DE3540369A1 - Gegenlaeufige gewindewellendichtung sowie beruehrungslose, trockene spaltdichtung mit selbsttaetiger minimalspalteinstellung - Google Patents

Description

Gegenläufige Gewindewellendichtung sowie berührungslose, trockene Spaltdichtung mit selbsttätiger Minimalspalteinstellung

Die Erfindung betrifft sowohl gegenläufige Gewindewellendichtungen als auch berührungslose Spaltdichtungen, hauptsächlich Laminarspaltdichtungen, die an einem Rotor in axialer und in Umfangsrichtung abdichten. Obwohl die eine Art mit Hilfe von einer Sperrflüssigkeit und Fördergewinden hermetisch absperrt, und die andere dazu dient, durch möglichst engen, glatten, trockenen Spalt die Leckgasverluste zu begrenzen, werden sie gemeinsam behandelt, weil erst die schwimmende Buchse bei der Gewindewellendichtung geschaffen werden mußte, um aus ihr die schwimmende Buchse beim Laminarspalt gestalten zu können. Nichts desto trotz stellt die Erfindung auch hinsichtlich der Gewindewellendichtung allein eine Verbesserung dar. Von den zwei Lösungen, die sich für diese Teilaufgabe ergaben, ist auch nur eine für die Laminarspaltdichtung nutzbar, während die andere an sich vielleicht sogar wertvoller ist.

Die Wellen von Dampf-, Gas- und Wasserturbinen, von Turboarbeitsmaschinen und andere schnell rotierende Wellen werden mit berührungslosen Labyrinth- und Spaltdichtungen abgedichtet, bei denen es darauf an-

kommt, möglichst enge Spalte herzustellen undbei allen Betriebsbedingungen zu wahren. Hierzu werden in Ringe und Segmente aufgeteilte, radial bewegliche Buchsen und variable, selbsttätig oder regeltechnisch eingestellte Spalte benutzt. Enge, nachgeführte Spalte werden auch mit schwach berührenden, selbsteinschleifenden Bürsten- und Wabenstreifendichtungen erzielt. Daneben haben sich hermetisch absperrende Dichtungen mit Sperrfluid in untErschiedlichen Formen eingeführt, z. B. solche, die die Fliehkraft ausnutzen, solche, die in magnetischen Feldern magnetisierbare Flüssigkeiten festhalten, solche, die mit Pumpen, und solche, die mit Fördergewinden einen Sperrdruck erzeugen.

Auch bei den zuletzt angeführten Gewindewellendichtungen spielt die Spaltweite über den Gewindedämmen die entscheidende Rolle {Ί,2,33· Die abdichtbare Druckdifferenz wächst reziprok zum Quadrat der Spalthöhe, während die für eine bestimmte Druckdifferenz aufzubringende Reibleistung linear mit der Spalthöhe abnimmt, sodaß sehr enge Spalte bei kurzer axialer Länge der Dichtung und geringer Verlustleistung und niedrigen Leckverlusten hohe Dichtdrücke bewältigen. Die geforderten Spalthöhen in der Größe von wenigen Hundertstelmillimetern lassen sich aber schwer herstellen und im Betrieb wahren. Im Gegensatz zu anderen Dichtungsarten sind variable Spalte sowie schwimmende Dichtbuchsen bei der Gewindewellendichtung bisher nicht bekannt, obwohl der vorhandene Ölfilm das Aufschwimmen geradezu herausfordert.

Die Problematik der gleichfalls zu verbessernden, trockenen Laminarspaltdichtung ist hinsichtlich der Spalthöhe gleichartig. Wenn diese Spalte auch nicht zum Aufschwimmen einladen, so sind sie doch auf die

gleiche Größe einzustellen, um mit niedrigen Leckverlusten gegen hohe Differenzdrücke auf kurzen Strecken in axialer und Umfangsrichtung abzudichten. Letzteres ist zum Beispiel für Maschinen interessant, bei denen ein Strömungsmedium von einem schnell rotierenden Läufer an ein ruhendes Gehäuse und zwar möglichst ohne Kontaminierung mit einem Sperrfluid zu übergeben ist. Da berührungslose Spaltdichtungen dieser Art nicht aufschwimmen können, empfiehlt sich ihre Kombination mit der schwimmfähigen Gewindewellendichtung.

