DE19600664A1 - Dichtungsanordnung für eine Strömungsmittelkupplung bzw. Kühlmitteleinheit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmittelkupp­ lung beispielsweise in Form einer Kühlmitteleinheit, und insbesondere einer Dichtungsanordnung für eine umlaufende Einheit, welche eine Dichtung mit einem axial beweglichen Dichtring besitzt.

Strömungsmittelkupplungen in Form von umlaufenden Einheiten werden häufig beim Hochgeschwindigkeitsbohren, bei Hochge­ schwindigkeits-Werkzeugmaschinenspindeln, bei Kupplungs- und Bremseinrichtungen und bei anderen Anwendungen, wo es erfor­ derlich ist, den Auslaß von Strömungsmittelquelle mit umlau­ fenden Vorrichtungen zu kuppeln, eingesetzt. Bei Hochge­ schwindigkeitsbohrmaschinen beispielsweise werden umlaufende Einheiten dazu benutzt, eine Flüssigkeit wie z. B. ein Kühl­ mittel auf Wasserbasis von einer Kühlmittelquelle zu einem umlaufenden Bohrkopf zu leiten. Umlaufende Kühlmitteleinhei­ ten besitzen eine Dichtung, welche eine Trennfläche zwischen dem Auslaß der festliegenden Strömungsmittelquelle und der Drehvorrichtung, der das Kühlmittel zuzuführen ist, bildet. Die Dichtungsanordnung besitzt einen umlaufenden Dichtring, der an dem Rotor der umlaufenden Einheit angebracht ist, und einen drehfesten Dichtring, der innerhalb des Gehäuses der Kühlmitteleinheit angebracht ist. Die Dichtfläche des dreh­ festen Dichtringes wird in Anlage mit der Dichtfläche des umlaufenden Dichtringes gedrückt, und zwar üblicherweise durch eine Federeinrichtung. Das flüssige Kühlmittel, das durch die Kühlmitteleinheit läuft, schmiert die Dichtringe, um die Abnutzung möglichst gering zu halten. Wenn jedoch kein Kühlmittel zugeführt wird (ein Zustand, der üblicher­ weise als Trockenlaufen bezeichnet wird), so werden die Dichtflächen der Dichtringe nicht geschmiert. Ein Trocken­ laufen führt zu verstärkter Abnutzung der Dichtflächen der Dichtringe, insbesondere im Hochgeschwindigkeitsbetrieb. Ein längeres Trockenlaufen verursacht Schäden an den Dichtflä­ chen, insbesondere an der Dichtfläche des umlaufenden Dicht­ ringes, was wiederum zu einer Leckage an den Dichtflächen vorbei zur Folge hat, so daß ein oder beide Dichtringe aus­ gewechselt werden müssen. Da der umlaufende Dichtring entwe­ der permanent am Rotor befestigt oder einstückig mit dem Ro­ tor ausgebildet ist, erfordert ein Auswechseln des beschä­ digten Dichtringes üblicherweise ein Auswechseln der ge­ samten Rotoranordnung.

Um die mit dem Trockenlaufen zusammenhängenden Abnutzungs­ probleme zu lösen, wurden umlaufende Kühlmitteleinheiten entwickelt, bei denen sich der umlaufende Dichtring selbst­ tätig von dem feststehenden Dichtring löst, wenn kein flüs­ siges Kühlmittel vorhanden ist. Solche Kühlmitteleinheiten werden üblicherweise als "Pop-Off"-Einheiten bezeichnet, da der feststehende Dichtring axial relativ zu dem Gehäuse der Kühlmitteleinheit außer Anlage mit dem umlaufenden Dichtring bewegt wird, wenn der Kühlmitteldruck unter einen ausgewähl­ ten bzw. vorgegebenen Druck abfällt. Der feststehende Dicht­ ring ist an einem Träger angebracht, welcher bewegbar ist, um den Dichtring in Anlage mit dem umlaufenden Dichtring zu bewegen, wenn sich der Kühlmitteldruck auf den ausgewählten Wert erhöht.

Da diese Art von Einheiten eine Axialbewegung des einen Dichtringes entlang der Innenfläche des Gehäuses der Einheit erfordert, muß für eine Abdichtung gesorgt werden, um eine Leckage im vorderen Bereich vorbei an dem axial beweglichen Dichtring durch den Spalt zwischen dem Dichtungsträger und der Innenfläche des Gehäuses, auf der er gleitet, zu verhin­ dern. Bei einer Ausführungsform einer umlaufenden Kühlmit­ teleinheit wird diese Abdichtung durch einen O-Ring erzielt, der in einer Ringnut in der Innenfläche des Gehäuses ange­ ordnet ist und an der Außenfläche des Trägers für den dreh­ festen Dichtring an seinem Umfang angreift. Da jedoch der O- Ring in der Ringnut des Gehäuses festgelegt ist, während der Träger den drehfesten Dichtring in und außer Anlage mit dem umlaufenden Dichtring axial bewegt, wird der Dichtring an der Außenfläche des Träger entlang gezogen. Die hieraus re­ sultierende Abnutzung des O-Ringes kann zu einem Ausfall des O-Ringes führen, so daß das flüssige Kühlmittel vom Einlaß der Einheit in das Innere des Gehäuses strömen kann.

