Schwimmringdichtung Die Erfindung betrifft eine Schwimmringdichtung zur Abdichtung des Durchtritts einer Welle durch eine Gehäusewand, mit einem Schwimmring, der sich unter dem Einfluss eines Sperrmediums in axialer Richtung dichtend an das Gehäuse anlegt, die Welle mit kleinem Spiel umschliesst und zur Anpassung an Wellenbewegun gen in radialer Richtung beweglich ist.
Die Wirkungsweise von Schwimmringdichtungen be ruht auf der Drosselwirkung eines zwischen Welle und Lagerbüchse gebildeten engen Spaltes. Die Schwimm ringe sind frei beweglich und zentrieren sich selbst, wo durch die Gefahr einer Berührung mit der Welle ver mindert wird. Sie bilden ein sehr sicheres Bauelement, da sie praktisch keinem Verschleiss unterworfen sind, und sind gegen Änderungen des Betriebszustandes un empfindlich.
Eine Schwimmringdichtung bekannter Ausführung ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Die Welle 1 ist von den Schwimmringen 2 umschlossen, die in einer Aus- nehmung der Gehäusewand 3 untergebracht und an der Innenseite mit Lagermetall 4 ausgefüttert sind. Sie dienen dazu, den unter hohem Druck stehenden Raum 5 gegen die Atmosphäre 6 abzudichten. Zu diesem Zwecke wird durch die Leitung 7 ein Sperrmedium, beispielsweise Drucköl, zugeführt, unter dessen Einfluss sich der Schwimmring mit der Dichtfläche 8 an die Innenfläche 9 des Gehäuses 10 anlegt.
Dabei genügt es, das Sperr medium mit verhältnismässig kleinem Überdruck gegen über dem Druck im Raume 5 zuzuführen, um ein Aus strömen aus dem Raum 5 in die Atmosphäre mit Sicher heit zu verhindern.
Die dabei auf dem rechten Ring in Fig. 1 einwirken den Kräfte, die ihn auf die Dichtfläche pressen, sind grösser als beim linken Ring, da auf der Aussenseite nur der niedrige Atmosphärendruck entgegenwirkt. Eine Entlastung kann in bekannter Weise dadurch erreicht werden, dass die Dichtfläche klein gehalten und so der Schwimmring vom Sperrmedium nahezu gänzlich um spült wird.
Es hat sich aber gezeigt, dass auch diese Konstruk tion nur bis zu Drücken von ca. 30 at anwendbar ist. Bei höheren Drücken wird nämlich die auf den Schwimm- ring einwirkende Axialkraft, welche von der Dichtfläche aufgenommen werden muss, so gross, dass der Ring den Bewegungen der Welle in radialer Richtung nicht mehr leicht folgen kann, was nur dann möglich ist, wenn die in der Dichtfläche auftretende Reibungskraft klein ist. Bei höheren Drücken im Sperrmedium, die z. B. 200 at betragen können, wird selbst bei knappster Dimensionie- rung der Dichtfläche die Axialkraft ausserordentlich hoch.
Dadurch werden auch die radialen Verschiebungs kräfte so gross, dass die Welle nicht mehr in den Lagern, sondern in den Schwimmringen geführt wird.
Es ist bekannt, das Druckgefälle zwischen Sperrme dium und Atmosphäre auf mehrere Ringe aufzuteilen (z. B. Zeitschrift (Konstruktion , 1964, Heft 8, S. 341), wodurch aber keine allseits befriedigende Lösung gefun den wurde. Die Abdichtung ist dadurch zwar besser zu beherrschen und der einzelne Ring ist leichter verschieb bar, die totale Verschiebungskraft für alle Ringe bleibt aber unverändert.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, den Ring einer Schwimmringdichtung auch bei den höchsten abzudichtenden Drücken radial beweglich zu erhalten. Die Lösung besteht erfindungsgemäss darin, dass der Schwimmring zur Druckentlastung seiner Dicht fläche sich über mindestens eine zusätzliche kraftüber tragende Fläche am Gehäuse abstützt. Durch die Tren nung der die Axialkräfte übertragenden Fläche von der Dichtfläche kann diese nach den Gesichtspunkten der Abdichtungsaufgabe praktisch frei dimensioniert werden.