Ausgehend vom geschilderten Stand der Technik ergibt sich folgende Erfindungsaufgabe:

Sowohl bei der Gewindewellen- als auch bei der trokkenen Laminarspaltdichtung ist eine schwimmende Dichtbuchse herzustellen, die auf dem ganzen Umfang einen sehr engen, berührungslosen Spalt zu erzeugen und nach Möglichkeit selbsttätig zu wahren gestattet. Für die Gewindewellendichtung wurden zwei Lösungen gefunden, von denen die zweite auch die Grundlage der Lösung für die Laminarspaltdichtung darstellt.

Bei der ersten der erfindungsgemäßen Gewindewellendichtungen dienen zwei gegenläufige Fördergewinde zur Erzeugung des Sperrdrucks im Sperrfluid, dadurch gekennzeichnet, äaß sie in zwei gegeneinander ansteigende, konische Teilstücke der Welle eingeschnitten sind, um die herum je eine separate Buchse mit konischer Innenwand axial verschiebbar aber dicht in das Gehäuse eingebaut ist, und daß jede Buchse auf einer radialen Stirnfläche vom abzudichtenden Hochdruck, sowie auf einer weiteren radialen Fläche vom Niederdruck, der hinter der Dichtung anliegt, beaufschlagt ist, derart, daß die resultierende Axialkraft der Axialkomponente der im Spalt auf die konische Innenwand der Buchse wirkenden Druckkraft das Gleichgewicht·hält.

Unter der hochdruckseitigen Buchse steigt der Flüssigkeitsdruck im Spalt vom Hochdruck auf den Sperrdruck an, unter der niederdruckseitigen Buchse fällt er dagegen linear vom Sperrdruck auf den Niederdruck ab. Diese Buchse wird im allgemeinen viel langer als die hochdruckseitige sein, da der Sperrdruck nur wenig höher als der Hochdruck zu sein braucht.

Die Stärke des Druckanstiegs im Spalt ist reziprok zum Quadrat der Spalthöhe. Dank der axialen Verschiebbarkeit der Buchsen stellt sich die Spalthöhe selbsttätig so ein, daß sich der Spaltdruck und die angelegten Drücke ausgleichen. Die einzelnen Flächen sind so zu bemessen, daß sowohl das rechts- wie auch das linksläufige Fördergewinde bei gewünschter Spalthöhe den gleichen Sperrdruck erzeugen. Wenn die Spalthöhe zwischen 10 und 50 Mikrometern liegt, ergeben sich kurzbauende, leistungsverlustarme G-ewindewellendichtungen. Steigt bei konstanter Drehzahl die Druckbelastung, so nimmt die Spalthöhe ab. Erhöht sich bei konstanter Druckbelastung die Drehzahl, so wächst die Spalthöhe mit der Wurzel der Drehzahl mit.

Die geforderte, geringe Spalthöhe stellt hohe Anforderungen an die Rundheit und Winkelgenauigkeit der Welle und der Buchsen, die eventuell aufeinander einzuschleifen sind. Die schwimmenden Buchsen zentrieren sich selbst, wobei sich ellipsenartige Unrundheiten symmetrisch verteilen. Trotzdem können ungünstige ülrückflüsse auftreten, die die Anordnung durch stärkere Transporte in den Gewindegängen bei kleiner sich einstellendem Spalt ausgleicht. Dllipsenförmig unrunde Wellen bringen dagegen am ganzen Umfang zeitliche Druck- und ülflußschwankungen, die sich ebenfalls durch engeren Spalt kompensieren, aber auch schädlich sind. Notfalls können die Buchsen selbst dadurch anpassungsfähiger gestaltet werden, daß die

konische Innenwand axial steif, aber peripher und radial flexibel und selbstausgleichend ausgeführt wird, z. B. durch ein hinter Schalensegmenten liegendes Gummipolster.

Die Gewindewellendichtung muß gegenläufig sein.

Würde der hochdruckseitige Teil weggelassen, so müßte die verbleibende Gewindewelle laufend Sperrfluid in den Hochdruckraum fördern, da anderenfalls der Hochdruck in den Dicht spalt vordringen und die konisehe Buchse zurückschieben würde.

Die gewählte Anordnung ist dagegen stabil. Steigt zum Beispiel der Hochdruck, so fährt die niederdruckseitige Buchse den Spalt enger, bis der wachsende Sperrdruck für das neue Gleichgewicht ausreicht.

