DE29510961U1

DE29510961U1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE29510961U1
Application number: DE29510961U
Authority: DE
Original assignee: Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH and Co
Current assignee: Burgmann Grundstuecksverwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1995-07-06
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2005-07-07

Description

Dichtungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines ersten rotierenden Bauteiles gegenüber einem zweiten rotierenden Bauteil gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere die gegenseitige Abdichtung von schnell {z.B. mit &eegr; = 20.000 min ) rotierenden, auf einer gemeinsamen Mittellängsachse angeordneten Wellen, z.B. von Turbinentriebwerken. Bei solchen Triebwerken besteht die Notwendigkeit, ein Öl-Luft-Gemisch (Ölnebel) in der Umgebung einer der Wellen gegenüber z.B. Luft in der Umgebung der anderen Welle wirksam abzudichten, wobei das Öl-Luft-Gemisch in der Regel unter einem etwas höheren Druck als die Luft steht. Infolge der hohen relativen Drehgeschwindigkeit der Wellen sowie dem Erfordernis, eine gewisse axiale Versetzungsmöglichkeit der Wellen bei Betrieb zu ermöglichen, wurden für den genannten Einsatzzweck bislang vornehmlich Labyrinthdichtungen oder nach dem Fliehkraftprinzip arbeitende Sperröldichtungen verwendet. Dabei mussten bei Labyrinthdichtungen die inhärent relativ hohen Leckageverluste an die Luftumgebung der einen Welle in Kauf genommen werden. Die Leckage stellt

insbesondere ein ernstes Problem in Zusammenhang mit der Tendenz bei modernen Triebwerken dar, die Druckdifferenz zwischen der Luft-Öl-Umgebung und der Luftumgebung zu erhöhen. Andererseits dichten fliehkraftabhängige Sperröldichtungen bei höheren Differenzdrücken nicht mehr zufriedenstellend, so dass derartige Dichtungen unter solchen Umständen nicht mehr eingesetzt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die für den Einsatz bei schnell laufenden Bauteilen als Alternative zu Labyrinth- oder Sperröldichtungen geeignet ist. Insbesondere soll die Dichtungsanordnung bei höheren Differenzdrücken zwischen den gegeneinander abzudichtenden Umgebungsbereichen einsetzbar sein.

Bezüglich der Lösung dieser Aufgabe wird auf den Anspruch 1 verwiesen. Danach ist die erfindungsgemässe Dichtungsanordnung aufgeteilt in einen radial abdichtenden Bereich und einen axial abdichtenden Bereich, indem eine Dichtringeinrichtung einerseits in dichtender Reibberührung mit einem der relativ zueinander rotierenden Bauteile steht und andererseits vom anderen Bauteil drehbeweglich gehalten ist, so dass die Dichtringeinrichtung die Drehung des einen Bauteiles mitmachen kann. Die axiale Abdichtung erfolgt mittels einer Flächendichtung zwischen der Dichtringeinrichtung und dem haltenden Bauteil, die gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zusammenwirkende, bei Betrieb durch einen Dichtspalt berührungsfrei voneinander beabstandete Paare von Dichtflächen an gegenüberliegenden Seiten der Dichtringeinrichtung umfassen kann. Zur Förderung der Spaltbildung können in den Dichtflächen förderwirksame Nuten eingebracht sein, durch die ein Medium zwischen die

Dichtflächen zwangsweise gepumpt wird. Die Verschleissteile der Dichtungsanordnung können verschleissmindernd behandelt sein oder aus verschleissfesten Materialien bestehen, so dass die bei Betrieb berührungsfrei arbeitende axiale Flächendichtung einerseits und die verschleissminimierte Ausgestaltung der Radialdichtung andererseits eine hohe Lebensdauer der Dichtungsanordnung gewährleisten. Gleichzeitig erlaubt die Dichtungsanordnung die Abdichtung von unter höheren Differenzdrücken stehenden Umgebungsbereichen der Bauteile sowie einen gewissen axialen Versatz der Bauteile zueinander, ohne dass dadurch die Dichtungsfunktion beeinträchtigt wird. Die erfindungsgemässe Dichtungsanordnung lässt sich ferner zur Minimierung der Massenträgheitskräfte baulich minimieren, da ihre radialen und axialen Abmessungen im wesentlich nur durch den geringen Platzbedarf der Dichtringeinrichtung bestimmt ist. Im übrigen wird auf die Ansprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in längsgeschnittener Ansicht eine erfindungsgemäss aufgebaute Dichtungsanordnung nach Montage am Einsatzort,

