CH660217A5 - Dichtung fuer wellen gleichbleibender drehrichtung. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für Wellen gleichbleibender Drehrichtung, insbesondere Turbinenwellen, mit mindestens zwei aneinander anliegenden Ringen aus makromolekularem Material, von welchen wenigstens 5 einer mittels eines ihm aussen anliegenden Zuggliedes an die Welt andrückbar ist und mindestens einer der Ringe gegenüber einem ihn aufnehmenden Lagergehäuse fixierbar ist.

Solche Dichtungen sind bekannt. Der eine der beiden 10 Ringe, nämlich der, der unmittelbar an der sich drehenden Welle anliegt, besteht dabei aus mehreren einzelnen Bogen-segmenten, die durch einen zweiten Ring oder eine elastische Bandage zusammengehalten sind. Der Vorteil einer solchen bekannten Dichtung liegt darin, dass sie auch bei ls beschränktem Montageraum eingebaut werden kann, da die einzelnen Segmente durch relativ kleine Montageöffnungen eingeschoben und aneinandergereiht und schlussendlich mit einer Bandage umwunden werden können. Diesen Dichtungsformen haften aber auch Nachteile an. Diese Dich-20 tungen zeigen einen sehr hohen Sperrwasserverlust; darüberhinaus sind sie ausserordentlichen teuer, da ihre Herstellung aufwendig ist, denn die einzelnen Ringsegmente müssen in aufwendiger Weise bearbeitet werden, da die Stossflächen, die endseitig an den aufeinanderfolgenden Segmenten vorge-25 sehen sind, sehr exakt und genau bearbeitet werden müssen.

Hier setzt nun die Erfindung ein, die darauf abzielt, eine Dichtung der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, dass sie nicht nur mit geringerem Aufwand und daher billiger gefertigt werden kann, sondern dass sie dar-30 überhinaus die ihr zugedachte Dichtfunktion auch besser erfüllt. Gemäss der Erfindung gelingt dies dadurch, dass jeder der beiden Ringe einen radial verlaufenden Schlitz aufweist, die Ringe also offen sind und im betriebsmässigen Einsatz die radialen Schlitze beider Ringe winkelmässig gegen-35 einander versetzt sind, und zwar um ein Mass, das mindestens gleich ist der Breite der Schlitze und der eine Ring, bezogen auf die Drehrichtung der Welle, unmittelbar im Bereich hinter seinem radialen Schlitz an einem Punkt mit dem anderen Ring, insbesondere mittels Bolzen und Boh-40 rung verbunden ist und dass mindestens einer der Ringe im Bereich seines radialen Schlitzes und bezogen auf die Drehrichtung der Welle hinter demselben mindestens eine Aussparung aufweist, in welche bei betriebsmässigem Einsatz der Dichtung ein am Lagergehäuse ortsfest vorgesehener Halter 45 eingreift. Eine Dichtung dieser Art ist aus einem elastischen Werkstoff, einem geeigneten Kunststoff, einfach herzustellen, da solche Ringe auf Drehbänken gefertigt und bearbeitet werden können. Für die Anbringung der Schlitze bedarf es keiner aufwendigen Bearbeitungseinrichtungen, so Dank des nachgiebigen Materials können für die Montage die Ringe aufgehoben werden und durch die besondere Verbindung der beiden Ringe miteinander unter Berücksichtigung der Drehrichtung der Welle, legt sich beim betriebsmässigen Einsatz der Dichtung der Ring bzw. die Ringe an der 55 Welle an und erhöhen dadurch den Dichtungsgrad.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht der Dichtung und

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 und zwar 60 in einem gegenüber Fig. 1 vergrösserten Massstab;

Fig. 3 ist ein Detailschnitt durch die Verbindungsstelle der beiden Ringe in ihrem betriebsmässigen Einsatz an einer Turbinenwelle und auch hier in einem sowohl gegenüber der Fig. 1, wie auch gegenüber der Fig. 2 vergrössertem Massstab.

