Fliehlraftentlastete Wellendichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine fliehkraftent- lastete Dichtung für eine Welle, die sich innerhalb eines konzentrischen Zylinders dreht, mit einem spreizbaren Dichtungsring, der gleitend gegen die In nenfläche des Zylinders anliegt und der von auf die Fliehkraft ansprechenden, mit der Welle rotierenden Mitteln getragen ist, welche der Einwirkung der Flieh kraft auf den Umfangsdichtungsdruck, der durch den Dichtungsring auf den Zylinder ausgeübt wird, entge genwirken.
Wo im Maschinenbau zwei oder mehrere Wellen konzentrisch ineinanderlaufen oder eine Welle in einem zylindrischen Führungsteil rotiert, ist es oft erforderlich, an bestimmten Stellen der Welle das axiale Entlangfliessen von Schmierflüssigkeit und der gleichen zu verhindern. Gebräuchlich ist hierfür die Verwendung eines dicht an der Welle anliegenden, ringförmigen Elementes.
Es kann hierbei ein durch gehender Dichtungsring aus ölbeständigem Material vorgesehen sein, welcher an der Innenfläche des Füh rungsteils gleitend anliegt.
Wird eine solche Dichtung über einen grossen Drehzahlbereich der Welle verwendet, so können die bei hohen Drehzahlen auftretenden Fliehkräfte zu ra scher Abnützung oder sogar zur Zerstörung des Dich tungsringes führen. Dies rührt hauptsächlich von der Reibungswärme her, welche bei den hohen Radial drücken und Umfangsgeschwindigkeiten entsteht. Wird das Dichtungselement mit kleinerem Durchmes ser ausgeführt, so dass es bei hohen Drehzahlen rich tig abdichtet, so kann bei niedrigen Drehzahlen der Dichtungsdruck zu gering sein, um ein Durchlecken zu verhindern.
Es besteht deshalb ein Bedürfnis nach einer Drehzahlunabhängigen Dichtung, d. h. einer solchen, die nicht bei hohen Drehzahlen infolge von Wärmeeinflüssen auf den Dichtungsring oder benach barte Teile schädlichen Einflüssen ausgesetzt ist. Eine solche Dichtung sollte Mittel zur Kompensation der Fliehkräfte enthalten, so dass über den ganzen Dreh zahlbereich nur der erwünschte Dichtungsdruck aus geübt wird. Auch bei stillstehender Welle sollte eine solche Dichtung das Durchlecken von Öl verhindern.
Die Erfindungsgemässe Wellendichtung ist da durch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring von den unbeschwerten Enden von axial sich erstrecken den, über den Umfang verteilt angeordneten Ge wichtshebeln getragen ist,. die zwischen ihren Enden in axialen Öffnungen eines Flansches schwenkbar ge lagert sind, welcher Flansch sich mit der Welle dreht, wobei Halterungsringe auf der Welle vorgesehen sind, welche die Gewichtshebel innerhalb der Flanschöff- nungen schwenkbar halten.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es stellen dar Fig. l einen teilweise geschnittenen Aufriss eines ersten Ausführungsbeispiels ; Fig. 2 einen teilweisen Querschnitt senkrecht zur Wellenachse ; Fig. 3 eine beispielsweise Ausführung eines die Fliehkraftwirkung kompensierenden Hebelbolzens ;
Fig. 4 einen Axialschnitt eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels mit doppeltem Dichtungsring und Fig. 5 eine Ansicht der abgesetzten Querfuge im dehnbaren Dichtungsring in einem grösseren Masstab. Die Beispiele sind an zwei konzentrischen, rotie renden Wellen dargestellt, wären aber ebenso an wendbar an einer Welle in einem zylindrischen Ge häuse.
In Fig. 1 ist die innere Welle mit 10 und die äussere mit 12 bezeichnet. Ein Hilfsmittel zum axialen Ableiten des Schmieröls ist in Form der gedrehten Büchse 14 vorgesehen, die in die äussere Welle ein gepresst ist. Das Öl wird durch eine Anzahl Löcher 13 nach einer Eindrehung 14a an der Büchse 14 geleitet, die zur Gewichtsersparnis und zur Förderung der Kühlung vorgesehen ist. Die Eindrehung 14a steht mit einer Anzahl Ableitöffnungen 15 in der äusseren Welle in Verbindung.