Fig. 2 in vergrösserter Detailansicht eine der Dichtflächen in der Ebene A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 in der Ebene B-B in Fig. 1-

Die Dichtungsanordnung nach der Erfindung gemäss Fig. 1 kann eingesetzt werden, um zwei relativ zueinander drehende Wellen 1, 2 gegeneinander abzudichten, deren Mittellängsachsen M

axial im wesentlichen zueinander ausgerichtet sind. Insbesondere kann es sich bei einer der gegeneinander abzudichtenden Wellen 1, 2 um eine Hohlwelle handeln, die konzentrisch die andere Welle übergreift. Die Wellen 1, 2 können sich mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit und/oder in unterschiedlicher Drehrichtung drehen, wobei eine gewisseu Mindestrelativdrehgeschwindigkeit nicht unterschritten werden soll, die für die Funktion einer nachfolgend beschriebenen Dichtringeinrichtung erforderlich ist.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Dichtungsanordnung im Überlappungsbereich der gegeneinander abzudichtenden Wellen 1, 2 vorgesehen. Sie umfasst eine Dichtringexnrichtung, die auf einer der Wellen 1, 2, im vorliegenden Fall der innenliegenden Welle 1, montiert ist. Die Dichtringeinrichtung umfasst einen im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Basiskörper 3, der auf einem im Durchmesser reduzierten Bereich der Welle 1 aufsitzt, mit einer seiner axialen Stirnseiten an einem Wellenabsatz 5 anliegt und durch ein Spannelement 6 oder dgl, welches gegen die andere Stirnseite einwirkt, lagefixiert ist. Der Basiskörper 3 ist hierdurch drehfest mit der Welle 1 verbunden.

In der Ausnehmung des Basiskörpers 3 ist ein Montagering 7 frei drehbar aufgenommen. Der Montagering 7 hat axiale Endoder Stirnflächen 8, 8¹, die in einer radialen Ebene zur Mittellängsachse M stehen und jeweils eine Dichtfläche der Paare von Dichtflächen 8, 9 bzw. 8', 9' an gegenüberliegenden Seiten des Montageringes 7 bilden, welche bei uneingeschränkter Drehbarkeit des Montageringes 7 diesen gegenüber dem Basiskörper 3 abdichten.

Insbesondere wirkt mit jeder Dichtfläche 8, 8¹ des Montageringes 7 eine benachbarte Dichtfläche 9, 9' am Basiskörper 3 zusammen, die in radialen Ebenen parallel zu den montageringseitigen Dichtflächen 8, 8' liegen. Die Dichtflächen 9, 9' können eine Vielzahl umfänglich verteilt angeordnete förderwirksame Nuten 14, 14' enthalten, wie dies in Fig. 2 und 3 gezeigt ist und worauf später noch näher eingegangen wird. Die förderwirksamen Nuten 14, 14' bewirken, dass bei Betrieb ein Medium in den Bereich zwischen den Dichtflächen 8, 9 bzw. 8', 9¹ gepumpt wird, so dass ein Dichtspalt gebildet wird, der eine berührende Eingriffnähme der Dichtflächen 8, 9 bzw. 8', 9^! verhindert. Der Montagering 7 wird sich daher bei Betrieb der Dichtungsanordnung berührungfrei in der Ausnehmung des Basiskörpers 3 drehen und ist dabei gegenüber dem Basiskörper 3 im wesentlichen fluiddicht abgedichtet.

In einer ringförmigen Ausnehmung 10 des Montageringes 7 ist ein Dichtring 11 nach Art der Kolbendichtungsringe einer Kolbenzylinderanordnung begrenzt axial und radial beweglich aufgenommen und durch eine geeignete Einrichtung, z.B. durch ein oder mehrere umfänglich verteilt in die ringförmige Ausnehmung 10 hineinragende Stifte 12, gegen eine Relativverdrehung gegenüber dem Montagering 7 gesichert.

