verhindern, wo dre hende Wellen aus der Anordnung herausragen.
Eine Wellenabdichtung, welche für die oben an geführten Zwecke brauchbar ist und den Gegenstand dieser Erfindung bildet, wird durch den Druckbund- Dichtungstyp mit Flüssigkeitsfilm dargestellt, das heisst durch einen Dichtungstyp, welcher einen die Welle umgebenden Dichtungsring aufweist und in einem Gehäuse untergebracht ist, in welchem sich dieser Ring axial frei bewegen kann, aber daran gehindert wird, sich zu drehen. Der Dichtungsring besitzt eine vorteilhaft aus Lagermaterial bestehende Dichtungs fläche, welche in Berührung mit einem Wellenbund gehalten wird.
Das gewöhnlich aus Metall beste hende Lagermaterial weist eine zweckmässig ringför mige Nut auf, in welche Dichtungsflüssigkeit unter einem Druck geleitet wird, welcher grösser als der Druck des Gases ist, dessen Entweichen verhindert werden soll.
Eine diesem Wellendichtungstyp innewohnende Eigenschaft besteht darin, dass eine gewisse Mini malkraft in Axialrichtung auf den Dichtungsring ausgeübt werden muss, um die Reibungskräfte zu überwinden, welche dazu neigen, die freie Axial Bewegung des Dichtungsringes im Gehäuse zu hem men. Falls ungenügend Kraft angewandt wird, kann die Dichtungsfläche des Dichtungsringes den Kon takt mit dem Wellenbund verlieren, woraus sich ein Versagen der Abdichtung ergibt.
Es ist üblich, die erforderliche Kraft durch eine Kombination von Feder- und öldruck auszuüben, welcher sich noch durch den Druck des Gases dessen Entweichen verhindert werden soll, erhöht, wobei der Anteil an der Gesamt kraft, der jeweils von den drei Komponenten geleistet wird, durch die Wahl passender Federn und durch die Flächen bestimmt wird, über welche der Gasdruck und der öldruck wirksam sind.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaf fung einer verbesserten Wellenabdichtung vom Druck bundtyp, wie oben beschrieben, bei welcher die an der Dichtungsfläche vorhandene Belastung reguliert werden kann, und welche daher dazu benutzt werden kann, um Gase über einen viel grösseren Bereich von Drücken abzudichten, als dies mit der üblichen An ordnung dieses Dichtungstyps möglich ist.
Die erfindungsgemässe Wellenabdichtung besitzt einen Dichtungsring mit einem flanschartigen Vor sprung, der sich in eine Ausnehmung des Dichtungs gehäuses hineinerstreckt und dadurch zwei getrennte Kammern bildet, je eine auf jeder Seite des Vor sprunges, damit jeder dieser Kammern ein Druck mittel zuführbar ist, derart, dass die Grösse der Kraft, welche den Dichtungsring in Berührung mit dem Wel lenbund bringt, durch Verändern der Druckdiffe renz zwischen den jeweils in den genannten beiden Kammern vorhandenen Druckmitteldrücken regu liert werden kann.
Zweckmässig wird das für Dichtungszwecke die nende Öl der Kammer zugeführt, die am nächsten bei der Abschlussstelle liegt, aus welcher ein Entwei chen verhindert werden soll, während der in der an dern Kammer herrschende Öldruck geändert wird, um dadurch den gegen den Wellenbund gerichteten End- druck und somit die in der Dichtungsfläche des Dichtungsringes vorhandene Belastung zu regulieren.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausfüh rungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 die übliche Ausführungsform einer Wellen abdichtung und Fig. 2 einen Vertikalschnitt einer erfindungs gemässen Wellenabdichtung vom Druckbundtyp.
Bei der in Fig. 1 gezeigten, bekannten Anord nung ist jeweils an der gegen das Gehäuse gerich teten Seite der Wellenlager<I>b</I> ein Bund<I>a</I> vorgesehen, welcher einen Teil der massiven Welle bildet. Ein Dichtungsring c mit einer aus Lagermetall bestehenden Dichtungsfläche d wird mit jener Fläche des Wellen bundes a, welche der Abschlussseite zugewandt ist, durch federbelastete Plunger e unter Mitwirkung von Öldruck in Berührung gehalten, wobei der Druck des eingeschlossenen Gases auf die innere Stirnfläche des Dichtungsringes wirkt.