Auf dem Umfang der inneren Welle 10 sitzt ein Zylinder 16 fest, der als Träger für den beweglichen Dichtungsring 40 dient. Der Zylinder weist zylindri sche Sitzflächen 18 und dazwischen eine erhöhte Par tie 22 mit einer Rippe 24 auf. Diese Rippe, von wesentlich grösserem Durchmesser als die übrigen Teile des Zylinders, weist eine Anzahl axialer Bohrun gen 26 auf, die von beiden Seiten her (bei 28 und 29) angesenkt sind. Diese Bohrungen dienen zur Auf nahme von Hebelbolzen 30, die, wie nachstehend be schrieben, unter dem Einfluss der Fliehkraft stehen.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Hebel bolzen 30 ist in Fig. 3 veranschaulicht. Diese be stehen aus einem relativ dicken Teil 32 und einem dünneren, zylindrischen Ansatz 34. Letzterer trägt etwa auf halber Länge einen Wulst 36 von vorzugs weise halbkreisförmigem Querschnitt.
Dieser Wulst dient als Auflage für den in einer Bohrung 26 einge- setzten Hebelbolzen. Der Durchmesser der Bohrungen 26 ist vorzugsweise so bemessen, dass der Wulst 36 nur in einem Punkt des Halbkreises aufliegt, damit die Schwenkbewegung der Bolzen nicht behindert wird. Die Wandung der Bohrungen kann in Anpas sung an den Wulstquerschnitt leicht in axialer Rich tung gewölbt sein zwecks Vermeidung einer nennens werten Axialbewegung der einmal in ihre Lage ge brachten Hebelbolzen.
Am Ende trägt der Ansatz 34 einen weiteren Wulst 38, welcher als Auflage für den nachstehend beschriebenen Dichtungsring dient.
Natürlich kann auch irgend eine andere geeignete Form für die Hebel gewählt werden. Beispielsweise wäre ein am einen Ende beschwerter Stab denkbar, welcher mittels eines Stiftes in der Bohrung 26 schwenkbar gelagert sein könnte.
Die eigentliche Abdichtung wird durch einen quergeschlitzten Dichtungsring 40 bewerkstelligt. Die ser Ring ist aus einem ölbeständigen Material, bei spielsweise Kohle, hergestellt und lässt sich über die Partie 22 des Zylinders 16 schieben. Der Ring liegt auf der den verdickten Enden der Hebelbolzen gegen überliegenden Seite neben der Rippe 24. Die der Rippe benachbarte Radialfläche weist zwecks Auf nahme der Wulste 38 eine Anzahl Vertiefungen 41 auf.
Die die Wulste umgebenden Partien der Vertie fungen sind nur wenig grösser als die Wulste selbst, so dass nur eine geringe Schwenkbewegung der Hebel bolzen erforderlich ist, um die Wulste 38 an den Wänden der Vertiefungen anliegen zu lassen. Die Vertiefungen sind ferner bei 42 ausgenommen, damit der Ansatz 34 der Hebelbolzen nicht anstösst.
Um den Dichtungsring 40 und die in die Bohrun gen 26 eingesetzten Hebelbolzen in ihrer Lage zu halten, sind besondere Anschlagmittel in Form von zwei Metallringen 44 und 46 vorgesehen, die auf den beiden Sitzflächen vorzugsweise aufgepresst sind. In der dargestellten Anordnung sind sowohl Um fangs- als auch radiale Dichtflächen erforderlich. Die aneinander anliegenden Flächen 47 und 48 am Dich tungsring bzw. dem Ring 46 sind fein bearbeitet, wodurch die radiale Dichtfläche gebildet wird. Dies ist notwendig, da sonst Öl bei 49 am Dichtungsring vorbei und zwischen diesem und dem Ring 46 austre ten könnte.
Zur Aufrechterhaltung dieser radialen Abdichtung sind gegenüber dem Dichtungsring eine Anzahl Ausnehmungen 50 in der Rippe 24 vorge sehen, vorzugsweise zwischen je zwei Bohrungen 26, wobei jedoch die genaue Zahl dieser Ausnehmungen nicht von Bedeutung ist. In diesen Ausnehmungen sit zen Druckfedern 52, welche sich am Dichtungsring abstützen und ihn so in ständiger Berührung mit dem Ring 46 halten.
