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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Drehführung für ein Fluid, insbesondere für eine Kühlmitteleinheit,
und eine umlaufende Einheit mit einer derartigen Drehführung.
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Strömungsmittelkupplungen
in Form von umlaufenden Einheiten werden häufig beim Hochgeschwindigkeitsbohren,
bei Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinenspindeln, bei Kupplungs- und
Bremseinrichtungen und bei anderen Anwendungen, wo es erforderlich
ist, den Auslaß von
Strömungsmittelquelle
mit umlaufenden Vorrichtungen zu kuppeln, eingesetzt. Bei Hochgeschwindigkeitsbohrmaschinen
beispielsweise werden umlaufende Einheiten dazu benutzt, eine Flüssigkeit
wie z.B. ein Kühlmittel
auf Wasserbasis von einer Kühlmittelquelle
zu einem umlaufenden Bohrkopf zu leiten. Umlaufende Kühlmitteleinheiten
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 drehfesten 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 üblicherweise
als Trockenlaufen bezeichnet wird), so werden die Dichtflächen der
Dichtringe nicht geschmiert. Ein Trockenlaufen 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 Dichtringes, was wiederum zu einer Leckage an den
Dichtflächen
vorbei zur Folge hat, so daß ein oder
beide Dichtringe ausgewechselt werden müssen. Da der umlaufende Dichtring
entweder permanent am Rotor befestigt oder einstückig mit dem Rotor ausgebildet
ist, erfordert ein Auswechseln des beschädigten Dichtringes üblicherweise
ein Auswechseln der gesamten Rotoranordnung.
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Um
die mit dem Trockenlaufen zusammenhängenden Abnutzungsprobleme
zu lösen,
wurden umlaufende Kühlmitteleinheiten
entwickelt, bei denen sich der umlaufende Dichtring selbsttätig von dem
feststehenden Dichtring löst,
wenn kein flüssiges
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 ausgewählten bzw.
vorgegebenen Druck abfällt.
Der feststehende Dichtring 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.
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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 verhindern. Bei einer Ausführungsform
einer umlaufenden Kühlmitteleinheit
wird diese Abdichtung durch einen O-Ring erzielt, der in einer Ringnut
in der Innenfläche
des Gehäuses
angeordnet ist und an der Außenfläche des
Trägers
für den
drehfesten 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 Trägers entlang
gezogen. Die hieraus resultierende 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.
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Ein
weiteres Beispiel einer „Pop-Off"-Kühlmitteleinheit
mit einer strömungsmittelbetätigten Dichtungsanordnung
ist in der
US 4 976 282 offenbart.
Diese Kühlmitteleinheit
enthält
eine Membran, die den drehfesten Dichtring in Anlage mit dem umlaufenden
Dichtring drückt,
wenn flüssiges
Kühlmittel der
Kühlmitteleinheit
zugeführt
wird. Ein Vorspannmechanismus treibt die Dichtringe auseinander, wenn
kein flüssiges
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 Gehäuse
verhindert. Der Einsatz der Membran zum Betätigen der Dichtungsanordnung erhöht jedoch
die Kosten und den Aufwand derartiger Kühlmitteleinheiten.
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Eine
Drehdurchführung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus
DE 24 05 987 A1 bekannt.
Bei der dort gezeigten Drehdurchführung ist vor der Gleitringdichtung
eine Dichtungsanordnung mit einem Dichtring angeordnet, der in einer
Ringnut sitzt und an einem Träger
der Gleitringdichtung anliegt. Bei der Drehdurchführung dieser
Druckschrift wird der Träger
der Gleitringdichtung über
einen Spalt mit dem Druckmittel beaufschlagt, so daß die Stirnflächen der
Gleitringe ständig
miteinander in Kontakt gedrückt
werden. Wenngleich somit der Träger
relativ zu dem Dichtring gleitend verschiebbar ist, kommt es zu
entsprechenden relativen Gleitbewegungen jedoch nur in soweit, als
sich die Gleitringe abnutzen. Die axialen relati ven Gleitbewegungen zwischen
dem Dichtring und dem Träger
sind daher praktisch vernachlässigbar.
Aus diesem Grund ist der Gleitring in der Ringnut offensichtlich
so eingespannt, daß er
zumindest in radialer Richtung zusammengedrückt wird und daher praktisch
keine Bewegungen innerhalb der Ringnut ausführen kann.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Drehdurchführung sowie eine umlaufende Einheit
mit einer derartigen Drehdurchführung
zu schaffen, bei denen auch bei größeren axialen Relativbewegungen
zwischen dem Träger
und dem Gehäuse
ein Verschleiß des
Dichtringes minimiert wird.