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Die Dichtung nach den Fig. 1 und 2, die beispielsweise für Turbinenwellen vorgesehen ist, besteht aus zwei aneinander anliegenden Ringen 1 und 2, die aus einem elastisch verform

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baren Kunststoffmaterial gefertigt sind. Solche Ringe können auf Drehbänken bearbeitet und gefertigt werden. Beide Ringe 1 und 2 besitzen radial verlaufende Schlitze 3 und 4, so dass diese beiden Ringe offene Ringe sind. Im betriebsmässigen Einsatz sind die beiden Ringe 1 und 2 so zueinander angeordnet, dass diese beiden Schlitze 3 und 4 winkelmässig gegeneinander versetzt sind, wie dies Fig. 1 zeigt. Das Ausmass dieser winkelmässigen Versetzung ist mindestens so gross wie die Breite b des kleinsten Schnitzes, so dass sich diese Schlitze gegenseitig nicht überdecken. Darüberhinaus sind diese beiden Ringe 1 und 2 an einem Punkt 6 miteinander verbunden und es hängt die Lage dieses Verbindungspunktes 6 von der Drehrichtung der Welle ab, die im gezeigten Beispiel durch den Pfeil 5 angedeutet wurde, so dass ersichtlich ist, dass die hier nicht dargestellte Welle sich im Uhrzeigersinn dreht. Bezogen auf diese Drehrichtung der Welle (Pfeil 5) liegt dieser Verbindungspunkt 6 unmittelbar im Bereich hinter dem Schlitz 3 des Ringes 1. Da zwischen dem Ring 1 und der sich drehenden Welle Reibungskräfte wirksam sind, wird durch diese Ringausbildung und Ringlagerung der offene Ring bei sich drehender Welle an die Welle angezogen und dadurch der Dichtungsgrad des Ringes 1 erhöht.

Es ist aus Fig. 1 auch erkennbar, dass der Verbindungspunkt 6 am anderen Ring 2 ebenfalls auf die Drehrichtung der Welle (Pfeil 5) bezogen unmittelbar im Bereich hinter dessen radialen Schlitzes 4 liegt, so dass das vorstehend zum Ring 1 Gesagte auch für diesen Ring 2 gilt. Beide Ringe 1 und 2 weisen denselben Innendurchmesser d auf (siehe Fig. 2), jedoch ist der Aussendurchmesser Di und D2 dieser Ringe 1 und 2 unterschiedlich. Um hier eine Dichtung kompakter Bauart zu schaffen besitzt der Ring 2 mit dem grösseren Aussendurchmesser D2 eine stufenförmige zentrale Ausdrehung 15, in welche der Ring 1 eingesetzt ist. Dabei ist die in axialer Richtung des eingesetzten Ringes 1 gemessene Breite Bi gleich der axialen Höhe h der stufenförmigen zentralen Ausdrehung 15, so dass die ineinander liegenden Ringe 1 und 2 eine gemeinsame, bündige Oberfläche (Fig. 2) besitzen.

Zur Verbindung der beiden Ringe 1 und 2 dient ein Zapfen 7 (Fig. 3), der in eine Bohrung 25 des Ringes 2 eingesetzt ist und in dieser Bohrung kraftschlüssig gehalten ist. Der Ring 1 nimmt diesen Zapfen in einer Bohrung 8 auf, deren Durchmesser etwas grösser ist, als der des Zapfens 7, so dass ein ausreichendes Spiel zwischen Zapfen 7 und Bohrung 8 vorhanden ist, so dass der Ring 1 im betriebsmässigen Einsatz im Bereich dieser Verbindung mit dem Zapfen 7 nur eine Linienberührung aufweist. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Verbindung sozusagen umzudrehen, so dass der Zapfen 7 im Ring 1 festgehalten ist und die Bohnrung 25 bezogen auf den Zapfen 7 ein entsprechendes Spiel besitzt.