Unter Druck stehendes Öl wird einer Ölkammer f zugeführt, von wo aus das Öl durch mehrere Kanäle g zu einer ringförmigen Nut h geleitet wird, die sich in der Dichtungsfläche <I>d</I> des Dichtungsringes c befindet. Die Ringnut<I>h</I> teilt die Dichtungsfläche d in zwei Teile dl und d2. Der sich von der Ringnut h radial nach auswärts erstrek- kende Teil dl ist durch mehrere radiale Nuten k in eine Anzahl von Abschnitten oder Auflageblöcken geteilt, um eine passende Schmierung der Teile vorzu sehen. Der von der Ringnut h radial einwärtsgerich- tete Teil<I>d.,</I> bietet dem Bund<I>a</I> eine kontinuierliche Fläche dar.
Der grösste Teil des der Dichtung zugeführten Öls fliesst durch die in der äussern Fläche dl vorhan denen radialen Nuten k radial nach aussen zu der von der Gehäusewand am weitesten entfernten Seite der Abdichtung.
Eine kleine Ölmenge fliesst radial einwärts und gelangt an der kontinuierlichen Fläche dz vorbei zur innern Seite der Abdichtung.
Der Dichtungsring c ist in einem Dichtungs gehäuse l angeordnet, welches entweder mit einem Lagergestell oder mit der nicht gezeigten Gehäuse- endwand starr verbunden ist. Der Dichtungsring c ist axial frei beweglich im Dichtungsgehäuse l an geordnet, wird aber durch einen Stift m, welcher den Dichtungsring festhält, indem er in einen Schlitz h am Aussenumfang des Dichtungsringes eingreift, daran gehindert, sich mit der Welle zu drehen.
Kunstgummidichtungen o und p, beispielsweise O- oder U-förmige Ringe oder Ringe von anderer zweckmässiger Form, sind vorgesehen, um zwischen dem Dichtungsring c und dem Dichtungsgehäuse l eine Öldichtung zu bilden. Wenn das gasdichte Ge häuse, in welchem der Dichtungsring c eingebaut ist, mit einem Gasdruck arbeitet, welcher dem Atmo sphärendruck entspricht oder nur etwas darüber liegt, dann wird eine sehr geringe Kraft durch das Gas ausgeübt, und es hat sich gewöhnlich als notwendig erwiesen, die Dichtung so auszubilden, dass eine ge wisse zusätzliche Kraft durch Öldruck ausgeübt wird, um die der axialen Bewegung entgegenwirkenden Rei bungskräfte zu überwinden und somit eine zufiie- denstellende Arbeitsweise zu erzielen.
Bei zunehmen dem Druck des Gases muss auch der Öldruck in der zwischen dem Dichtungsring c und dem Gehäuse aus gebildeten Kammer f entsprechend erhöht werden, und die Gesamtwirkung dieser Kräfte hat eine Er höhung der Belastung an der Dichtungsfläche d des Dichtungsringes c zur Folge, wodurch dem Gasdruck, der abgedichtet werden kann, eine Grenze gesetzt wird.
Bezugnehmend auf die in Fig. 2 dargestellte An ordnung ist ein mit einer massiven Welle ein Ganzes bildender Wellenbund a1 jeweils an der gegen das Gehäuse gerichteten Seite des Lagers b1 vorgesehen. Ein Dichtungsring cl mit einer Dichtungsfläche d. wird durch federbelastete Plunger ei und durch auf die innere Stirnfläche dieses Ringes wirkenden Öl- und Gasdruck in Berührung mit der der Abschlussseite am nächsten liegenden Fläche des Wellenbundes a1 ge halten.
Der Dichtungsring cl ist frei beweglich in axialer Richtung in einem Dichtungsgehäuse f l untergebracht, wird aber durch .einen an dem Dichtungsgehäuse f 1 angebrachten Stift g1 daran gehindert, sich mit der Welle zu drehen, indem dieser Stift in einen Schlitz hl im Dichtungsring cl eingreift.