Ein weiteres Beispiel einer "Pop-Off"-Kühlmitteleinheit mit einer strömungsmittelbetätigten Dichtungsanordnung ist in der US-A-4 976 282 offenbart. Diese Kühlmitteleinheit ent­ hält eine Membran, die den drehfesten Dichtring in Anlage mit dem umlaufenden Dichtring drückt, wenn flüssiges Kühl­ mittel der Kühlmitteleinheit zugeführt wird. Ein Vorspannme­ chanismus treibt die Dichtringe auseinander, wenn kein flüs­ siges Kühlmittel vorhanden ist. Wenn der Kühlmitteldruck ausreichend groß ist, bewegt die unter diesem Druck stehende Membran den Dichtungsträger in axialer Richtung, um den drehfesten Dichtring in Anlage mit dem umlaufenden Dichtring zu drücken. Bei dieser Kühlmitteleinheit sorgt die Membran für eine Abdichtung, die eine Kühlmittelleckage vor dem Ge­ häuse verhindert. Der Einsatz der Membran zum Betätigen der Dichtungsanordnung erhöht jedoch die Kosten und den Aufwand derartiger Kühlmitteleinheiten.

Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Schwierigkeiten überwunden werden. Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.

Die vorliegende Erfindung schafft eine neuartige Dichtungs­ anordnung für eine Strömungsmittelkupplung, welche eine Leckage im vorderen Bereich zwischen einem Abschnitt einer Dichtung der Strömungskupplung, die innerhalb eines Strö­ mungskanals des Gehäuses der Strömungskupplung axial gleit­ bar ist, und der Innenwand des Gehäuses, entlang welcher der Abschnitt der Dichtung gleitet, verhindert. Die Dich­ tungsanordnung umfaßt einen Dichtring und einen Stützring.

Der Dichtring ist in einer Ringnut angeordnet, die in der Innenwand des Gehäuses gebildet ist, und liegt an einer Außenfläche des beweglichen Abschnittes der Dichtung an. Ge­ mäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist der Dicht­ ring so dimensioniert, daß er kleiner als die Ringnut ist, was begrenzte Bewegungen des Dichtringes innerhalb der Nut zuläßt. Der Stützring umgibt die bewegliche Dichtung und er­ streckt sich in die Ringnut in der Innenwand des Gehäuses hinein. Der Stützring ist innerhalb der Nut so ausgerichtet, daß er eine Schrägfläche für eine Ecke der Nut bildet und dem Dichtring zugewandt ist. Die Schrägfläche wird bei einer Axialbewegung des beweglichen Abschnittes der Dichtung von dem Dichtring erfaßt, was die Bewegung des Dichtringes in­ nerhalb der Nut begrenzt. Somit wird der Dichtring nicht entlang der Fläche der beweglichen Dichtung bzw. des glei­ tenden Trägers in den Spalt zwischen der Innenwand des Ge­ häuses und der Außenfläche der beweglichen Dichtung gezogen, so daß die Abnutzung des Dichtringes zu einem Minimum wird, was die Lebensdauer des Dichtringes erhöht.

Die durch die vorliegende Erfindung geschaffene Dichtungsan­ ordnung ist besonders geeignet zur Anwendung bei umlaufenden Einheiten mit einer strömungsmittelbetätigten Dichtung in Form einer Gleitringdichtung, die innerhalb des Gehäuses der Einheit angeordnet ist und für eine umlaufende Dichtung zwi­ schen dem Strömungsmitteleinlaß der Einheit und einem Aus­ laßkanal des Rotors sorgt. Die Gleitringdichtung besitzt einen umlaufenden Dichtring und einen drehfesten Dichtring, der in der Einlaßkammer gegenüber dem umlaufenden Dichtring angeordnet ist. Ein Träger lagert den drehfesten Dichtring so, daß er innerhalb der Einlaßkammer axial zum Gehäuse zwi­ schen einer ersten Stellung, in der der drehfeste Dichtring zu dem umlaufenden Dichtring beabstandet ist, und einer zweiten Stellung, in der die Dichtfläche des drehfesten Dichtringes an der Dichtfläche des umlaufenden Dichtringes anliegt, bewegbar ist. Die Gleitringdichtung wird durch Strömungsmittel betätigt, das in die Einlaßkammer eingeführt wird und auf den drehfesten Dichtring einwirkt, um ihn bei Fehlen eines vorgegebenen Strömungsmitteldrucks in der Ein­ laßkammer in der ersten Stellung zu halten und um den dreh­ festen Dichtring in eine zweite Stellung zu bewegen und ihn in der zweiten Stellung zu halten, solange Strömungsmittel­ druck vorhanden ist. Hierbei verhindert die Dichtungsanord­ nung praktisch jegliche Leckage im vorderen Bereich zwischen den Anlageflächen des Gehäuses und des Trägers, welcher den drehfesten Dichtring in und außer Anlage mit dem umlaufenden Dichtring bewegt.

Außerdem ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung der Dichtring bzw. O-Ring konstruktiv so ausgebildet, daß er an der äußeren ringförmigen Fläche des beweglichen Abschnittes der Dichtung dichtend anliegt und innerhalb der ringförmigen Nut in der Innenwand des Ge­ häuses "schwimmt" bzw. gleitet. Wenn es somit im Betrieb der umlaufenden Kühlmitteleinheit zu einer thermischen Expansion der Spindel bzw. Welle kommt, bewirkt diese thermische Ex­ pansion den vorgegebenen Öffnungsabstand zwischen der umlau­ fenden und der drehfesten Dichtfläche. Unter diesen Umstän­ den kann der O-Ring niemals auf dem beweglichen Abschnitt der Dichtung rollen; statt dessen kann er lediglich inner­ halb der Ringnut gleiten bzw. "schwimmen", um für eine selbsttätige Verstellung der Spindelexpansion zu sorgen und dadurch den vorgegebenen Öffnungsabstand einzuhalten und eine Berührung während eines Trockenlaufzustandes zu vermei­ den.

Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine umlaufende Kühlmitteleinheit, teilweise in Explosionsdarstellung, mit einer Dichtungsanord­ nung gemäß der Erfindung, bei der die Kühlmittel­ einheit extern in Funktionsbeziehung zu einer um­ laufenden Welle einer Vorrichtung zum Kuppeln des Auslasses einer Kühlmittelquelle mit der umlaufen­ den Welle gelagert ist;

Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht der umlaufenden Kühlmitteleinheit, die in ihrem betriebsfreien und drucklosen Zustand gezeigt ist;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des durch einen Kreis in Fig. 2 bezeichneten Abschnittes der umlaufenden Kühlmitteleinheit zum Veranschaulichen der Bezie­ hung zwischen dem O-Ring und dem Stützring, wenn sich die Kühlmitteleinheit in ihrem betriebsfreien und drucklosen Zustand befindet;

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Stützring der Kühlmittel­ einheit;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Stützringes;

Fig. 6 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht der Kühlmit­ teleinheit, die sich in dieser Figur in ihrem Be­ triebs- bzw. Druckzustand befindet;

Fig. 7 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht zum Veran­ schaulichen der Beziehung zwischen dem O-Ring und dem Stützring, wenn sich die Kühlmitteleinheit in ihrem Betriebszustand befindet.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Die umlaufende Kühlmitteleinheit 10, die in Fig. 1 teilweise in Explosions­ darstellung perspektivisch gezeigt ist, wird dazu verwendet, ein Kühlmittel in flüssigem Zustand von einer Kühlmittel­ quelle 11 zu einer treibenden Welle 12 einer mit flüssigen Kühlmittel zu versorgenden Vorrichtung wie z. B. einem umlau­ fenden Bohrkopf (nicht gezeigt) zu fördern. Die umlaufende Kühlmitteleinheit 10 bildet eine Schnittstelle zwischen dem Auslaß der Kühlmittelquelle 11 und der Welle 12, mit der die Drehvorrichtung verbunden ist. Die Welle 12 ist in einem Spindelkasten 13 gelagert, der an einer Grundplatte 14 festangebracht ist. Das getriebene Ende 15 der Welle 12 er­ streckt sich aus dem Spindelkasten 13 heraus. Die Welle 12 ist mit einer Bohrung 17 versehen, durch die das Kühlmittel der Drehvorrichtung zugeführt wird. Das getriebene Ende der Welle 12 trägt eine Riemenscheibe 19, welche die Drehung der Welle 12 durch einen motorgetriebenen Riemen 21 erleichtert.

Die Kühlmitteleinheit 10 weist eine "Patrone" 16, einen Stummelrotor 18 und einen Adapter 20 auf. Der Rotor 18 ist mit der umlaufenden Welle 12 verbunden, die das Kühlmittel durch die Kühlmitteleinheit empfangen soll. Der Rotor 18 wird von dem Antriebselement angetrieben, mit dem er gekop­ pelt ist, und läuft mit einer durch das Antriebselement vor­ gegebenen Drehzahl von bis zu 20 000 U/min um.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kühlmit­ teleinheit 10 extern abgestützt, wobei der Rotor 18 an dem Ende der Welle 12 angebracht und die Patrone 16 mittels des Adapters 20 an der Grundplatte 14 festgemacht ist. Die Grundplatte 14 bildet eine stationäre Auflagefläche, die eine präzise axiale Ausrichtung der Patrone 16 bezüglich des Rotors 18 ermöglicht, so daß die Dichtflächen eines drehfe­ sten Dichtringes und eines umlaufenden Dichtringes einer Gleitringdichtung präzise aneinander anliegen können, wie noch erläutert wird. Eine Spannvorrichtung 22 mit einer Be­ festigungsbasis 23 und einem Befestigungspfosten 24 hält den Adapter 20 an der Grundplatte 14. Die Befestigungsbasis 23 ist an der Grundplatte 14 befestigt. Der Adapter 20 besitzt eine Gewindebohrung (nicht gezeigt) an seiner Unterseite, welche ein Ende 25 (Fig. 2) des Befestigungspfostens 24 auf­ nimmt. Das andere Ende 26 des Befestigungspfostens 24 ist in einer von mehreren Gewindebohrungen 27, die in der Oberseite der Befestigungsbasis 23 gebildet sind. Die Vielzahl von Ge­ windebohrungen 27 in der Befestigungsbasis 23 bietet die Möglichkeit, daß die Spannvorrichtung 22 umlaufende Einhei­ ten unterschiedlicher Größe und Abmessungen aufnehmen kann.

Die in Fig. 1 dargestellte Befestigungsanordnung ist eine standardmäßige Grundplattenkonfiguration, bei der der Adap­ ter 20 von der an der Grundplatte vorgesehenen Spannvorrich­ tung 22 gehalten wird. Alternativ hierzu kann die Kühlmitteleinheit von oben her abgestützt werden oder sie kann selbsttragend ausgebildet sein, wie dies im Stand der Technik an sich bekannt ist. Bei einer von oben abgestützten Befestigungsanordnung ist der Adapter an einem Klemmechanis­ mus ausgehängt, der an der Oberseite des Spindelkastens an­ gebracht ist, um die Patrone in axialer Ausrichtung zu dem Rotor zu halten. Selbsttragende Einheiten umfassen einen La­ germechanismus wie z. B. eine oder mehrere Rollenlager, um den Rotor 18 relativ zum Gehäuse der Kühlmitteleinheit zu lagern und auszurichten und dadurch den umlaufenden Dicht­ ring zu dem drehfesten Dichtring axial ausgerichtet zu hal­ ten.