Da es nicht immer möglich ist, die Dichtringe vom Ende einer Welle her einzuführen oder einzuschieben, solche Dichtungen häufig quer zur Welle eingesetzt und eingefahren werden müssen, besitzen die Ringe 1 und 2 in jeweils diametraler Lage zu ihren Schlitzen 3 und 4 von der Innenseite ausgehende Einschnitte 9 und 10 zur Bildung einer scharnierartigen Zone. Dank dieser Einschnitte 9 und 10 können die Ringe für Montagezwecke leicht aufgebogen werden. Zweckmässigerweise sind diese scharnierartigen Zonen als Filmscharniere ausgebildet, die ja eine Stärke bis zu mehreren Millimetern haben können. Zweckmässigerweise besitzt der Ring 1 mit dem kleineren Aussendurchmesser Di in der den Einschnitt 9 aufweisenden Durchmesserebene an seiner Aussenseite eine kleine Aussparung 11, so dass eventuell Verformungen bei der Betätigung des Scharniers das nachträgliche Zusammenfügen der Ringe nicht beeinträchtigt. Die Breite b der Schlitze 3 und 4 ist mindestens so gross, wie die axiale Stärke Bi oder B2 der Ringe 1, 2. Dies hat den Vorteil, dass auch Abnutzungserscheinungen grösseren Ausmasses von diesen Dichtringen sozusagen selbsttätig ausgeglichen werden können.

Es ist auch zweckmässig, an der Innenseite der Ringe 1 und 2, also an denjenigen Seiten der Ringe, die an der Welle 12 unmittelbar anliegen, Nuten 13 vorzusehen. In Fig. 1 sind drei solcher Nuten veranschaulicht, doch sind in einer praktischen Ausführung der Dichtung solche Nuten in gleichmäs-sigen Abständen über die ganze Innenseite der Ringe verteilt. Diese können axial verlaufen oder auch eine schräge Lage nach Art von Gewindegängen aufweisen. Die Nuten sind dabei so ausgestaltet, dass ihre Breite grösser ist als ihre Tiefe.

Um zu verhindern, dass sich die Dichtringe 1 und 2 im betriebsmässigen Einsatz aufgrund der unvermeidbaren Reibungskräfte mit der Welle 12 mitdrehen, sind am äusseren Ring 2 Aussparungen vorgesehen, in welche am Lager oder Dichtungsgehäuse der Welle vorgesehene, hier jedoch nicht dargestellte ortsfeste Halter eingreifen. Zweckmässigerweise sind diese Aussparungen beidseitig des Schlitzes 4 des äusseren Ringes 2 angeordnet, so dass je nach Drehrichtung der Welle die eine oder andere Aussparung 14 mit dem erwähnten, nicht dargestellten ortsfesten Halter verbunden wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt der Ring 2 eine Bohrung 25 zur Aufnahme des einen Bolzens 7, und im Ring 1 ist auch nur eine Aussparung 8 zur Aufnahme des Zapfens vorgesehen. Würde eine Dichtung der in Fig. 1 gezeigten Art für eine Tubinenwelle verwendet, die sich im Gegenuhrzeigersinn dreht, also entgegen des Pfeiles 5, so ist der Ring 1 gegenüber dem Ring 2 so anzuordnen, dass der Schlitz 3 des Ringes 1 links vom Schlitz 4 liegt und der Verbindungspunkt 6 zwischen beiden Ringen 1 und 2 ist ebenfalls links von diesem Schlitz 3 anzuordnen. Der ortsfeste Halter des Lager- und Dichtungsgehäuses greift dann in die Aussparung 14 links des Schlitzes 4 des Ringes 2 ein. Um die in Fig. 1 gezeigte Dichtung sowohl für Wellen mit der einen wie auch mit der anderen Drehrichtung verwenden können, werden Bohrungen 8 und 25 zu beiden Seiten der Schlitze 3 und 4 paarweise vorgesehen. Der Zapfen 7 kann austauschbar eingesetzt sein oder aber so ausgebildet sein, dass er erst dann eingesetzt wird, wenn geklärt wurde, für welche Drehrichtung der Welle die Dichtung verwendet werden soll.

Die absatzartige Ausdrehung 15 im Ring 2 mit dem grösseren Aussendurchmesser D2 ist so gestaltet, dass zwischen beiden ineinandergesetzten Ringen 1 und 2 ein Spalt 16 verbleibt, in welchen beim betriebsmässigen Einsatzdruck Wasser eindringen kann, was zu einer Druckentlastung der Dichtung führt.

