DE20113651U1 - Labyrinthdichtung - Google Patents

Description

Beschreibung

Labyrinthdichtung

Die Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In den meisten Fällen werden flüssigkeitsbespritzte Wellendurchtrittsstellen an Getrieben, Motoren, Wendeeinrichtungen und ähnlichem mit berührenden Wellendichtungen abgedichtet. Dazu verwendet man in der Regel Elastomerdichtungen, wie den genormten Radial-Wellendichtring, oder andere Dichtungsformen mit einer oder mehreren Dichtlippen, die durch Übermaßpassung oder zusätzlich durch Federkraft auf die Welle gepresst werden. Weiterhin sind auch Kombinationen von Elastomerdichtungen mit anderen, z.B. Grobschmutzdichtungen aus Filz oder Vliesstoff, bekannt, die auch mit einer gewollt verlustbehafteten Druckluft beaufschlagt werden können. Dabei wird die Druckluft so an die Dichtung geleitet, dass die Dichtlippe der Elastomerdichtung zur Vergrößerung der Dichtwirkung zusätzlich angepresst wird und die Luft durch die Grobschmutzdichtung, dem eindringenden Fluid entgegen, ausströmt.

All diesen Dichtungstypen gemein ist ein nicht unerheblicher Reibungsverlust oder gar ein sogenannter „Stick-Slip" Effekt, also ein Rattern der Welle beim Anfahren sowie niedrigen Drehzahlen bis hin zum Festklemmen der Welle durch die Dichtung bis zu einem gewissen Losbrechmoment. Dies wirkt sich insbesondere bei großen Wellendurchmessern und präzisen Positioniervorgängen mit kleinen Drehmomenten und Geschwindigkeiten negativ aus.

Berührungsfreie Labyrinthdichtungen werden üblicherweise bei hohen Drehzahlen eingesetzt, wenn durch die Reibleistung berührender Dichtungen die Lebensdauer dieser zu gering und ein Versagen wahrscheinlich wird. Hierbei wird die durch die hohen Drehzahlen beträchtliche Zentrifugalkraft ausgenutzt. Der sich mitdrehende Teil (Rotor) der Labyrinthdichtung weist dabei eine oder mehrere Abspritzkanten auf, an denen das eindringende Fluid gegen den feststehenden Teil (Stator) der Dichtung geschleudert wird. Dieser ist zu einer oder mehreren Kammern ausgebildet, in denen das Fluid aufgefangen und durch Kanäle nach außen zurückgeführt wird. Daraus folgt die Bedingung, dass sowohl innerhalb als auch außerhalb des abzudichtenden Raumes der Flüssigkeitsstand unterhalb der Dichtung stehen muss, da sonst entlang des Stators ein Flüssigkeitsaustausch stattfindet.

Vielfach weisen Labyrinthdichtungen mehrere Stufen auf, um von Stufe zu Stufe eine höhere Dichtwirkung zu erzielen. Als technisch Dicht wird eine Dichtung bezeichnet, die mehr Fluid nach außen zurückführen kann, als in den abzudichtenden Raum einzudringen versucht.

Labyrinthdichtungen sind mit einem vergleichsweise hohen fertigungstechnischen Aufwand verbunden, da sie aus mehreren relativ komplizierten Einzelteilen bestehen und auch im Gehäuse einen nicht unerheblichen Raum und Kostenbedarf z.B. für die Rückführung des Fluides verursachen.

Mit dieser Problemstellung befasst sich insbesondere die OS 3617863, wobei hier keine Reduzierung der Teilezahl, sondern nur deren Vereinfachung erzielt wird. Die beschriebene Dichtung nutzt ebenfalls die Zentrifugalkraft des Rotors, um das eindringende Fluid zum Stator zu fördern und abzuleiten. Zusätzlich wird ein überstand am Stator zu einer Rinne ausgebildet und dazu genutzt, das an der Gehäusewand abfließende Fluid mittels Schwerkraft an der Dichtung vorbeizuleiten. Dies bezieht sich aber nicht auf die Hauptfunktion der Dichtung.

Ziel der Erfindung ist es, eine berührungslose Labyrinthdichtung anzugeben, die ohne Ausnutzung der Zentrifugalkraft bei niedrigen Drehzahlen des Rotors ihre Funktion erlangt und fertigungstechnisch leicht herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine zweistufige erfindungsgemäße Dichtung, bei der die Sammelkammern radial untereinander angeordnet sind.

Fig. 2 eine Variante der Dichtung aus Fig. 1 nach Anspruch 3. Fig. 3 eine Variante der Dichtung aus Fig. 3 nach Anspruch 4.

Fig. 4 die Anordnung der Winkel bei der Herstellung der Schrägen der Sammelkammer im Rotor nach Anspruch 5.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Dichtung dringt die Welle (1) in horizontaler Lage aus dem Gehäuse (2). Der Rotor (3) ist dichtend mit der Welle (1) verbunden, ebenso der Stator (3) mit dem Gehäuse (4).