1-5 Gleichzeitig schiebt der Hochdruck auch die hochdruckseitige Buchse näher an die Welle heran, bis wieder Gleichgewicht herrscht, paßt dabei aber zusätzlich durch Vordringen von unten in den Dichtspalt, also durch Verkleinern der Fläche, auf die er wirkt, das Flächenverhältnis selbsttätig der geänderten Situation an; denn, da der Sperrdruck auf der einen Seite auf den konstant bleibenden Niederdruck und auf der anderen Seite auf den varierenden Hochdruck aufbaut, kann nur eines der ihn bestimmenden Flächen-Verhältnisse konstant bleiben.

Somit funktioniert die vorgeschlagene, spalteinstellende Gewindewellendichtung ohne externe Regelung. Sie bedarf auch keiner Sperrfluidpumpe, da letzteres laufend auf der Niederdruckseite zutritt und in einem unter Niederdruck stehende Hochbehälter anstehen kann. Dabei verhindert eine zusätzliche einfache Gewindewellendichtung, die je nach Drehzahl nur auf kurzer länge mit Sperrfluid gefüllt ist, dessen Aus-

fließen nach außen an der Welle entlang. Die Buchse dieser Dichtung kann so gestaltet werden, daß sie sich bei Stillstand der Welle selbsttätig gegen eine Kante an dieser legt und dadurch auch dann abdichtet. Wenn die Welle steht, drückt der Hochdruck auch den niederdruckseitigen Spalt zu. Auch hier bleibt Sperröl unter dem Ölvordruck in den Gewindegängen.

Die Vorteile der bisher geschilderten Gewindewelendichtung seien kurz wiederholt: selbsttätig, selbstsicher, herstellungsmäßig und apparativ relativ einfach, raum- und energiesparend, hermetisch dicht auch im Stillstand. Sie gelten auch für die Alternativlösung, die prinzipiell auf der gleichen automatischen Krafteballance beruht und dadurch gekennzeichnet ist, daß über einer zylindrischen Welle mit zwei gegenläufigen Ülfö'rdergewinden ein gemeinsame axial steife, radial und peripher elastische Buchse radial beweglich, axial fest und dicht in das Gehäuse eingesetzt ist, derart, daß sie radial angepreßt auf dem Druck-Ölfilm über den Fördergewinden schwimmt. Die Spalthöhe und der Sperrdruck stellen sich selbsttätig nach der radialen Belastung ein, welche auf den Außenflächen der Buchse und über Kolben oder Membranen

tr

durch den abzudichtenden Hochdruck und den nachfolgenden Niederdruck erzeugt wird.

Die Spalthöhe ändert sich wieder druck- und drehzahlabhängig, kann aber jetzt bei Bedarf auch unterschiedlich über dem Umfang eingestellt und gesteuert werden, was bei Rotationskolbenmaschinen und der später beschriebenen Kombination mit Laminarspalten sinnvoll sein kann. Das Verhältnis von hoch- zu niederdruckseitigem Pördergewinde und die Fluidversorgung und niederdruckseitige -abdichtung sind wie im vorherigen Fall. Auf der Hochdruckseite sperrt die axial steife,

radial und peripher elastische Buchse bei Wellenstillstand automatisch durch vom Hoch- oder durch Hilfsfederdruck bewirktes Aufsetzen auf einen in der Welle gleichdurchmessrig oder mit ganz geringem Übermaß vor der Gewindewellendichtung liegenden Weichring. Nachzutragen ist, daß sowohl bei dieser als auch bei der zuvor beschriebenen Gewindewellendichtung alle beweglichen Buchsen in Umfangsrichtung zu fixieren sind.

Nach Heitel[3l sind die dimensionslosen Parameter der Fördergewinde, wie die Steigung, das Breitenverhältnis von Damm zu Nut und das Verhältnis von Spalthöhe zu Nuttiefe optimierbar. Bei den kleinen Spalthöhen ergebeb sich feine, vielgängige Flachgewinde sehr geringer Nuttiefe, welche fast einer gerichteten Oberflächenrauhigkeit gleichkommen.