Fig. 3 zeigt den ordnungsgemässen Einbau einer Dichtung wie vorstehend näher beschrieben. Eine Turbinenwelle 12 ragt hier durch die Öffnung 18 eines Turbinengehäuses 17. In diesem Bereich ist ein Lager- oder Dichtungsgehäuse 19 ange-schweisst, das mit einem aufgeschraubten Flanschedeckel 20 verschlossen ist. Innerhalb des vom Lagergehäuse 19 begrenzten Raumes ist nun die vorstehend beschriebene Dichtung angeordnet, wobei der hier gezeigte Schnitt durch die Verbindungsstelle 6 der beiden Ringe 1 und 2 geführt ist. An seiner Aussenseite 21 besitzt der Ring 2 eine umlaufende offene ringförmige Nut 22, in welcher eine elastische Bandage oder eine Schlauchfeder 23 eingelegt ist. Mit den Federn 24, die am Flanschdeckel 20 abgestützt sind, wird die Dichtung an die Innenwand des Dichtgehäuses gepresst. Im Lagergehäuse sind mehrere solcher Federn entlang des Ringes vorgesehen. Das Druckwasser, das die Turbine betreibt, liegt, bezogen auf die Fig. J, links der Dichtung, die aus den Ringen 1 und 2 besteht.

Grundsätzlich wäre es möglich, die beiden Ringe 1 und 2 mit demselben Aussendurchmesser auszustatten. Zur Bil-

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dung eines Druckausgleichspaltes 16 wäre dann mindestens Vorteile gegenüber den bisherigen bekannten Dichtungen eine der paarweise aneinanderliegenden Flächen absatzartig kann die erfindungsgemässe Dichtung wesentlich billiger auszugestalten. Ferner wäre es möglich, die Flächen der gefertigt werden.

Ringe, die paarweise aneinander anliegen, als Kegelflächen ,T, ... ,, , , . , . , • , , •

auszugestalten, wobei jener Ring, der die äussere elastische s . ^enn mit hohem Verschluss des Lagermaterials beim

Bandage oder Schlauchfeder trägt, sozusagen als Hohlkegel betriebsmassigen Einsa z gerechnet werden muss, kann es zu gestalten wäre der dann den anderen Kegel zur Gänze zweckmassig sein, die Nuten 13 möglichst tief zu gestalten, so oder zumindest teilweise in sich aufnimmt Daraus ist Jf? lhre ®rceitue eventote11 kleif |lst als lhure Tluef<\Auf diese erkennbar, dass die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Querschnitts- Wfe «md Schmiernuten auch dann noch vorhanden wenn form der Ringe für die Erfindung nicht zwingend ist, viel- i« ffSrund( des hohen Verschlusses m erhebhchem Umfang mehr hier auch dreieckige oder trapezförmige Querschnitts- agerma eria a ge ragen wor en îs .

formen in Frage kommen. Vorstehend wurde wiederholt darauf hingewiesen, dass die Ringe der gezeigten und beschriebenen Art sind einfach Dichtung aus einem elastischen Werkstoff gefertigt ist. Diese herzustellen, sie können auf Drehbänken gefertigt und bear- Werkstoffangabe bedarf abschliessend noch einer Erläute-beitet werden. Die Anordnung der Schlitze und Einschnitte is rung: Die Elastizität liegt in einem Bereich, der für Kunstist mit einfachen Gerätschaften möglich. Eine besondere stoffe typisch ist, beispielsweise beträgt der Elastizitätsmodul Präzision wird für diese Schlitze und Einschnitte nicht gefor- bei hochmolekularem Polyäthylen ca. 700 N/mm2 bzw. bei dert. Auch die Bohrungen 8 und 25 können mit einfachen im Normklima gesättigtem Polyamid 6 (PA-6) ca. 1200 bis Geräten hergestellt werden. Aufgrund des gewählten elasti- 1600 N/mm2 (ermittelt am Zug-E-Modul). Es sind aber auch sehen Werkstoffes und der erfindungsgemässen Ausbildung 20 Werkstoffe hier einsetzbar, die hinsichtlich ihrer Elastizität schmiegt sich die Dichtung beim betriebsmässigen Einsatz an ein gummiartiges bzw. gummiähnliches Verhalten zeigen, die sich drehende Welle an und erhöht den Dichtungsgrad. z.B. Polyurethan mit einer Shorehärte von A 60-95. Wenn Für Montagezwecke kann die Dichtung aufgeklappt werden, relativ weiche Werkstoffe wie z.B. das letzterwähnte Poly-da an den Ringen eine scharnierartige Zone vorgesehen urethan verwendet wird, so kann auf die scharnierartigen werden kann. Aufgrund des hohen Dichtungsgrades ist der 25 Einschnitte 9-10-11 verzichtet werden. Die Lagerringe sind Sperrwasserverlust verringert und damit der Wirkungsgrad dann hinreichend elastisch verformbar, um sie montieren zu der Dichtung erhöht. Trotz all dieser nicht unerheblicher können.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