Die umlaufende Nut (12) ermöglicht es, das von außen auftreffenden Fluid zu kanalisieren, so dass seine Geschwindigkeit in Richtung der Dichtung minimal wird und ein großer Teil des Volumenstromes an der Dichtung vorbeigeleitet wird. Weiterhin werden auf diese Weise größere Partikel, die im Fluid enthalten sind, von der Dichtung ferngehalten. Trifft das Fluid ständig aus einer bestimmten Richtung (hier aus Richtung des Rotors) auf die Nut (12), kann günstigerweise der Rotor (3) so gestaltet werden, dass er die Nut (12) Teilweise überdeckt und einen größeren Durchmesser aufweist als das Gehäuse. Dadurch strömt ein Teil des Volumenstromes an der Nut und damit auch an der Dichtung vorbei. Durch den engen Spalt (5) dringt Fluid von außen in die Dichtung ein. Der Spalt (5) sollte so schmal wie möglich gewählt werden, um die notwendige Anzahl an Dichtungsstufen zu minimieren. Die minimal zulässige Spalthöhe ergibt sich aus der Lagersteifigkeit der Welle (1) und den erreichbaren Rundlauftoleranzen aller angrenzenden Teile. Aus der Vorhandenen Spalthöhe kann der Volumenstrom bestimmt werden, der in die Dichtung eindringt und in den Sammelkammern (6) wieder nach außen abgeleitet werden muss.

Nach dem Eintreten in den Spalt (5) gelangt das Fluid in die erste Sammelkammer (6), in der es durch die Schwerkraft in beiden Umfangsrichtungen nach unten fließt. Sollte der Querschnitt der ersten Sammelkammer nicht ausreichen, tritt das Fluid über die Kante und gelangt zur zweiten Sammelkammer (6), die radial unter der ersten angeordnet ist. Dies ist insofern besonders günstig, da so in axialer Richtung Bauraum gespart wird und Rotor (3) und Stator (4) ungeteilt ineinander gefügt werden können, wodurch die Teilezahl minimiert wird. Auch in der zweiten Sammelkammer (6) fließt das Fluid in beiden Umfangsrichtungen nach unten, sofern die Strömungsgeschwindigkeit der sich einstellenden offenen Gerinneströmung größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors (3) auf Höhe der zweiten Sammelkammer (6).

Das Abfließen des Fluides aus der Dichtung wird durch Nuten (7) an der unten liegenden Stelle des Außendurchmessers des Stators (4) und in jeder Kammer begünstigt.

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Die Fig. 2 zeigt eine Modifikation der Dichtung aus Fig. 1 nach Anspruch 3. Der Rotor (3) ist in der Welle (1) und der Stator (4) im Gehäuse (2) integriert.

Fig. 3 darlegt eine Ergänzung zur Dichtung aus Fig. 2 nach Anspruch 4. Falls nicht ständig und in allen Betriebszuständen eine reibungslose Abdichtung erforderlich ist, kann eine berührende Elastomerdichtung (8), beispielsweise ein Radialwellendichtring, ergänzend zur Dichtung hinzugefügt werden. Dessen Dichtlippe kann dann bei Bedarf durch Beaufschlagung mit Druckluft über eine umlaufende Nut (9) von der Welle (1) abgehoben werden, so dass wieder eine berührungs- und reibungslose Dichtung gegeben ist.

Fig. 4 zeigt ein Detail des Rotors (3) bei der Fertigung der zweiten Sammelkammer (6). Die Kontur der Sammelkammer (6) ist so gestaltet, dass sie mit einem Werkzeug und mit einem Span gefertigt werden kann. Dazu ist es erforderlich, dass die Tiefe der Sammelkammer (6) (Maß h) kleiner ist als die Schneidhöhe des Werkzeuges (11). Weiterhin muss der Winkel der Schräge (10) der Sammelkammer (6) kleiner sein als der Spanwinkel des Werkzeuges (11); in diesem Beispiel sind 30° zu 32° gegeben, daher können auch beim Herstellen der Schräge (10) die Späne von der Schneide des Werkzeuges (11) abfließea

Claims (8)

1. Berührungslose Dichtung für die flüssigkeitsbespritzte Durchtrittsstelle einer Welle (1) aus einem Gehäuse (2), dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sammelkammern (6) sowohl im Rotor (3) als auch im Stator (4) befinden können und vom Querschnitt so bemessen sind, dass das maximal durch den definierten Eintrittsspalt (5) eintretende Fluidvolumen als offene Gerinneströmung durch die Einwirkung der Schwerkraft abfließen kann.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) in die Welle (1) integriert ist.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) im Gehäuse (2) integriert ist.

4. Dichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine berührende Elastomerdichtung (8) verwendet wird, die bei Bedarf durch Beaufschlagung mit Druckluft (9) von der Welle (1) abhebt und dann Reibungsfrei auf einem Luftpolster über der Welle (1) schwebt.

5. Dichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkammern (6) an ihrer Schräge (10) einen Winkel, der etwas kleiner als der Spanwinkel des die Schräge erzeugenden Wergzeuges (11) ist und eine Tiefe (Maß h) aufweisen, die geringer als die Schneidhöhe des Werkzeuges (11) ist.

6. Dichtung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) an seiner Unterseite am Außendurchmesser und in jeder Sammelkammer (6) eine Nut (7) aufweist.

7. Dichtung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) so ausgebildet ist, dass in einer Umlaufenden Nut (12) größere Schmutzpartikel und Fluidmengen an der Dichtung vorbeigeleitet werden.

8. Dichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (12) teilweise durch den Rotor (3) überdeckt wird.