Es wird nun auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Die Patrone 16 umfaßt eine Endkappe 30, eine Gleitringdichtung 32 und eine Dichtungsanordnung 33. Die Endkappe 30 und der Adapter 20 bilden ein zylindrisches Gehäuse für die umlaufende Ein­ heit, wobei das Gehäuse mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnet ist. Das Innere des Gehäuses 34 bildet eine Dichtungskammer 35, die die Gleitringdichtung 32 aufnimmt.

Die Endkappe 30 besitzt eine Seitenwand 37 mit einem ring­ förmigen Befestigungsflansch 37a, durch die die Endkappe 30 durch geeignete Befestigungsmittel wie z. B. Schrauben 31 an dem Adapter 20 befestigt ist, wie noch genauer beschrieben wird. Die Endkappe 30 besitzt eine zylindrische Bohrung 40, welche einen Strömungskanal bildet, der axial zu der End­ kappe 30 verläuft und der einen Strömungseinlaß 44 bildet, welcher auf einer Linie mit dem Strömungskanal liegt. Der Strömungseinlaß 44 ist an einer Zufuhrleitung 28 an­ schließbar, wie in Fig. 1 gezeigt ist, um an dem Auslaß der Kühlmittelquelle 11 angeschlossen zu werden. Die Innenfläche 43 desjenigen Abschnittes der Endkappe 30, der den Strö­ mungseinlaß 44 bildet, kann mit Innengewinde versehen sein, um den Anschluß an der Zufuhrleitung 28 zu erleichtern, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Wenngleich die dargestellte Kühlmit­ teleinheit eine geradlinig verlaufende Kühlmitteleinheit ist, bei der die Achse des Strömungseinlasses 44 zu der Achse des Strömungskanals 42 ausgerichtet ist, kann jedoch der Strömungseinlaß 44 auch rechtwinklig zu dem Strömungska­ nal 42 angeordnet sein; eine derartige Einheit wird übli­ cherweise als 90°-Einheit bezeichnet.

Die Endkappe 30 umfaßt ein topfförmiges Adapterteil 30a, das mit Preßsitz an ihrem vorderen Ende angeordnet ist. Das Adapterteil 30a besitzt einen zylindrischen Seitenwandab­ schnitt 50 mit einer Stirnwand 52 an einem Ende 53. Der ringförmige Adapter 20 ist so ausgebildet, daß er das Adap­ terteil 30a aufnehmen kann, und besitzt Gewindebohrungen 56, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, um die Verbindung des Adapters 20 mit der Endkappe 30 durch die Schrauben 31 zu erleichtern. Das Adapterteil 30a besitzt in seiner Stirnwand 52 eine axiale Öffnung 57, durch die der Rotor 18 verläuft. Das Adapterteil 30a besitzt drei Entlüftungslöcher, wie z. B. das Entlüftungsloch 58, die in der Seitenwand 50 angrenzend an die Dichtungskammer 35 gebildet sind und mit gleichmäßi­ gem Abstand um den Umfang des Adapterteils 30a herum ver­ teilt sind. Diese Entlüftungslöcher ermöglichen es, daß flüssiges Kühlmittel aus der Dichtungskammer 35 zur Außen­ seite des Gehäuses 34 geleitet wird, wenn die durch die Dichtringe gebildete Dichtung sich abzunutzen beginnt. Eine derartige Kühlmittelleckage bildet eine frühzeitige Anzeige eines Dichtungsverschleißes und verhindert einen Flüssig­ keitsaufbau innerhalb der Dichtungskammer. Bei dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel besteht das Adapterteil 30a aus Aluminium.

Der Rotor 18 weist eine Trommel 70 aus Stahl auf, deren eines Ende 62 mit einem Hohlraum 64 versehen ist. Der Rotor 18 besitzt an seinem gegenüberliegenden Ende 67 eine Um­ fangsnut 66, welche einen Dichtring in Form eines O-Ringes 68 aufnimmt, um eine Abdichtung zwischen dem Rotor 18 und der Innenfläche der Welle 12 zu bilden.

Bei näherer Betrachtung der Gleitringdichtung 32 zeigt sich, daß der umlaufende Dichtring 36 ein einstückiges Teil aus Siliziumcarbid ist. Der umlaufende Dichtring 36 weist einen allgemein ebenen, scheibenförmigen Dichtungsabschnitt 70 mit einer durch deren Mitte verlaufenden Öffnung 71 auf, welche eine ringförmige Dichtfläche 36a und einen zylindrischen Be­ festigungsabschnitt 72 definiert. Der umlaufende Dichtring 36 ist an dem Rotor 18 so angebracht, daß sein Befestigungs­ abschnitt 72 von dem Hohlraum 64 an dem Ende 62 der Trommel 60 des Rotors 18 aufgenommen wird. Der Dichtring 36 ist an dem Rotor 18 in geeigneter Weise befestigt, wie dies im Stand der Technik bekannt ist.

In ähnlicher Weise ist der drehfeste Dichtring 38 ein allge­ mein ebenes, scheibenförmiges Teil, das aus Siliziumcarbid besteht. Der drehfeste Dichtring 38 ist in seiner Mitte mit einer Öffnung 39 versehen, was eine ringförmige Dichtfläche 38a bildet, die in Größe und Form der Dichtfläche 36a ent­ spricht. Die einander zugewandten Dichtflächen 36a und 38a der Dichtringe sind gelappt, so daß sie präzise aneinander anliegen, wenn die Dichtflächen der beiden Dichtringe mit­ einander in Anlage gebracht werden.

