CH666333A5 - Verfahren zur wellenabdichtung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruches 3.

Zum Abdichten sich gegeneinander drehender Teile werden Dichtungen verwendet. Diese Dichtungen wirken im allgemeinen zwischen einem feststehenden Gehäuse und einer drehbar gelagerten, aus dem Gehäuse herausragenden Welle. Spindeln in allen bekannten Formen und für die unterschiedlichen Anwendungen können nur störungsfrei arbeiten und hohe Gebrauchsdauern erreichen, wenn sie durch wirksame Dichtungen während der gesamten Betriebszeit geschützt werden, so dass das Eindringen von Schmutz und Flüssigkeit und in vielen Anwendungsfällen auch das Austreten von Schmierstoffen verhindert wird.

Es gibt eine Vielzahl von berührenden und berührungsfreien Wellendichtungen, die sehr genau in den Standard-Handbüchern für den Maschinen- und Apparatebau und in den Herstellerdruckschriften beschrieben sind.

Berührende Dichtungen, bei denen die Dichtlippen mit einem definierten Anlagedruck auf den drehenden Maschinenteilen schleifen, dichten in der Regel sicher gegen eindringende Fremdstoffe ab, sie sind jedoch bei hohen Drehzahlen, bedingt durch den schleifenden Kontakt und die dabei erzeugte Reibungswärme, nur beschränkt einzusetzen, da sie entweder durch die Reibung und Wärme zerstört werden und/oder diese Temperaturerhöhung die benachbarten Bauteile, im Regelfall die Lagerung, bzw. das gesamte System nachteilig beeinflussen.

Die Gebrauchsdauer der Lagerungen und der Schmierstoffe werden bei erhöhter Betriebstemperatur erheblich reduziert. Die zulässige maximale Umfangsgeschwindigkeit der berührenden Dichtungen unterschiedlicher Ausführung ist begrenzt und hängt ab von der Bauform, den Umgebungsbedingungen sowie von den Werkstoffen der Dichtung. Erheblichen Einfluss haben auch die Schmierung und die Beschaffenheit der Gegenlauffläche zur Dichtlippe.

Die obere Einsatzgrenze für die Berührungsdichtungen liegt bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 30 m/s. Werden die von den Herstellern vorgeschriebenen Einbaumasse eingehalten, so treten Temperaturen an den Laufflächen auf, die zu einer Erwärmung und damit verbundenen Massänderung im Lager- und Spindelsystem führen, die die Genauigkeit und Funktion der Maschine wesentlich beeinträchtigen.

Berührungsfreie Dichtungen mit einem sehr engen glatten radialen oder axialen Spalt oder mit einem Labyrinthspalt, die bislang in schnelldrehenden Spindeln eingesetzt sind, werden nicht in allen Anwendungsfällen ihrer Aufgabe gerecht.

Allgemein wird zusätzlich vor die berührungsfreie Dichtung eine mit der Welle rotierende Schildscheibe gesetzt, die das direkte Auftreffen von Verunreinigungen und Flüssigkeiten auf den Dichtspalt verhindert und Schmutz und Flüssigkeit wieder abschleudert. Die Wirksamkeit der Dichtung, die bestimmt wird von der Länge des Dichtspaltes oder der Anzahl der Labyrinthe, ist mit dem häufig nur geringen zur Verfügung stehenden Einbauraum oft sehr begrenzt.

Um eine steife Spindel zu bekommen, muss der Abstand zwischen dem äusseren Kraftangriffspunkt am Spindelwellenende und der Lagerstelle so kurz wie nur möglich sein.

Um während des Schleifvorganges das Eindringen von Kühlmittel und Schmutz zu verhindern, kann auch ein Sperrmedium z.B. Druckluft eingesetzt werden und die Dichtwirkung verstärken. Wird aber beim Abschälten der Spindel die Sperrluft oder der mit Druckluft zugeführte Ölnebel abgeschaltet, so kann Tropfwasser aus dem Arbeitsraum durch den Dichtspalt bzw. Labyrinth ins Spindelinnere gelangen.

Ebenso ist das Eindringen von Kühlmittel möglich, wenn bei geringen Drehzahlen die Schleuderwirkung der Schildscheibe nicht mehr vorhanden ist und die Sperrluft ausfällt.

Vor allem bei den modernen Hochleistungszerspanungs-technologien im Maschinen- und Apparatebau, ebenso wie bei der Holz-, Stein- und Substratbearbeitung für die Elektronikindustrie, müssen sehr grosse Kühlmittelmengen an die Werkzeugeingriffszone gebracht werden, um die Zerspanungswärme und die Späne abzuführen.

Die deutlich grössere Kühlmittelmenge, die sehr häufig unter hohem Druck zugeführt werden muss, erfordert eine verbesserte Abdichtung der Arbeits- und Werkstückspindeln gegen eindringende Flüssigkeit und Schmutz.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Arbeitsund Werkstückspindeln während des Arbeitsprogrammes und während der Stillstandsphasen gegen Eindringen von Kühlflüssigkeit abzudichten.