660217 PATENTANSPRÜCHE

1. Dichtung für Wellen gleichbleibender Drehrichtung, insbesondere Turbinenwellen, mit mindestens zwei aneinander anliegenden Ringen aus makromolekularem Material, von welchem wenigstens einer mittels eines ihm aussen anliegenden Zuggliedes an die Welle andrückbar ist und mindestens einer der Ringe gegenüber einem ihn aufnehmenden Lagergehäuse fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Ringe (1,2) einen radial verlaufenden Schlitz (3,4) aufweist, die Ringe (1,2) also offen sind und im betriebsmässigen Einsatz die radialen Schlitze (3,4) beider Ringe (1,2) winkelmässig gegeneinander versetzt sind, und zwar um ein Mass, das mindestens gleich ist der Breite (b), der Schlitze (3,4) und der eine Ring (1), bezogen auf die Drehrichtung (5) der Welle (12), unmittelbar im Bereich hinter seinem radialen Schlitz (3) an einem Punkt (6) mit dem anderen Ring (2), mittels Bolzen (7) und Bohrung (8) verbunden ist und dass mindestens einer der Ringe (2) im Bereich seines radialen Schlitzes (4) und bezogen auf die Drehrichtung (5) der Welle hinter demselben mindestens eine Aussparung (14) aufweist, in welche bei betriebsmäs-sigem Einsatz der Dichtung ein am Lagergehäuse ortsfest vorgesehener Halter eingreift.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungspunkt (6) am anderen Ring (2), bezogen auf die Drehrichtung (5) der Welle, unmittelbar im Bereich hinter seinem radialen Schlitz (4) liegt.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ringe (1,2) denselben Innendurchmesser (d) haben.

4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (Di, D2 beider Ringe (1,2) unterschiedlich ist und der eine Ring (2) eine stufenförmige zentrische Ausdrehung (5) aufweist, in welcher der andere Ring (1) eingesetzt ist, die in axialer Richtung des eingesetzten Ringes (1) gemessene Breite (Bi) gleich ist der axialen Höhe (h) der stufenförmigen Ausdrehung (15), so dass die ineinanderliegenden Ringe (1,2) eine gemeinsame und bündige Oberfläche aufweisen (Fig. 2).

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ringe (1,2) in etwa diametraler Lage zum radialen Schlitz (3,4) einen von seiner Innenseite ausgehenden Einschnitt (9,10) zur Bildung einer scharnierartigen Zone aufweist.

6. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die scharnierartige Zone als Filmscharnier mit einer Dicke bis zu 3 mm ausgebildet ist.

7. Dichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der den Einschnitt (9) aufweisenden Durchmesserebene des Ringes (1) an seiner Aussenseite eine Aussparung (11) geringer Tiefe vorgesehen ist.

8. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) der radialen Schlitze (3,4) mindestens der axialen bzw. radialen Stärke (Bi, B2) der Ringe (1,2) entspricht.

9. Dichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ringe (1, 2) an seiner Innenseite, die beim betriebsmässigen Einsatz der Dichtung an der sich drehenden Welle (12) anliegt,

Nuten (13) aufweist.

10. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussparung (14) zu beiden Seiten des Schlitzes (4) vorgesehen ist.

11. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zugglied eine elastische Bandage oder eine Zugfeder vorgesehen ist.