Der drehfeste Dichtring 38 ist an einem Träger 40 angebracht und befestigt. Der Träger 40 ist ein hohlzylindrisches hül­ senförmiges Teil, das einen Seitenwandabschnitt 76 mit einem Flansch 77 an einem Ende 78 aufweist, der mit einer ringför­ migen Schulter 79 versehen ist. Der Träger 40 ist an seinem inneren Rand 78 gegengebohrt, um eine Ausnehmung 80 zu bil­ den, die den Dichtring 38 aufnimmt. Mehrere Verkeilungs-Nu­ ten 81 sind entlang des Umfangs des Trägers 40 gebildet. Die Nuten 81 sind zu entsprechenden Öffnung 82 in der Endkappe 30 ausgerichtet. Rollenstifte 83 verlaufen durch die Nuten 81 in die Öffnungen 82, um den Träger 40 an der Endkappe 30 festzulegen und dadurch eine Drehung des Trägers 40 sowie des von ihm getragenen Dichtrings 38 relativ zur Endkappe 30 zu verhindern, wenn der Dichtring 38 an dem umlaufenden Dichtring 36 anliegt.

Der Rand des Trägers 40 ist an seinem gegenüberliegenden Ende 84 radial nach außen schräg verlaufend ausgebildet, wo­ durch ein ringförmiger Kanal 85 zwischen dem Umfangsende 84 des Trägers 40 und der Innenfläche 37b der Seitenwand 37 der Endkappe 30 gebildet wird. Der drehfeste Dichtring 38 und der Träger 40 sind so dimensioniert und zur Achse des Strö­ mungskanals 42 so ausgerichtet, daß sie eine axiale Gleitbe­ wegung innerhalb des Strömungskanals 42 in Richtung auf den umlaufenden Dichtring an dem Rotor 18 sowie weg von diesen ausführen können.

Um bei fehlendem Kühlmitteldruck den drehfesten Dichtring 38 außer Anlage mit dem umlaufenden Dichtring 36 zu halten, ist eine Druckfeder 86 in Form einer Schraubenfeder innerhalb der Dichtungskammer 36 angeordnet. Die Feder 86 umgibt den Rotor 18 und den Träger 40 und ist zwischen der Schulter 79 des Trägers 40 und der Innenfläche 87 der Stirnwand 52 des Adapters 20 angeordnet. Die Kraft der Druckfeder 86 wird nach hinten, d. h. nach rechts in Fig. 2, auf das Ende 78 des Trägers 40 übertragen. Bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel besteht die Feder aus rostfreiem Stahl.

Die Dichtungsanordnung 33 verhindert eine Leckage vor dem Träger 40 durch den Spalt 88 zwischen der Außenfläche 76a der Seitenwand 76 des Trägers 40 und der Innenfläche 37b der Endkappe 30 in die Dichtungskammer 35 hinein. Die Dichtungs­ anordnung 33 weist einen Dichtring 89 und einen Stützring 90 auf. Der Dichtring 89 ist ein O-Ring, der in einer Ringnut 91 in der Innenfläche der Seitenwand 37 der Endkappe gebil­ det ist und auf dem Träger 40 sitzt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Außendurchmesser des O-Rings 89 5 mm.

Es wird nun auf die Fig. 2, 4 und 5 Bezug genommen. Der Stützring 90 besteht aus einem steifen Material wie z. B. Nylon. Der Stützring 90 hat einen allgemein rechteckigen Querschnitt. Der Stützring 90 weist eine Öffnung 92 auf, de­ ren Innendurchmesser dem Außendurchmesser 76a des Trägers 40 entspricht. Der Stützring besitzt eine ringförmige hintere Fläche 93 und eine vordere Fläche 94, welche von dem Rand 95 der Öffnung 92 aus radial nach außen zu dem Umfangsrand 96 seiner hinteren Fläche 93 verläuft. Der Stützring 90 ist auf dem Träger 40 so gelagert, daß er sich um den Umfang des Trägers 40 erstreckt und seine Schrägfläche 94 in die Ring­ nut 91 hinein verläuft.

Es wird nun auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat die rechteckig ausge­ bildete Ringnut 91 eine radiale Abmessung "a" von ungefähr 5,5 mm zwischen der Außenfläche 76a der Seitenwand 76 des Trägers 40 und der Außenwand 100 der Ringnut 91 und eine Um­ fangsabmessung "b" von ungefähr 6 mm zwischen den einander gegenüberliegenden parallel verlaufenden Endwänden 98 und 99 der Ringnut 91. Somit ist die axiale Länge und Tiefe der Nut 91 größer als der Durchmesser des O-Rings 89. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, hat der O-Ring 89 kleinere Abmessungen als die ringförmige Dichtungskammer, so daß der O-Ring 89 innerhalb der Ringnut 91 "schwimmen" bzw. gleiten kann, wenn sich der Träger 40 axial nach vorne bewegt, wobei er den drehfesten Dichtring in Anlage mit dem umlaufenden Dichtring bewegt, und wenn er sich nach hinten bewegt, wobei er den drehfesten Dichtring außer Anlage mit dem umlaufenden Dichtring bewegt.