Es ist dadurch möglich, die Dichtfläche in ihrer radialen Erstreckung kleinstmöglich zu bemessen, wodurch die Entlastungsfläche des Ringes vergrössert und so die Axialkräfte auf den Ring und damit die Ringverschiebe- kraft minimal wird.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung in Axialschnitt dargestellt. Es zeigen die Fig. 2, 3 und 4 mechanische Einrichtungen und Fig. 5 eine hydraulische Einrichtung zur Druckentlastung des Schwimmringes. In sämtlichen Figuren der Zeichnung sind gleiche Bauteile mit gleichen Hinweiszeichen ver sehen. Nach Fig. 2 ist der Schwimmring 2 an der Stirnfläche nahe dem Aussenumfang mit einem ringförmigen Wulst 11 versehen, mit dem er sich gegen einen in axialer Rich tung federnden Ring 12 abstützt, der im Gehäuse 10 untergebracht ist. Der Begriff Gehäuse ist dabei im wei ten Sinne zu verstehen, es kann damit z. B. auch ein mit dem Gehäuse fest verbundener Haltering gemeint sein.
Im Ring 12 sind mehrere Bohrungen 13 angeordnet, damit der zwischen dem Wulst und der Dichtfläche 8 gebildete Ringraum 14 verlässlich unter dem vollen Druck des durch die Leitung 7 zugeführten flüssigen oder gasförmigen Sperrmediums steht, wodurch der Schwimmring teilweise durckentlastet wird. Federnder Ring und Schwimmring sind so ausgebildet und aufein ander abgestimmt, dass sich unter dem Einfluss der auf den Schwimmring einwirkenden (in der Zeichnung nach rechts gerichteten) Axialkraft zuerst der Wulst an den federnden Ring anlegt, der elastisch verformt wird und so zumindest einen Teil der Axialkraft aufnimmt.
Dann erst kommt die Dichtfläche 8 am Gehäuse L0 zum Anliegen und dichtet das Sperrmedium gegen die At mosphäre ab. Der auf die Dichtfläche wirkende Druck ist nun weitaus geringer als die gesamte auf den Schwimmring einwirkende Axialkraft und kann je nach Ausbildung des federnden Ringes bis null verkleinert werden.
Der Schwimmring bleibt selbst bei höchstem Druck im Sperrmedium radial leicht beweglich, weil die Reibungskräfte in der Dichtfläche 8 nunmehr klein sind, ferner die Dichtfläche so klein gehalten werden kann, wie es zum Abdichten gerade notwendig ist und dadurch die Druckentlastung durch das den Schwimmring umge bende Sperrmedium gross wird, und endlich durch die gleitschuhähnliche Ausbildung des radial weit aussenlie genden Wulstes, wodurch in der zusätzlichen kraftüber tragenden Fläche ein hydrodynamischer Auftrieb erzielt wird, der einen kleinen Reibungskoeffizienten ergibt.
Der federnde Ring kann auch mit dem Schwimm ring verbunden sein. Nach Fig. 3 sind der Schwimmring 2 und der federnde Ring 15, der in diesem Falle mit dem Wulst 11 versehen ist, aus einem Stück hergestellt. Die erzielbare Wirkung ist die gleiche wie im vorigen Bei spiel. Zu erwähnen wäre noch, dass in beiden Ausfüh rungen der Wulst auch auf der Gegenfläche angeordnet sein kann, in Fig. 2 also auf dem federnden Ring 12, in Fig. 3 an der Innenwand 9 des Gehäuses 10. Die Wir kungsweise wird dadurch praktisch nicht geändert. Auch ist es nicht notwendig, dass der Wulst eine vollständig geschlossene Ringfläche bildet, sondern er könnte auch stellenweise unterbrochen sein.