Die axial steife, radial und peripher elastische Buchse läßt sich sicher auf mehrere Artundweisen herstellen. Es ist eine Reihe von Gesichtspunkten zu beachten. Die rohrartige Buchse mit Kreisringquerschnitt ist durch radiale Schnitte in axiale Segmente aufzuteilen, die durch eine elastische Bindung wieder zu einer druckdichten Buchse zusammenzufügen sind, derart, daß die Innenwand einen fugenlosen, absolut runden Zylinder vom genauen Durchmesser der Welle ergibt. Beispielsweise können hohle Segmentkästen durch eine zwischen sie gelegte und sie in Querrohren durchdringende Gummifüllung miteinander verbunden werden, wobei sie selbst von Kühlwasser oder -öl durchspült sind, um den Gummi zu schützen,und die Verlustleistung der Dichtung sicher abzuführen. Wenn die Buchse sich im Betrieb um die doppelt Spalthöhe weitet, öffnen sich in der Innenfläche zwischen den Segmenten Fugen, die jedoch schmäler sind, als der Dicht spalt hoch ist, undi die Dichtwirkung der Sperrfluidfilme praktisch nicht beeinträchtigen.

Wie bei d'er Dichtung mit zwei konischen Buchsen vier spaltregulierende, verschiedenartig druckbeaufschlagte Flächen

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nötig waren, so sind sie es auch hier, weil die Buchsensgmente nicht nur im Kräfte- sondern auch im Momentengleichgewicht zu halten sind. Der dicht in das Gehäuse eingebaute, radiale Flansch am Umfang der Segmentbuchse, der gleichwohl die radiale Beweglichkeit der Segmente nicht einschränken darf, liegt in einem definierten, axialen Abstand von der Nut zwischen rechts- und linksläufigem Fördergewinde und trennt die Außenfläche der Segmentbuchse in zwei Flächen, von denen die eine unter dem abzudichtenden Hochdruck und die andere unter dem wenig über dem Niederdruck liegenden Sperrfluidvordruck steht. Von der Differenz zwischen Hoch- und Niederdruck werden zusätzliche Regulierungskräfte auf Kolben erzeugt, die an jedem Buchsensegment radial von außen auf den Flansch sowie in bestimmtem Abstand auf das niederdruckseitige Ende drücken. Bei vom Auslegungspunkt abweichenden Betriebspunkten stellen die Buchsensegmente sich unter Umständen axial leicht geneigt ein, um das Gleichgewicht durch einen keilförmigen Spalt herzustellen. Auch drängt der Hochdruck das Sperrfluid wieder mehr oder weniger in das hochdruckseitige Fördergewinde zurück.

Mit der axial steifen, peripher elastischen Buchse für die Gewindewellendichtung ist die schwimmende Buchse für die Laminarspaltdichtung schon fast fertig. Sie wird nur verlängert, sodaß die Segmentbuchse an jedem Ende auf einer gegenläufigen Gewindewellendichtung gleitet urad den Zwischenraum als eng anliegende Buchse mit trockenem Minimalspalt selbsteinstellend überbrückt. In den einzelnen Segmenten, die von Druckzylindern und Druckflächen angedrückt werden, können dann zum Beispiel die Ein- und Auslaßmündungen von mittelachsigen Rotationskolbenmaschi- nen angeordnet werden, an denen die vorbeilaufenden,

in der Rotorwand liegenden Ein-Auslaßschlitze der Arbeitsräume den Gaswechsel steuern. Die engen Laminarspalte können selbst die Höchstdrücke von Dieselmotoren befriedigend abdichten. Die Fortschrittlichkeit dieser Anordnung liegt auf der Hand, wenn man bedenkt, daß noch F. Wankel [4j erklärt hat, die mittelachsigen Rotationskolbenmaschinen seien nicht abdichtbar.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu jeder der drei Alternativlösungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine selbsttätig spalteinstellende, gegenläufige Gewindewellendichtung mit zwei konischen Buchsen,

Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie II - II von Fig. 3 durch eine selbsttätig spalteinstellende Gewindewellendichtung mit axial steifer, radial und peripher elastischer Buchse,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III -III von Fig. 2,

Fig. 4 eine selbsttätig spalteinstellende Laminarspaltdichtung am Läuferumfang einer mittelachsigen Rotationskolbenmaschine im Schnitt

IV - IV der Fig. 5, und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V von Fig. 4.