Es wird nun auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen. Wenn flüs­ siges Kühlmittel durch die Kühlmitteleinheit 10 einer Vor­ richtung wie z. B. einem umlaufenden Bohrkopf, der mit der Welle 12 verbunden ist und von ihr gedreht wird, zugeführt werden soll, ist der Strömungseinlaß 42 der Kühlmittelein­ heit 10 durch die Leitung 28 mit der Kühlmittelquelle 11 für unter Druck stehendes flüssiges Kühlmittel verbunden, das durch die umlaufende Einheit 10 der zugehörigen Vorrichtung zugeführt werden soll. Anfangs wird der drehfeste Dichtring 38 durch die Federn 86 außer Anlage mit dem umlaufenden Dichtring 36 gehalten. In diesem Zustand stehen der O-Ring 89 und der Stützring 90 vorzugsweise sämtlich in Berührung miteinander weg von der Endwand 99 der Ringnut 91, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn flüssiges Kühlmittel dem Strö­ mungseinlaß 41 zugeführt wird und dann in den Strömungskanal 42 strömt, wird ein Teil des unter Druck stehenden Kühlmit­ tels dem Umfangsrand des Trägers 40 zugeführt und tritt hierbei in den Ringkanal 85 ein, so daß es eine Kraft auf den Träger 40 ausübt. Wenn der Strömungsdruck des flüssigen Kühlmittels groß genug wird, um die Vorspannkraft der Feder 86 zu überwinden, wird der Träger 40 durch die Kraft der Kühlmittelströmung in die Betriebsstellung, d. h. nach links in Fig. 2 bewegt, wobei er den drehfesten Dichtring 38 in Anlage mit dem umlaufenden Dichtring 36 drückt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Im Betriebszustand fließt das Kühl­ mittel durch den Strömungskanal 42 in der Endkappe 30 durch die aneinander anliegenden Dichtringe 36 und 38 der Gleitringdichtung 32 und durch die Bohrung 17 in dem Rotor 18 zu der Drehvorrichtung, die mit dem Kühlmittel zu versor­ gen ist. Wenn, wie in Fig. 7 gezeigt ist, der Träger 40 in seine Betriebsstellung bewegt wird, wird der O-Ring 89 in Anlage mit der Schrägfläche 94 des Stützringes 90 und mit der Endwand 99 der Ringnut 91 bewegt, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Der dreieckige Stützring 90 füllt den Raum in der Ecke zwischen dem O-Ring 89 von kreisförmigem Quer­ schnitt und den rechtwinkligen angrenzenden Wänden 99 und der Außenfläche 76a der Seitenwand 76 innerhalb der Nut 91.

Der drehfeste Dichtring 38 wird mit dem umlaufenden Dicht­ ring 36 so lange in Anlage gehalten, wie der Strömungsdruck in der Kühlmitteleinheit aufrechterhalten bleibt. Wenn der Strömungsmitteldruck auf einen Wert absinkt, der nicht aus­ reicht, um die Kraft der Druckfeder 86 zu überwinden, bewegt sich der Träger 40 unter der Kraft der Druckfeder, wodurch der Dichtring 38 außer Anlage mit dem Dichtring 36 bewegt wird und somit die Kühlmitteleinheit in den drucklosen Außerbetriebszustand, d. h. in die in Fig. 2 gezeigte Stel­ lung zurückkehrt. Der O-Ring 89 wird von dem Träger 40 zu­ rück in Richtung auf die Endwand 98 in die in Fig. 3 ge­ zeigte Stellung bewegt.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine verbesserte Dichtungsanordnung zum Verhindern einer Leckage zwischen einem Abschnitt einer Dichtung, die innerhalb der Durch­ gangsbohrung eines Gehäuses axial gleitbar ist, und der In­ nenwand des Gehäuses der Kühlmitteleinheit, entlang der die Dichtung gleitet. Die Dichtungsanordnung umfaßt einen O- Ring, der in einer ringförmigen Nut in der Innenwand des Ge­ häuses angeordnet ist, sowie einen Stützring, der von dem Träger getragen wird und sich in die Ringnut hinein er­ streckt. Der O-Ring ist so bemessen, daß er kleiner als die Ringnut ist. Der Stützring bildet eine Schrägfläche, die dem O-Ring zugewandt ist und die bei einer Axialbewegung der Dichtung von dem O-Ring erfaßt wird, um die Bewegung des O- Ringes zu begrenzen. Die begrenzte Bewegung des O-Rings minimiert den Verschleiß der Dichtung, wodurch ihre Lebens­ dauer erhöht wird.

Außerdem ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Dichtring bzw. O-Ring konstruktiv so ausgebildet, daß er an der äuße­ ren Ringfläche des beweglichen Abschnittes der Dichtung dichtend anliegt und innerhalb der Ringnut in der Innenwand des Gehäuses "schwimmt" bzw. gleitet. Wenn somit eine ther­ mische Expansion der Spindel bzw. Welle in Betrieb der um­ laufenden Kühlmitteleinheit auftritt, bewirkt diese thermi­ sche Expansion die vorgegebene Öffnungsdistanz zwischen der umlaufenden und der drehfesten Dichtfläche. Unter diesen Be­ dingungen kann der O-Ring niemals auf dem beweglichen Ab­ schnitt der Dichtung rollen; vielmehr gleitet bzw. "schwimmt" er innerhalb der Ringnut, um für eine selbsttä­ tige Verstellung für die Spindelexpansion zu sorgen, um die vorgegebene Öffnungsdistanz aufrechtzuerhalten und eine Be­ rührung im Trockenlaufbetrieb zu verhindern.