Die Innenfläche 55 der Büchse 14 bildet die Um fangs-Dichtfläche, gegen welche der Dichtungsring 40 mit seiner Aussenfläche 54 anliegt. Die Verwendung einer Büchse 14 ist nicht unbedingt notwendig ; irgend eine fein bearbeitete Zylinderfläche auf der Innenseite der Aussenwelle ist zum Zusammenwirken mit der Umfangsfläche des Dichtungsringes geignet.
Zur Aufrechterhaltung einer einwandfreien Abdich tung unabhängig von der Drehzahl und auch bei ruhenden Wellen weist der Dichtungsring ein geringes übermass gegenüber der Aussenwelle bzw. der Büchse 14 und eine abgesetzte Trennfuge 58 auf.
Wie aus der vergrösserten Detailansicht Fig. 5 hervorgeht, bilden die querverlaufenden Teile 59 und 60 der Fuge einen Spalt, so dass der aus leicht federndem Material gefertigte Dichtungsring unter geringem Zu- sammendrücken in die Büchse 14 eingesetzt werden kann. Die abgesetzte Gestalt der Fuge verhindert den axialen öldurchtritt.
Aus dem Gesagten geht hervor, dass der einge setzte Dichtungsring seinen ursprünglichen Durchmes ser wieder zu erreichen trachtet, weshalb er an der Innenfläche der Büchse 14 federnd anliegt und so auch bei ruhender Innenwelle zuverlässig abdichtet. Wäre die Dichtung nicht für hohe Drehzahlen be stimmt und würde im Betrieb keine temperaturbe dingte Ausdehnung und Kontraktion auftreten, so wären keine weiteren Vorkehren erforderlich.
Bei ho hen Drehzahlen nimmt jedoch der Auflagedruck des Dichtungsringes gegen die Büchse beträchtliche Werte an, hauptsächlich infolge der Fliehkraft, jedoch auch wegen der durch Reibungswärme erzeugten Ausdeh nung. Ohne eine Kompensation dieses Druckanstieges würde sich deshalb eine starke Abnützung oder gar die Zerstörung des Dichtungsringes einstellen. Diese Fliehkräfte werden nun aber unter Verwendung der beschriebenen Hebelbolzen zur Kompensation des drehzahlbedingten Druckanstiegs herangezogen. Mit zunehmender Drehzahl bzw.
Fliehkraft werden näm lich die verdickten Enden 32 radial nach aussen ge drückt, da die Hebelbolzen um ihren Wulst 36 schwenkbar gelagert sind. Dies hat eine Bewegung der andern Bolzenenden nach der Wellenachse hin zur Folge. Da hierbei die Wülste 38 an den Innen- flächen der Vertiefungen 41 anliegen, wirkt diese Bewegung der auf den Dichtungsring einwirkenden Fliehkraft entgegen, die dessen Durchmesser und die Spalte 59 und 60 zu vergrössern trachtet. Mit zuneh mender Drehzahl wirken also die Hebelbolzen im Sinne einer Schliessung der Spalte und der Beibehal tung des Durchmessers des Dichtungsringes.
Da die Schwenkbewegung der Hebelbolzen eine Funktion der Fliehkraft ist, richtet sich die Kompensationswir kung automatisch nach der jeweiligen Drehzahl, so dass immer die gewünschte Dichtwirkung aufrechter halten bleibt. Die übermässige Abnützung oder Zer störung des Dichtungsringes wird dadurch wirksam vermieden. Falls der Ring aus Kohle oder ähnlichem Material hergestellt ist, kann es wünschbar sein, ge wisse Verstärkungen vorzusehen, beispielsweise in Form eines in den Ring eingebetteten, dünnen Metall bandes.
Fig. 4 zeigt eine Wellendichtung mit doppeltem Dichtungselement, wobei die Wirkungsweise dieselbe bleibt. Die Dichtung besteht aus einem Zylinder 16', einer Anzahl Hebelbolzen 30', zwei Eindringen 44' und 46' und zwei Dichtungsringen 62 und 64. Die letzteren sind zu beiden Seiten einer vom Zylinder ab stehenden Zwischenwand 65 angeordnet, mit der sie radiale Dichtflächen 66 und 67 bilden. Die beiden Rippen 24' sind mit einer Anzahl Vertiefungen ver sehen, in denen Druckfedern gelagert sind, welche die Dichtungsringe axial gegen die Zwischenwand drücken.