Bei der in Fig. 1 dargestellten, gegenläufigen Gewindewellendichtung wird die Welle 1 durch die Wand des Gehäuses geführt, das innen (3) den Hochdruck

enthält und außen (4) im Niederdruck liegt. Die Welle trägt auf konischen Teilstücken die gegenläufigen Sperrfluidfördergewinde 5 und 6, über denen axial mehrfach abgedichtet aber verschiebbar die innen konischen Buchsen 7 und 8 liegen.

Das Fördergewinde 5 fördert das Sperröl aus dem Speicher 9 in die Dichtspalte unter den Buchsen und erzeugt an der Kegelbasis 1ü den Sperrdruck, der vom Fördergewinde 6 auf gleicher Höhe über dem Hochdruck gehalten wird. Der unter der Buchse 7 vom Ölvordruck im Speicher auf den Sperrdruck ansteigende Öldruck versucht, den Spalt 87 zu erweitern. Dem wirken der Hochdruck auf der Radialfläche 11 und der Ölvordruck auf der Radialfläche 12 der Buchse entgegen. Bei eingependelter Spalthöhe besteht Gleichgewicht und die Buchse bewegt sich nicht weiter. An der Buchse 8 halten auf den Flächen 13 un 14 Hoch- und Niederdruck sowie der Druck der Druckfedern 15 dem Öldruck im Dichtspalt 88 das Gleichgewicht.

Kommt die Welle zum Stillstand, fällt der Sperrdruck ab, und der Hochdruck sowie die Federn 15 pressen die Buchse 8 mit der radialen, weichen Dichtfläche 16 gegen einen entsprechenden Bund an der Welle. Gleichzeitig nehmen die Ventile 17/18 den Hochdruck durch Umschaltung von der Rückseite der dritten Dichtbuchse

19 , die dadurch vom Ölvordruck, der aus dem Ölstand im Hochbehälter 22 folgt, und dem Druck der Federn

20 mit der weichen Dichtfläche 21 gegen einen Bund an der Welle gedrückt wird. Bei Anlauf der Maschine wird wieder Hochdruck auf die Zylinder 89 in der Buchse 19 gegeben, diese rückt vor und hält den Ölvordruck nun berührungslos mit Hilfe der Gewindewellendichtung 23, über der sie schwebt.

In den Figuren 2 u. 3 ist eine Gewindewellendichtung mit axial steifer, radial und peripher elastischer Buchse dargestellt. Unverändert übernommene Komponenten tragen die gleichen Nummern wie in Fig. Die Welle 31 ist durch die Gehäusewand 32 geführt und- mit den gegenläufigen Ölfördergewinden 33 und 34 versehen. Sie läuft in der Segmentbuchse 35, welche aus peripher getrennten, kastenförmigen Segmenten 36 besteht, die durch eingegossenen, gummielastischen Werkstoff 37, der sie auch in den Kanälen 61 durchdringt, miteinander verbunden und in den Hohlräumen 38 von Kühlwasser durchflossen sind. Der Durchmesser der fugenlosen Buchseninnenwand 39 ist gleich dem Wellendurchmesser.

Die Segmente 36 der Buchse tragen außen radiale Flansche 40,die fugenlos aneinander anschließen und mit denen die Buchse axial dicht, radial beweglich mit den Dichtungen 41 in das Gehäuse 32 eingesetzt ist. Somit steht der Hochdruck auf der Mantelfläche 42 der Segmentbuchse, und der Ölvordruck auf der Mantelfläche 43· Mit der Differenz zwischen Hoch- und Niederdruck drücken außerdem ein Kolben 45 radial auf den Flansch 40 und ein Kolben 44 radial auf das niederdruckseitige Ende eines Jeden Buchsensegments.

Vor dem hochdruckseitigen Fördergewinde 3'4 liegt ein gleichdurchmessriger, höchstens einige Mikrometer vorstehender Weichdichtring 73 in der Wand der Welle 31» auf den der Hochdruck und unter Umständen auch Hilfsfedern die Segmentdichtbuchse aufpressen, sobald die Maschine steht.