Der Dichtring 11 ragt etwas über den äusseren Umfang des Montageringes 7 radial nach aussen vor und hat eine äussere Umfangsflache, die in Berührung mit einer benachbarten inneren Umfangsflache 4 der aussenliegenden Welle 2 steht. Zwischen den Umfangsflachen des Dichtringes 11 und der Welle 2 besteht Reibberührung, indem der Dichtring 11 mit einer geeigneten Kraft gegen die Umfangsflache 4 der Welle 2 vorgespannt ist. Eine Drehbewegung der Welle 2 wird daher eine ebensolche Drehbewegung des Dichtringes 11 und damit des

Montageringes 7 bewirken. Die Kraft, mit der der Dichtring 11 gegen die Umfangsf lache 4 der Welle 2 drückt, ist andererseits so, dass dadurch eine axiale Relativbewegung des Dichtringes 11 gegenüber der Welle 2 nicht wesentliche behindert wird.

Die mit dem Dichtring 11 in Eingriff stehende Umfangsflache 4 der Welle 2 kann mit einer verschleissfesten Beschichtung 13 versehen sein, oder in verschleissmindernder Weise, z.B. durch Nitrieren behandelt sein. Geeignete verschleissfeste Oberflächenbeschichtungen können keramische oder chromoxidische Beschichtungen sein.

Der Dichtring 11 besteht vorzugsweise aus einem reibungsminimierenden Material, wie Graphit. Andere geeignete Materialien, wie keramisches Material, können ebenfalls für den Dichtring 11 vorgesehen werden.

Die axiale Erstreckung der Umfangsflache 4 der Welle 2 ist entsprechen der zu erwartenden axialen Relativbewegung der Wellen 1, 2 zu dimensionieren.

Während die zusammenwirkenden Umfangsflachen des Dichtringes 11 und der Welle 2 die radiale Abdichtung schaffen, wird, wie erwähnt, die axiale Abdichtung zwischen dem Montagering 7 und dem U-förmigen Basiskörper 3 durch die Flächendichtungen an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Montageringes 7 erzielt.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform von förderwirksamen Nuten 14 in der Dichtfläche 9 der in der Zeichnung linksseitigen Flächendichtung. Mit dem Pfeil P ist die Drehrichtung der damit zusammenwirkenden Dichtfläche 8 des Montageringes 7 angegeben. Die förderwirksamen Nuten 14

erstrecken sich vom inneren Umfang der Dichtfläche 9 im wesentlichen spiralförmig nach aussen bis zu einer zwischenliegenden Stelle zwischen dem inneren und äusseren Umfang der Dichtfläche 9. Sie öffnen sich damit am inneren Umfang der Dichtfläche 9 zu einem Ringraum 15 zwischen dem Innenumfang des Montageringes 7 und der Bodenfläche des Basiskörpers 3, vgl. Fig. 1. Die förderwirksamen Nuten 14 sind demzufolge geeignet, ein Medium im Ringraum 15 zwischen die Dichtflächen 8, 9 zu fördern, so dass dazwischen ein Druck aufgebaut wird, der bei Betrieb einen Spalt bildet und damit eine berührende Eingriffnähme der Dichtflächen 8, 9 verhindert.

Während die Nuten 14 in der Dichtfläche 9 wirksam sind, um ein Medium aus dem Ringraum 15 in Richtung auf den äusseren Umfang der Dichtflächen 9 zu fördern, sind die Nuten 14' in der Dichtfläche 9' der Flächendichtung an der anderen {in der Zeichnung rechten) Seite des Montageringes 7 so angeordnet, dass sie ein Medium in Richtung auf den Ringraum 15 fördern können. Zu diesem Zweck erstrecken sich, wie Fig. 3 zeigt, die förderwirksamen Nuten 14' vom äusseren Umfang der Dichtfläche 9' nach innen bis zu einer zwischenliegenden Stelle zwischen dem äusseren und inneren Umfang. Die förderwirksamen Nuten 14' können ein Medium vom äusseren Umfang zwischen die Dichtflächen 8', 9' pumpen und dadurch im Betrieb einen Dichtspalt bilden, der eine berührende Eingriffnähme der Dichtflächen 8', 9' verhindert.