Wenngleich die vorliegenden Erfindung in Verbindung mit be­ vorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, versteht es sich jedoch, daß zahlreiche Abwandlungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise wurde die Dichtungsanordnung im Zusammenhang mit einer Strö­ mungskupplung und insbesondere einer umlaufenden Kühlmitte­ leinheit beschrieben; die Dichtungsanordnung kann jedoch auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine Abdichtung zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen erforderlich ist. Wenngleich bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Ringnut in der Wand des Gehäuses ge­ bildet ist, kann die Ringnut auch in der Umfangsfläche des Trägers vorgesehen werden, und die Innenfläche des Gehäuses kann eine Abstützfläche bilden, die sich in die Nut hinein erstreckt, um die Bewegungen des Dichtungsteils zu "steu­ ern".

Claims (15)

1. Strömungsmittelkupplung mit einem Gehäuse (34), das einen Strömungseinlaß (44), einen Strömungsauslaß und einen sich durch das Gehäuse erstreckenden Strömungskanal (42, 76) aufweist, welcher den Strömungseinlaß mit dem Strö­ mungsauslaß verbindet, einer Dichtung (32), die in dem Strö­ mungskanal angeordnet ist und einen zylindrischen Dichtungsträger (40) aufweist, dessen Außenfläche (88) an der Innenfläche (37b) des Gehäuses (34) anliegt, wobei der Träger (40) innerhalb des Strömungskanals entlang der Innen­ fläche des Gehäuses axial gleitbar ist, und einer Dichtungs­ anordnung (33), die eine Leckage vor der Dichtung (32) zwi­ schen den aneinander anliegenden Flächen des Trägers und des Gehäuses praktisch verhindert, wobei die Dichtungsanordnung aufweist:
einen Dichtring (89), der in einer Ringnut (91) in der Innenfläche des Gehäuses (34) angeordnet ist und der an dem Träger (40) anliegt,
wobei die Breite der Ringnut (91) in axialer Rich­ tung des Strömungskanals größer als der Außendurchmesser des Dichtringes (89) ist, damit der Dichtring innerhalb der Nut in Abhängigkeit von axialen Gleitbewegungen des Trägers in­ nerhalb des Strömungskanals bewegbar ist, und
einen Stützring (90), der den Träger (40) umgibt und mit einem radial vorstehenden Abschnitt sich in die Ringnut hinein erstreckt, wobei der vorstehende Abschnitt des Stützringes (90) eine Schrägfläche (94) für eine Ecke der Ringnut bildet, wobei die Schrägfläche (94) dem Dicht­ ring (89) zugewandt ist und bei axialen Relativbewegungen zwischen der Dichtungsanordnung (32) und dem Gehäuse (34) von dem Dichtring (89) erfaßt wird, um die Bewegung des Dichtrings innerhalb der Ringnut zu begrenzen.

2. Strömungsmittelkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (90) einen dreieckigen Querschnitt hat.

3. Strömungsmittelkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (91) zwei parallele Seiten (98, 99) aufweist, die in axialer Richtung des Strö­ mungskanals (42, 76) beabstandet sind, und daß der Dichtring (89) an einer Seite der Ringnut anliegt, wenn sich der Trä­ ger (40) in einer ersten Stellung befindet, um für eine Ab­ dichtung dazwischen zu sorgen, und innerhalb der Ringnut gleitet, wenn sich der Träger in einer zweiten Stellung be­ findet.

4. Strömungsmittelkupplung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (90) eine zentrale Öffnung (92) zur leichteren Lagerung des Stützringes auf dem Träger (40) aufweist, wobei der Innen­ durchmesser der Öffnung (92) größer als der Außendurchmesser des Trägers (40) ist, so daß der Stützring auf dem Träger gleitbar ist.

5. Strömungsmittelkupplung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring ein O-Ring (89) ist.

6. Strömungsmittelkupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (91) einen rechteckigen Querschnitt, und der Dichtring (89) einen kreisförmigen Querschnitt hat, so daß ein Raum zwischen be­ nachbarten Seiten der Ringnut und des Dichtringes gebildet wird, wobei dieser Raum durch den vorstehenden Abschnitt des Stützringes (90) im wesentlichen gefüllt ist, wenn der Trä­ ger (40) sich in seiner zweiten Stellung befindet.

7. Strömungsmittelkupplung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen der Breite der Ringnut (91) und dem Außendurchmesser des O-Rin­ ges (89) ungefähr 1 mm beträgt.

8. Umlaufende Einheit mit einem Gehäuse (34), das einen Strömungseinlaß (44), einen Strömungsauslaß und einen Strömungskanal (42, 76) aufweist, welcher den Strömungsein­ laß mit dem Strömungsauslaß verbindet, einen Rotor (18), der mit einer Drehvorrichtung (13) kuppelbar ist und einen Aus­ laß aufweist, der sich axial durch den Rotor erstreckt und so angeordnet ist, daß der Auslaß mit dem Strömungsauslaß des Gehäuses in Strömungsverbindung steht, um Strömungsmit­ tel durch die umlaufende Einheit der Drehvorrichtung (13) zuzuführen, einer Drehdichtung (32), die in dem Strömungska­ nal angeordnet ist und eine Abdichtung zwischen dem Strö­ mungsauslaß des Gehäuses und dem Auslaß des Rotors bildet, wobei die Drehdichtung einen zylindrischen Dichtungsträger (40) aufweist, dessen Außenfläche (88) an der Innenfläche des Gehäuses (34) anliegt und entlang der Innenfläche des Gehäuses (34) zwischen einer ersten und einer zweiten Stel­ lung axial gleitbar ist, und einer Dichtungsanordnung (33) zum Verhindern einer Leckage im vorderen Bereich vorbei an dem Träger (40) der Drehdichtung zwischen den Anlageflächen des Trägers und Gehäuses, wobei die Dichtungsanordnung auf­ weist:
einen Dichtring (89), der auf dem Träger (40) ge­ lagert und in einer Ringnut (98) in der Innenwand des Gehäu­ ses (34) angeordnet ist, wobei die Tiefe (a) der Ringnut und die Breite der Ringnut in axialer Richtung des Strömungska­ nals größer sind als der Außendurchmesser des Dichtrings (89), so daß der Dichtring innerhalb der Ringnut in Abhän­ gigkeit von axialen Gleitbewegungen des Trägers innerhalb des Strömungskanals bewegbar ist, wenn der Träger zwischen der ersten und zweiten Stellung verstellt wird, und
einen auf dem Träger (40) angeordneten Stützring (90), der einen sich in die Ringnut erstreckenden radial vorstehenden Abschnitt aufweist, wobei der Dichtring (89) in Anlage mit dem vorstehenden Abschnitt des Stützringes (90) bewegbar ist, wenn der Träger aus der ersten in die zweite Stellung verstellt wird, so daß der Stützring (90) bei einer Bewegung des Trägers (40) in die zweite Stellung die Bewe­ gung des Dichtringes (90) innerhalb der Ringnut (91) be­ grenzt.