In den Figuren 4 und 5 erstreckt sich eine axial steife, radial und peripher elastische Buchse 51 über den Läufer 52 eines Rotationsklappkolbenverdichters £5] von einem gegenläufigen Ölfördergewinde 53/

62 links zu einem zweiten gegenläufigen Ölfördergewinde 54/63 rechts und schwimmt auf deren Sperrölfilmen. Die Segmentbuchse 51 umfaßt zwei miteinander abwechselnde Arten von Segmentkästen, nämlich die Gruppe 55, bei der jeder Kasten einen Lufteinlaßkanal 56 enthält, und die Gruppe 57, bei der jeder Kasten einen Druckluftauslaß 58 enthält. Die Luft einlasse werden aus dem Sammelkanal 59 gespeist. Die Auslässe speisen in den Drucksammeikanal 60. Zwischen den Segmenten befindet sich die gummielastische Verbindung 37, welche sie auch in den Rohren 61 durchsetzt. In den Hohlräumen 38 werden die Segmentkästen von Kühlöl durchflossen.

Die Segmentkästen 55 werden jeweils durch zwei Druckkolben 65, auf denen der Verdichtungsenddruck lastet, auf den Läufer gedrückt. Auf die Segmentkästen 57 pressen neben den Druckstutzen 67 gleichartig belastet die Kolben 66, die sich nur durch die Größe von den Kolben 65 unterscheiden. Zwischen den ölfördergewinden liegt unter den Segmentkästen der trockene, laminar durchströmte, enge Dichtspalt 68, in dem der Verdichtungsenddruck an den Auslaßmündungen 69 auf den Saugdruck an den Einlaßmündungen 70 durch den hohen Strömungswiderstand abgebaut wird. In axiale Richtung kann die Druckluft nicht entweichen, weil das Sperröl sie daran hindert.

Da der Druck unter den Segmenten 57 höher als unter den Segmenten 55 ist, müssen die ersteren stärker belastet werden als die letzteren und könnten auch auf eine geringere Spalthöhe angepreßt werden, was begrenzt durchführbar wäre, aber nicht unbedingt nötig ist. Wird die Belastung auf gleiche Spalthöhe unter allen Segmenten austariert, so stellt sich auch unter allen Segmenten der gleiche Sperrdruck ein, der gemäß der Unrfangsverteilung näher zum Saug- als zum Verdichtungsenddruck gewählt werden darf. Dadurch

schiebt letzterer das Sperröl in den Dichtspalt en über den hochdruckseitigen Fördergewinden 62/63 unter jedem Segment 57 zurück, während es unter den Segmenten 55 durch den Sperrdruck wieder vorgeschoben wird. Pur das rotierende Gewinde wechseln die Seglaentarten periodisch rasch, weshalb die träge Ölfront tatsächlich nur wenig hin und herpendelt.

Neben den hochdruckseitigen Ölfördergewinden 62/63 befindet sich in der Läuferwand noch jeweils ein gleichdurchmessriger Weichdichtring 73, auf den sich die Segmentbuchse bei Stillstand des Verdichters von den Federn 75 angepreßt aufsetzt, um den Verdichterraum zum Öl hin abzusperren. In den Gewindegängen bleibt Sperröl, um beim Neuanlauf der Maschine sofort zu schmieren und zu dichten. Die Federn 75 sind rechnerisch in die Gesamtanpressung der Segmentbuchse einbezogen.

Der ganze Gehäuseraum 76 um den Läufer 52 herum ist mit Öl gefüllt und enthält zudem Kühlwasserschlangen 77, die das aus dem Läufer zurückkehrende Öl kühlen, bevor es die Kühlkanäle 38 der Segmentbuchse 51 durchströmt und wieder in die niederdruckseitigen Ölfördergewinde 53/54 eintritt. Diese stellen gleichzeitig die Ölpumpe für den Verdichter dar. Von den Trennnuten 72 zwischen den rechts- und linksläufigen Gewinden führen nämlich radiale Kanäle 79 im Läufer nach innen, die letztlich Öl unter Sperrdruck in alle Lager an den Klappkolben- und Kurbelwellen und Pleueln einspeisen. Das Öl hält gleichzeitig den Läufer kalt und schmiert auch das Planetengetriebe, bevor es den Läufer wieder verläßt. Um die sichere Funktion der Gewindewellendichtungen zu gewährleisten, müssen die Ölviskosität und -temperatur in engen Grenzen gehalten werden, und ist die Ölkühlung wichtig.