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Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Patentansprüchen definiert.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine neuartige Dichtungsanordnung
für eine
Strömungsmittelkupplung,
welche eine Leckage im vorderen Bereich zwischen einem Abschnitt
einer Dichtung der Strömungskupplung,
die innerhalb eines Strömungskanals
des Gehäuses
der Strömungskupplung
axial gleitbar ist, und der Innenwand des Gehäuses, entlang welcher der Abschnitt
der Dichtung gleitet, verhindert. Die Dichtungsanordnung umfaßt einen
Dichtring und einen Stützring.
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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. Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist der Dichtring 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 erstreckt 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 innerhalb der Nut begrenzt. Somit wird
der Dichtring nicht entlang der Fläche der beweglichen Dichtung
bzw. des gleitenden Trägers
in den Spalt zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenfläche der
beweglichen Dichtung gezogen, so daß die Abnutzung des Dichtringes
zu einem Minimum wird, was die Lebensdauer des Dichtringes erhöht.
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Die
durch die vorliegende Erfindung geschaffene Dichtungsanordnung 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 zwischen dem Strömungsmitteleinlaß der Einheit
und einem Auslaßkanal
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
zwischen 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 Einlaßkammer
in der ersten Stellung zu halten und um den drehfesten Dichtring
in eine zweite Stellung zu bewegen und ihn in der zweiten Stellung
zu halten, solange Strömungsmitteldruck
vorhanden ist. Hierbei verhindert die Dichtungsanordnung 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.
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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 Gehäuses "schwimmt" bzw. gleitet. Wenn
es somit im Betrieb der umlaufenden Kühlmitteleinheit zu einer thermischen
Expansion der Spindel bzw. Welle kommt, bewirkt diese thermische
Expansion den vorgegebenen Öffnungsabstand
zwischen der umlaufenden und der drehfesten Dichtfläche. Unter
diesen Umständen
kann der O-Ring niemals auf dem beweglichen Abschnitt der Dichtung
rollen; statt dessen kann er lediglich innerhalb 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 vermeiden.
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Anhand
der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
umlaufende Kühlmitteleinheit, teilweise
in Explosionsdarstellung, mit einer Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung,
bei der die Kühlmittel einheit
extern in Funktionsbeziehung zu einer umlaufenden Welle einer Vorrichtung
zum Kuppeln des Auslasses einer Kühlmittelquelle mit der umlaufenden
Welle gelagert ist;
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2 eine
vertikale Schnittansicht der umlaufenden Kühlmitteleinheit, die in ihrem
betriebsfreien und drucklosen Zustand gezeigt ist;
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3 eine
vergrößerte Ansicht
des durch einen Kreis in 2 bezeichneten Abschnittes der
umlaufenden Kühlmitteleinheit
zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen dem O-Ring und dem Stützring,
wenn sich die Kühlmitteleinheit
in ihrem betriebsfreien und drucklosen Zustand befindet;
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4 eine
Draufsicht auf den Stützring
der Kühlmitteleinheit;
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5 eine
Seitenansicht des Stützringes;
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6 eine
der 2 entsprechende Ansicht der Kühlmitteleinheit, die sich in
dieser Figur in ihrem Betriebs- bzw. Druckzustand befindet;
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7 eine
der 3 entsprechende Ansicht zum Veranschaulichen der
Beziehung zwischen dem O-Ring und dem Stützring, wenn sich die Kühlmitteleinheit
in ihrem Betriebszustand befindet.
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Es
wird zunächst
auf 1 Bezug genommen. Die umlaufende Kühlmitteleinheit 10,
die in 1 teilweise in Explosionsdarstellung perspektivisch
gezeigt ist, wird dazu verwendet, ein Kühlmittel in flüssigem Zustand
von einer Kühlmittelquelle 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 erstreckt 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.
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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 gekoppelt ist, und läuft mit einer durch das Antriebselement
vorgegebenen Drehzahl von bis zu 20.000 U/min um.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
die Kühlmitteleinheit 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 drehfesten Dichtringes und eines umlaufenden Dichtringes einer
Gleitringdichtung präzise
aneinander anliegen können,
wie noch erläutert
wird. Eine Spannvorrichtung 22 mit einer Befestigungsbasis 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 (2) des Befestigungspfostens 24 aufnimmt.