9. Umlaufende Einheit nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stützring (90) einen dreieckigen Quer­ schnitt hat, und daß der radial vorstehende Abschnitt eine Schrägfläche (94) bildet, an die sich der Dichtring (89) an­ legen kann.

10. Umlaufende Einheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (91) zwei parallele Seiten (98, 99) aufweist, die in axialer Richtung des Strömungska­ nals (42, 76) beabstandet sind, und daß der Dichtring (89) an einer Seite der Ringnut anliegt, wenn sich der Träger (40) in einer ersten Stellung befindet, um für eine Abdich­ tung dazwischen zu sorgen, und innerhalb der Ringnut glei­ tet, wenn sich der Träger in einer zweiten Stellung befin­ det.

11. Umlaufende Einheit nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (90) eine zen­ trale Öffnung (92) zur leichteren Lagerung des Stützringes auf dem Träger (40) aufweist, wobei der Innendurchmesser der Öffnung (92) größer als der Außendurchmesser des Trägers (40) ist, so daß der Stützring auf dem Träger gleitbar ist.

12. Umlaufende Einheit nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring ein O-Ring (89) ist.

13. Umlaufende Einheit nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (91) einen rechteckigen Querschnitt, und der Dichtring (89) einen kreisförmigen Querschnitt hat, so daß ein Raum zwischen be­ nachbarten Seiten der Ringnut und des Dichtringes gebildet wird, wobei dieser Raum durch den vorstehenden Abschnitt des Stützringes (90) im wesentlichen gefüllt ist, wenn der Trä­ ger (40) sich in seiner zweiten Stellung befindet.

14. Umlaufende Einheit nach Anspruch 12 oder 13, da­ durch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen der Breite der Ringnut (91) und dem Außendurchmesser des O-Rin­ ges (89) ungefähr 1 mm beträgt.

15. Umlaufende Einheit mit einem Gehäuse, das eine Einlaßkammer aufweist, einem Rotor, der mit einer Drehvor­ richtung kuppelbar ist, um durch die umlaufende Einheit ge­ leitete Flüssigkeit der Drehvorrichtung zuzuführen, wobei der Rotor einen Auslaßkanal aufweist, der sich axial durch ihn hindurcherstreckt, und einer Dichtung zwischen der Ein­ laßkammer und dem Auslaßkanal, welcher einen umlaufenden Dichtring, einen drehfesten Dichtring und einen Dichtungs­ träger aufweist, wobei der umlaufende Dichtring drehfest an dem Rotor angebracht ist und eine Dichtfläche aufweist, der drehfeste Dichtring in der Einlaßkammer angeordnet ist und eine Dichtfläche aufweist, die der Dichtfläche des umlaufen­ den Dichtringes entgegengerichtet ist, der Träger den dreh­ festen Dichtring so abstützt, daß er innerhalb der Einlaß­ kammer axial zu dem Gehäuse zwischen einer ersten Stellung, in der die Dichtfläche des drehfesten Dichtringes zu der Dichtfläche des umlaufenden Dichtringes beabstandet ist, und einer zweiten Stellung, in der die Dichtfläche des drehfe­ sten Dichtringes an der Dichtfläche des umlaufenden Dicht­ ringes anliegt, bewegbar ist, und einer Dichtungsanordnung zum Verhindern einer Leckage im vorderen Bereich durch den Spalt zwischen der Innenfläche des Gehäuses und dem Träger, wobei die Dichtungsanordnung aufweist:
einen Dichtring, der in einer Nut in der Innenwand des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Breite der Nut in axialer Richtung des Auslaßkanals größer als der Außendurch­ messer des Dichtringes ist, so daß der Dichtring innerhalb der Nut in Abhängigkeit von axialen Gleitbewegungen des Trä­ gers innerhalb des Auslaßkanals bewegbar ist, wenn der Trä­ ger zwischen der ersten und zweiten Stellung verstellt wird, und
einen Stützring, der den Träger umgibt, wobei der Stützring einen radial vorstehenden Abschnitt aufweist, der sich in die Nut hinein erstreckt und eine Schrägfläche für eine Ecke der Nut bildet, der Dichtring in Anlage mit der Schrägfläche bewegbar ist, wenn der Träger aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verstellt wird, so daß der Stützring bei einer Verstellung des Trägers in die zweite Stellung Bewegungen des Dichtringes innerhalb der Nut be­ grenzt.