Dichtungsmittel in Form von biegsamen Dichtungsringen k1, h und ml, die als O- oder U-förmige Ringe oder als Ringe von anderem passendem Profil ausgebildet sind, dienen zur Schaffung von öldichten Abdichtungen zwischen dem Dichtungsring cl und dem Dichtungsgehäuse<B>f l.</B> Diese Dichtungsmittel sind so angeordnet, dass zwei getrennte Ölkammern n1 und o1 gebildet werden, die sich jeweils zu beiden Seiten eines flanschartigen Vor sprunges p1 des Dichtungsringes cl befinden.
Unter Druck stehendes Öl wird der innern Öl- kammer n1 und der äussern Ölkammer o1 zugeführt. Das aus der innern Ölkammer n1 fliessende Öl gelangt über mehrere Kanäle q1 zu einer Ringnut r1, die in der Dichtungsfläche d3 des Dichtungsringes cl vor gesehen ist, um die sich relativ zueinander bewegen den Flächen zu schmieren und um die erforderliche Abdichtung herzustellen.
Das in der äussern Öl- kammer o1 vorhandene Öl wird für Dichtungs- oder Schmierungszwecke nicht benötigt, sondern wirkt nur dem Druck entgegen, welcher durch das in der Innenkammer n1 vorhandene Öl auf den Vor sprung cl des Dichtungsringes p1 ausgeübt wird.
Durch passende Wahl der Durchmesser am Dichtungsring cl für die Dichtungsringe k1, h und ml sowie durch passendes Einstellen der Druckdifferenzen zwischen den Öldrücken in den innern und äussern Ölkammern n1 und o1 kann die auf die Dichtungsfläche d3 des Dichtungsringes cl ausgeübte Belastung über einen weiten Bereich geändert werden.
Durch passendes Regulieren des Öldruckes in der äussern Ölkammer o1 mittels eines Druckregulier- organs können die durch den Gasdruck und den Öldruck in der innern Ölkammer n1 ausgeübten Kräfte vollständig oder teilweise ausgeglichen werden. Die auf die Dichtungsfläche des Dichtungsringes ange wandte Belastung kann daher über einen weiten Gasdruckbereich eingestellt werden.
Wenn ein gasdichter Abschluss, welcher eine Ab dichtung gemäss Fig. 2 besitzt, mit Gas von Atmo sphärendruck oder etwas darüber liegendem Druck in Betrieb ist, so kann die Gesamtwirkung der durch die federnden Plunger in Richtung des Wellenbundes, durch den Gasdruck auf die innere Stirnfläche des Ringes und durch den Dichtungsöldruck in der innern Ölkammer n1 ausgeübten Drücke dazu benutzt wer den, um die Reibungsdrücke zu überwinden, welche der Axialbewegung des Dichtungsringes im Gehäuse entgegenwirken. Die auf die Dichtungsfläche aus geübte Belastung ist gering, und ein entgegenwir kender Druck braucht nicht angewandt zu werden.
In diesem Fall wird daher kein Öl der äussern Öl- kammer o1 zugeführt. Bei zunehmendem Gasdruck im Gehäuse muss auch der Druck des abdichtenden Öls in der innern Ölkammer n1 proportional erhöht werden. Die Zunahme in den Drücken dieser beiden Grössen erhöht den Druck, welcher an der innern Fläche des Dichtungsringes gegen den Wellenbund ausgeübt wird und vergrössert somit die an der Dich tungsfläche des Dichtungsringes vorhandene Belastung.
Indem der äussern Ölkammer o1 <B>Öl</B> unter passendem Druck zugeführt wird, können die durch die Gas- druckzunahme verursachten zusätzlichen Kräfte in Richtung auf den Wellenbund ausgeglichen werden, und die auf die Dichtungsfläche ausgeübte Be lastung kann über einen weiten Bereich von Gasdrük- ken konstant gehalten werden.
Der in der Kammer o1 herrschende Öldruck kann von Hand oder automatisch reguliert werden.