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 Gewindebohrungen 27 in
der Befestigungsbasis 23 bietet die Möglichkeit, daß die Spannvorrichtung 22 umlaufende
Einheiten unterschiedlicher Größe und Abmessungen
aufnehmen kann.
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Die
in 1 dargestellte Befestigungsanordnung ist eine
standardmäßige Grundplattenkonfiguration,
bei der der Adapter 20 von der an der Grundplatte vorgesehenen
Spannvorrichtung 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 Klemmechanismus ausgehängt, der an der Oberseite des
Spindelkastens angebracht ist, um die Patrone in axialer Ausrichtung
zu dem Rotor zu halten. Selbsttragende Einheiten umfassen einen
Lagermechanismus wie z.B. eine oder mehrere Rollenlager, um den
Rotor 18 relativ zum Gehäuse der Kühlmitteleinheit zu lagern und
auszurichten und dadurch den umlaufenden Dichtring zu dem drehfesten
Dichtring axial ausgerichtet zu halten.
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Es
wird nun auf die 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 Einheit,
wobei das Gehäuse
mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnet ist. Das Innere des
Gehäuses 34 bildet eine
Dichtungskammer 35, die die Gleitringdichtung 32 aufnimmt.
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Die
Endkappe 30 besitzt eine Seitenwand 37 mit einem
ringförmigen
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 Endkappe 30 verläuft und
der einen Strömungseinlaß 44 bildet,
welcher auf einer Linie mit dem Strömungskanal liegt. Der Strömungseinlaß 44 ist
an einer Zufuhrleitung 28 anschließbar, wie in 1 gezeigt
ist, um an dem Auslaß der
Kühlmittelquelle 11 angeschlossen
zu werden. Die Innenfläche 43 desjenigen
Abschnittes der Endkappe 30, der den Strömungseinlaß 44 bildet,
kann mit Innengewinde versehen sein, um den Anschluß an der
Zufuhrleitung 28 zu erleichtern, wie in 1 gezeigt
ist. Wenngleich die dargestellte Kühlmitteleinheit 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 Strömungskanal 42 angeordnet
sein; eine derartige Einheit wird üblicherweise als 90°-Einheit
bezeichnet.
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Die
Endkappe 30 umfaßt
ein topfförmiges Adapterteil 30a,
das mit Preßsitz
an ihrem vorderen Ende angeordnet ist. Das Adapterteil 30a besitzt
einen zylindrischen Seitenwandabschnitt 50 mit einer Stirnwand 52 an
einem Ende 53. Der ringförmige Adapter 20 ist
so ausgebildet, daß er
das Adapterteil 30a aufnehmen kann, und besitzt Gewindebohrungen 56,
wie in den 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 gleichmäßigem Abstand
um den Umfang des Adapterteils 30a herum verteilt sind.
Diese Entlüftungslöcher ermöglichen
es, daß flüssiges Kühlmittel
aus der Dichtungskammer 35 zur Außenseite 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 Flüssigkeitsaufbau
innerhalb der Dichtungskammer. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht
das Adapterteil 30a aus Aluminium.
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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 Umfangsnut 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.
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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 Befestigungsabschnitt 72 definiert.
Der umlaufende Dichtring 36 ist an dem Rotor 18 so
angebracht, daß sein
Befestigungsabschnitt 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.
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In ähnlicher
Weise ist der drehfeste Dichtring 38 ein allgemein 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 entspricht.
Die einander zugewandten Dichtflächen 36a und 38a der Dichtringe
sind gelappt, so daß sie
präzise
aneinander anliegen, wenn die Dichtflächen der beiden Dichtringe
miteinander in Anlage gebracht werden.
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Der
drehfeste Dichtring 38 ist an einem Träger 40 angebracht
und befestigt. Der Träger 40 ist
ein hohlzylindrisches hülsenförmiges Teil,
das einen Seitenwandabschnitt 76 mit einem Flansch 77 an
einem Ende 78 aufweist, der mit einer ringförmigen Schulter 79 versehen
ist. Der Träger 40 ist
an seinem inneren Rand 78 gegengebohrt, um eine Ausnehmung 80 zu bilden,
die den Dichtring 38 aufnimmt. Mehrere Verkeilungs-Nuten 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.