Das in den Läufer geführte Sperröl erfüllt weiter die Aufgabe, die Abdichtung der Spalte 80 an den Klappkolbenwellen 81 zu erleichtern. Der um die Fliehkraft komponente geringfügig verminderte Sperrdruck ist fast gleich dem mittleren Gasdruck, der sich von den rasch periodisch wechselnder^ Arbeitsräumen 82/83 aus unter den Gleitringdichtungen 84 aufbaut, und erlaubt den Einsatz von schwach belasteten, leicht vorgespannten, eventuell mit kurzen Axialnuten versehenen Gleitringen, die durch das Sperröl geschmiert sind und bei Maschinenstillstand auch gegen den Ölvordruck abdichten. Es ist allerdings darauf zu achten, daß die Gleitringe 84 auch neben den Dichtlippen nur Mikrospalte freigeben.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, auf Gleitringe an den Klappkolbenwellen zu verzichten und berührungslose glatte Mikrospalte mit dem Sperröl zu beaufschlagen. Aufgrund der Druckverhältnisse würde auch dann nur sehr wenig Leckluft in das Getriebegehäuse übertreten, und noch weniger Öl in die Arbeitsräume gelangen. Dafür würde dieses in den sonst trockenen Spalten an den Klappkolben 85 und unter der Segmentbuchse 51 hermetisch dichten. Obwohl die hochdruckseitigen Ölfördergewinde 62/63 den größten Teil des Lecköls zurückpumpen wurden, würde aber ein Anteil in die Druckluft gelangen und müßte abgeschieden werden.

Beim Einsatz der Gleitringe 84 wird die geförderte Luft nicht mit Öl verunreinigt, treten dafür jedoch Leckverluste auf, die aber in Grenzen bleiben, da die kleinen Klappkolben 85 sich leicht auch von innen mit dem Sperröl kühlen sowie durch dieses auf das nahgelegene Axiallager 86 fixieren lassen, sodaß überall an ihnen laminar durchströmte, schlanke Mikrospalte hergestellt und gewahrt werden können.

35Λ0369

Literatur :

X_ 1 2 Trutnovsky K. / Kazunari K., Berührungsfreie Dichtungen / 4. Aufl. / VDI- Verl., Düsseldorf, 1981

£ 2 H Boon, E. F. u. S. E. Tal: Hydrodynamische Dichtung für rotierende Wellen. Chemie - Ing. Techn. 31 C1959)* s. 202/12

^ Heitel, K.: Beitrag zur Berechnung und Konstruktion von konzentrisch und exzentrisch betriebenen Gewindewellendichtungen im laminaren Bereich. Diss. TU Stuttgart.(Berichte aus dem Institut A für Maschinenelemente, Ber. 4; s. a. Konstruktion 31 (1979) 12, S. 483/92.

[] 5 "2 DE 33 23 397 A1: Rotationsmaschine mit Klappkolben. Auch: Eur. Patanm. 84 106 846.3 i Rotationskolbenmaschine als Expansionsmaschine oder Verdichter.

£ 4 "2 Wankel, F.: Einteilung der Rotationskolbenmaschinen. Deutsche Verlagsanstalt, Stuttgart 1963

Claims (12)

Ansprüche

1. Gegenläufige Gewindewellendichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtbuchse (-35/51 ) eine axial steife, radial und peripher elastische, aber dichte Ausführung aufweist.

2. Gegenläufige Gewindewellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtbuchse ( 35/51 ) aus einem elastischen Werkstoff, z. B. PTFE, Kunststoff, Gummi, mit zur axialen Versteifung eingebetteten Profilstangen oder -platten hergestellt ist.

3. Gegenläufige Gewindewellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtbuchse ( 35/51 ) aus peripher getrennten, axial sich erstreckenden, massiven oder kastenförmigen, steifen Wandungssegment en ( 36/55/57 ) besteht, die durch eine dazwischengegossene, sie in Röhren ( 61 ) durchdringende, gummielastische Werkstoffeinlage ( 37 ) zu einer geschlossenen, dichten Röhre verbunden sind und durch Druckfedern ( 75 ) sowie durch Pneumatik- oder Hydraulikkolben ( 44/45/65/66 ) sowie durch Gas- oder Flüssigkeitsdruck auf Mantelflächen ( 42/43 ) von außen auf den Sperrfluidfilm über den Fördergewinden ( 33/34/53/62/54/63 ) gepreßt werden, insbesondere derart, daß der durch die Gewindewellendichtung hermetisch abzusperrende Hochdruck und der hinter ihr anliegende Niederdruck zur Anpressung eingesetzt werden.