Obschon die vorerwähnte Ausführungsform der Erfindung sog. Spiralnuten vorsieht, wie sie z.B. in der Burgmann-Konstruktionsmappe 14 der Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH & Co., S. 57, näher beschrieben sind, können auch andere Arten von förderwirksamen Nuten vorgesehen werden, z.B. solche, wie sie beispielsweise in der EP-A- 0 431 505

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beschrieben sind. Die förderwirksamen Nuten 14, 14' können ausserdem ,so ausgebildet sein, dass ihre Funktion drehrichtunsgunabhangig ist. Ferner brauchen die förderwirksamen Nuten 14, 14' nicht notwendigerweise in den basiskörperseitigen Dichtflächen 9, 9' vorgesehen sein. Vielmehr könnten sie anstelle davon oder zusätzlich auch in den montageringseitigen Dichtflächen 8, 8' angeordnet sein. Drehrichtungsunabhängigkeit könnte auch dadurch erzielt werden, dass förderwirksame Nuten in einer der zusammenwirkenden Dichtflächen 8, 9 bzw. 8', 9' für eine Drehrichtung und förderwirksame Nuten in der jeweiligen anderen der zusammenwirkenden Dichtflächen 8, 9 bzw. 8', 9' für die entgegengesetzte Drehrichtung vorgesehen sind.

Obschon die Erfindung vorausgehend in Verbindung mit Flächendichtungen mit förderwirksamen Nuten zur Abdichtung des Montageringes 7 gegenüber dem Basiskörper 3 beschrieben wurde, was in Verbindung mit der Abdichtung eines gasförmigen oder überwiegend gasförmigen Mediums, z.B. eines Ölnebels, bevorzugt wird, könnten auch reine Flächendichtungen nach Art von Gleitringdichtungen ohne förderwirksame Nuten vorgesehen werden, wenn es sich bei dem abzudichtenden Medium um ein überwiegend flüssiges Medium handelt. Schliesslich könnte der Montagering 7 der Dichtungseinrichtung weggelassen werden, indem der Dichtring 11 selbst so ausgestaltet wird, dass er die Funktion als Träger der Dichtflächen 8 bzw. 8¹ übernehmen kann.

Claims

Schutzansprüche

1. Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines ersten rotierenden Bauteiles gegenüber einem zweiten rotierenden Bauteil, wobei die Drehgeschwindigkeiten und/oder -richtungen der Bauteile unterschiedlich und die Drehachsen der Bauteile im wesentlichen axial ausgerichtet sind, gekennzeichnet durch eine in abdichtende Reibberührung mit einer Umfangsflache (4) eines der Bauteile (1,2) bringbare und am anderen Bauteil drehbeweglich um dessen Drehachse (M) in flächenabgedichteter Weise gehaltene Dichtringeinrichtung (7,11), so dass diese im wesentlichen gemeinsam mit dem einen Bauteil drehbar ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung der Dichtringeinrichtung (7,11) gegenüber dem anderen Bauteil (1) zusammenwirkende Dichtflächen (8,9) an der Dichtringeinrichtung bzw. dem anderen Bauteil vorgesehen sind, zwischen denen im Betrieb ein die Eingriffnahme der Dichtflächen verhindernder Dichtspalt gebildet ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch förderwirksame Nuten (14) in wenigstens einer der zusammenwirkenden Dichtflächen (8,9), um ein Umgebungsmedium zwischen die Dichtflächen zu pumpen.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Förderrichtung der förderwirksamen Nuten (14) an einer Endseite der Dichtringeinrichtung (7,11) entgegengesetzt zu derjenigen der förderwirksamen Nuten an der anderen Endseite der Dichtringeinrichtung ist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringeinrichtung drehrichtungsunabhängig gegenüber dem anderen Bauteil (1) abgedichtet ist.

6. Dichtringanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringeinrichtung einen Montagering (7) mit einem davon gehaltenen, in Reibberührung mit dem einen Bauteil (2) stehenden Dichtring (11) umfasst.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (11) anschlagbegrenzt axial beweglich am Montagering (7) angeordnet ist.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (11) aus einem Kohlenstoffmaterial besteht.

9. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Dichtringeinrichtung bzw. dem Dichtring (11) in Reibberührung stehende Umfangsflache (4) des einen Bauteiles (2) verschleissminimierend ausgebildet ist.