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Der
Rand des Trägers 40 ist
an seinem gegenüberliegenden
Ende 84 radial nach außen
schräg verlaufend
ausgebildet, wodurch 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 Strömungskanals 42 so
ausgerichtet, daß sie
eine axiale Gleitbewegung innerhalb des Strömungskanals 42 in
Richtung auf den umlaufenden Dichtring an dem Rotor 18 sowie
weg von diesen ausführen
können.
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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 2, auf das
Ende 78 des Trägers 40 übertragen. Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht die Feder aus rostfreiem Stahl.
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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 Dichtungsanordnung 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 gebildet ist und auf dem
Träger 40 sitzt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
beträgt
der Außendurchmesser
des O-Rings 89 5 mm.
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Es
wird nun auf die 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,
deren 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 Ringnut 91 hinein verläuft.
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Es
wird nun auf die 2 und 3 Bezug genommen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
hat die rechteckig ausgebildete 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 Umfangsabmessung "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 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.
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Es
wird nun auf die 1 bis 3 Bezug genommen.
Wenn flüssiges
Kühlmittel
durch die Kühlmitteleinheit 10 einer
Vorrichtung 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
Kühlmitteleinheit 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 3 gezeigt ist. Wenn flüssiges Kühlmittel
dem Strömungseinlaß 41 zugeführt wird
und dann in den Strömungskanal 42 strömt, wird
ein Teil des unter Druck stehenden Kühlmittels 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 2 bewegt,
wobei er den drehfesten Dichtring 38 in Anlage mit dem
umlaufenden Dichtring 36 drückt, wie dies in 6 dargestellt
ist. Im Betriebszustand fließt
das Kühlmittel
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 versorgen ist. Wenn, wie in 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 7 dargestellt ist. Der dreieckige Stützring 90 füllt den
Raum in der Ecke zwischen dem O-Ring 89 von kreisförmigem Querschnitt
und den rechtwinkligen angrenzenden Wänden 99 und der Außenfläche 76a der
Seitenwand 76 innerhalb der Nut 91.
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Der
drehfeste Dichtring 38 wird mit dem umlaufenden Dichtring 36 so
lange in Anlage gehalten, wie der Strömungsdruck in der Kühlmitteleinheit
aufrechterhalten bleibt. Wenn der Strömungsmitteldruck auf einen
Wert absinkt, der nicht ausreicht, 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 2 gezeigte Stellung zurückkehrt.
Der O-Ring 89 wird von dem Träger 40 zurück in Richtung
auf die Endwand 98 in die in 3 gezeigte
Stellung bewegt.
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Die
vorliegende Erfindung schafft somit eine verbesserte Dichtungsanordnung
zum Verhindern einer Leckage zwischen einem Abschnitt einer Dichtung,
die innerhalb der Durchgangsbohrung eines Gehäuses axial gleitbar ist, und
der Innenwand des Gehäuses
der Kühlmitteleinheit,
entlang der die Dichtung gleitet. Die Dichtungsanordnung umfaßt einen
O-Ring, der in einer
ringförmigen
Nut in der Innenwand des Gehäuses
angeordnet ist, sowie einen Stützring,
der von dem Träger
getragen wird und sich in die Ringnut hinein erstreckt. 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 Lebensdauer erhöht
wird.
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Außerdem ist
gemäß der vorliegenden
Erfindung der Dichtring bzw. O-Ring konstruktiv so ausgebildet,
daß er
an der äußeren Ringfläche des
beweglichen Abschnittes der Dichtung dichtend anliegt und innerhalb
der Ringnut in der Innenwand des Gehäuses "schwimmt" bzw. gleitet. Wenn somit eine thermische
Expansion der Spindel bzw. Welle in Betrieb der umlaufenden Kühlmitteleinheit
auftritt, bewirkt diese thermische Expansion die vorgegebene Öffnungsdistanz
zwischen der umlaufenden und der drehfesten Dichtfläche. Unter
diesen Bedingungen kann der O-Ring niemals auf dem beweglichen Abschnitt
der Dichtung rollen; vielmehr gleitet bzw. "schwimmt" er innerhalb der Ringnut, um für eine selbsttätige Verstellung
für die
Spindelexpansion zu sorgen, um die vorgegebene Öffnungsdistanz aufrechtzuerhalten und
eine Berührung
im Trockenlaufbetrieb zu verhindern.
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Wenngleich
die vorliegenden Erfindung in Verbindung mit bevorzugten 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 Strömungskupplung
und insbesondere einer umlaufenden Kühlmitteleinheit 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
gebildet 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 "steuern".