4. Gegenläufige Gewindewellendichtung nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß

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neben den Fördergewinden ( 34,62,63 ) zum Hochdruck hin jeweils ein durchmessergleicher, höchstens einige Mikrometer vorspringender Weichdichtring (73) unter der Segmentbuchse ( 35/51 ) in die Welle ( 31/52 ) eingelassen ist.

5. Gegenläufige Gewindewellendichtung nach Anspruch 3,7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß am niederdruckseitigen .Ende der Ölrfördergewinde ( 5, 33, 53, 54 ) ein Sperrfluidspeicher ( 9 ) ' die Welle umschließt, der durch eine Gewindewellendichtung (23 ) nach außen abgedichtet ist, deren axial verschiebbare Buchse ( 19 ) bei Wellenstillstand durch den Ölvordruck oder durch Druckfedern (20) mit einer weichen radialen Dichtfläche ( 21 ) gegen eine Dichtkante an der Welle gedrückt wird, beim Lauf der Maschine aber mittels Pneuraatikkolben (89) durch den Hochdruck von ihr abgedrückt wird.

6. Gegenläufige Gewindewellendichtung nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungssegmente ( 36/55/57 ) der Dichtbuchse (35/ 51 ) Kühlfluidkanäle ( 38 ) enthalten.

7. Gegenläufige Gewindewellendichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtbuchsen ( 35 ) von zwei parallelen Gewindewellendichtungen durch einen gleichartigen Überbrückungsabschnitt ( 90 ) zusammengefaßt sind, derart, daß sie in dem Abschnitt einen trockenen, berührungslosen, engen Dichtspalt ( 68 ) über der Welle bzw. dem Läufer ( 52 ) herstellen.

8. Gegenläufige Gewindewellendichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (55/ 57 ) der Dichtbuchse ( 51 ) die Steuerquerschnit-

te ( 69/70 ) und Gaskanäle ( 56/58 ) einer mittelachsigen Rotationskolbenmaschine enthalten.

9. Gegenläufige Gewindewellendichtung nach Anspruch

8, dadurch gekennzeichnet, daß die niederdruckseitigen Ulfordergewinde ( 53/54 ) gleichzeitig die Schmierölpumpe der Maschine ersetzen, derart, daß radiale Bohrungen ( 79 ) Sperröl aus den Trennuten ( 72 ) zwischen den rechts- und linksläufigen Fördergewinden in den Läufer (52 ) leiten.

10. Gegenläufige Gewindewellendichtung nach Anspruch

9, dadurch gekennzeichnet, daß das ins Läuferinnere geleitete Sperrfluid auch die Gleitringdichtungen ( 84 ) an den Klappkolbenwellen ( 81 ) entlastet oder an den berührungslosen Dichtspalten ( 80 ) ebendort als Sperrfluid eingesetzt wird.

11. Gegenläufige Gewindewellendichtung, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Fördergewinde ( 5/6 ) in zwei gegeneinander ansteigende, konische Teilstücke der Welle ( 1 ) eingeschnitten sind, über denen zwei separate, mehrfach zum Gehäuse ( 2 ) hin abgedichtete, axial verschiebbare, innen konische Dichtbuchsen ( 7/8 ) auf dem Sperrfluidfilm schwimmen, sowie dadurch, daß jede der Dichtbuchsen (7/8) auf einer radialen fläche ( 11/13 ) vom abzudichtenden Hochdruck und auf einer zweiten radialen Ringfläche ( 12/14 ) vom Niederdruck oder dem wenig darüberliegenden Fluidvordruck beaufschlagt ist, derart, daß die resultierenden Axialkräfte . den Axialkomponenten der in den Dichtspalten ( 87/88 ) auf die Dichtbüchsen wirkenden Druckkräfte das Gleichgewicht haltern.

12. Gegenläufige Gewindewellendichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die hochdruckseitige, konische Dichtbuchse ( 8 ) eine radiale
Dichtfläche (16) aufweist unddurch den Hochdruck auf der Ringfläche ( 13 ) sowie Federdruck (15)
gegen eine vorspringende Dichtfläche an der Welle ( 1 ) gepreßt wird.