Ferner wäre die Anord nung von zwei oder mehreren, konzentrisch angeordneten Wülsten möglich.
Nach Figur 4 werden die auf den federnden Ring 16 übertragenen Axialkräfte von Druckfedern 17 aufgenom men, die im Gehäuse 10 untergebracht sind. Natürlich wäre auch hier ein Wulst anwendbar, doch ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine andere Möglichkeit der Kraft übertragung gezeigt. Zwischen Schwimmring 2 und Ring 16 ist ein Wälzlager 18 angeordnet, wodurch statt der Gleitbewegung eine Rollbewegung ausgeführt wird. Das Wälzlager ist federnd aufgehängt, um es in der rich tigen Lage zu halten.
Die Wirkungsweise ist die gleiche, wie sie bei der Ausführung nach Fig. 2 beschrieben wurde. Zuerst neh men die Druckfedern 17 über den Ring 16 zumindest einen Teil der auf den Schwimmring einwirkenden Axial kräfte auf, bevor die Dichtfläche 8 an der Innenfläche des Gehäuses zum Anliegen kommt. Ring 16 und Druck- federn 17 können auch im Schwimmring 2 untergebracht sein.
Bei den Ausführungen nach den Figuren 2 bis 4 ist es nicht unbedingt nötig, dass die Dichtfläche 8 am Ge häuse anliegt und dabei noch einen Teil der Axialkräfte übernimmt. Es kann auch eine Viskositätsdichtung an gewendet werden, d.h. die zusätzliche Abstützfläche überträgt die gesamten Axialkräfte und die Dichtfläche kommt auf der Innenwand des Gehäuses nicht zum An liegen, sondern es bleibt noch ein Spalt bestehen, der allerdings genügend eng sein muss, um den Durchfluss des Sperrmediums derart zu drosseln, dass eine ausrei chende Dichtung vorhanden ist.
Eine andere Ausführung der Erfindung zeigt Fig. 5. Die zusätzliche kraftübertragende Fläche 19 ist als Dicht fläche ausgebildet. Der zwischen den beiden Dichtflä chen 8 und 19 entstandene Ringraum 14 steht mit der Druckleitung 20 in Verbindung. Durch diese Leitung wird ein Medium zugeführt, dass zweckmässigerweise das gleiche ist wie das Sperrmedium, jedoch unter höherem Druck als dieses steht. In diesem Falle können die bei den Leitungen 7 und 20 aus dem gleichen System ge speist werden, nur muss dann der Druck in der Lei tung 7 vorher reduziert werden, um tiefer zu sein als der Druck in der Leitung 20.
Bei dieser Einrichtung wirkt den Axialkräften das im Ringraum 14 gebildete Druckpolster entgegen. Je nach Bemessung des Druckes im Ringraum 14 kann die auf die beiden Dichtflächen ausgeübte Anpresskraft bis null verkleinert werden. Es ist zweckmässig, in die Druck leitung 20 ein Drosselorgan 21 einzubauen, um die in den Ringraum 14 strömende Sperrmediummenge so klein wie möglich zu halten. Auf diese Weise stellen sich bei den beiden Dichtflächen 8 und 19 minimale Spalte ein. Bei Vergrösserung dieser Spalte würde die austretende Sperrmediummen'ge sehr rasch zunehmen und das Druck system könnte wirkungslos werden.
Durch die erfindungsgemässe Druckentlastung der Dichtfläche des Schwimmringes bleibt dieser auch bei den höchsten vorkommenden Drücken im Sperrmedium radial leicht beweglich und die Möglichkeit einer Be schädigung der Dichtfläche oder ihrer Gegenfläche, mit der bei einer Verschiebung unter hohem Anpressdruck immer gerechnet werden muss, ist praktisch beseitigt.