Es ist also eine Wellendichtung notwendig, die bei Stillstand und sehr niedrigen Drehzahlen der Welle diese hermetisch nach aussen abdichtet und die bei mittleren bis zu den höchsten Drehzahlen wie eine berührungslose Dichtung wirkt.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gelöst:

a) bei dem eingangs genannten Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 ; und b) bei der eingangs genannten Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 3.

Da die elastische und berührende Wellendichtung auf dem rotierenden Teil des Spiridelsystems montiert ist, nimmt deren Anlagedruck an die Dichtfläche mit zunehmender

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Umfangsgeschwindigkeit, da die dabei wirksam werdenden Fliehkräfte an der Dichtlippe den Anlagedruck mehr und mehr aufheben, ab und wird schliesslich ganz aufgehoben. U m das Abheben der Dichtlippe von der Dichtfläche zu unterstützen und bereits bei wesentlich niedrigerer Umfangsgeschwindigkeit zu bewirken, wird erfindungsgemäss Druckluft über eine Vielzahl von Düsenbohrungen, die in geeigneter Weise über die Dichtfläche verteilt angebracht sind, oder einen schmalen Spalt oder einen Ring aus porösem Material zwischen die Wirkungsfläche der elastischen Dichtlippe und die Dichtfläche geblasen. Unter Dichtfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die von der Wirkungsfläche der Dichtlippe überdeckte Anlagefläche am nicht rotierenden Maschinenteil zu verstehen.

Die Düsenbohrungen sind somit von der Wirkungsfläche der Dichtlippe überdeckt.

Das somit erzeugte Luftpolster lässt in idealer Weise den Abhebezeitpunkt regeln. So wird bei langsamen und schnellen Drehzahlen eine wirkungsvolle Abdichtung erreicht, die vorzugsweise die Eigenschaften der Spindel nicht nachteilig beeinflusst. Die abgeschaltete Spindel ist so, mit und ohne Druckluftbeaufschlagung, sicher vor eindringendem Schmutz und Flüssigkeit geschützt.

Der beispielhafte Aufbau einer erfindungsgemässen Dichtung ist in der Abbildung dargestellt.

Figur 1 - Querschnitt durch das Dichtungs/-Lagersystem einer Spindel mit einer elastischen Axialwellendichtung

In Fig. 1 ist der Axialwellendichtring 1 in der Schildscheibe 2 befestigt, mit der die Lager 4 und 5 auf der Welle 3 fixiert werden. Die Gegenlaufscheibe 6 ist an ihrer Dichtfläche 12 mit vielen kleinen Bohrungen 8 versehen, deren Teilkreis auf dem Lippendurchmesser des Axialwellendicht-ringes 1 liegt und die durch den Druckluftanschluss 10 mit Luft versorgt werden.

Die zweite Möglichkeit der Druckluftzufuhr ist ein schmaler Spalt kurz unter der Anlagefläche der Lippe, was ebenfalls ein Abheben der Lippé bewirkt.

Als dritte Möglichkeit wird die Gegenlaufscheibe 6 aus porösem Sintermaterial, also luftdurchlässigem Material, ausgeführt.

Die Dichtlippe 11 stützt sich an der Dichtfläche 12 ab. Mit steigender Drehzahl der mit der Welle 3 über die Schildscheibe 2 fest verbundenen Wellendichtung 1 nehmen die Fliehkräfte an der Dichtlippe 11 zu und versuchen, die

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schräg an die Dichtfläche 12 angestellte Dichtlippe 11 radial nach aussen auszurichten.

Dabei nimmt der Anlagedruck der Dichtlippe 11 an die Dichtfläche 12 bis auf den Wert 0 ab, bis schliesslich die .. Dichtlippe 11 von der Dichtfläche 12 abhebt. Um den Abhebevorgang der Dichtung zu unterstützen, wird Druckluft verwendet, die an der die Wirkungsfläche darstellende Kontaktfläche zwischen der Dichtung 1 und der Dichtfläche 12 ein Luftpolster aufbaut und der Anlagekraft der Dichtlippe 11 entgegenwirkt. Die Abhebedrehzahl der Dichtlippe 11 von der Dichtfläche 12 kann somit auf niedrigere Drehzahlen vorverlegt werden und ebenso kann die Reibung im Übergangsbereich minimiert werden. So wird bei schnellen und langsamen Drehzahlen eine wirkungsvolle Abdichtung erreicht. Ebenso ist die stehende Spindel, mit und ohne Druckbeaufschlagung, vor eindringendem Tropfwasser geschützt.

Die Labyrinthe innerhalb der schleifenden Abdichtung haben die Aufgabe, einen grösstmöglichen Widerstand gegen Eindringen von Druckluft in das Spindelinnere zu gewährleisten, damit ein Austreiben des Grundöls aus dem Fett der Lager nicht stattfindet und die nach aussen strömende Luft einen genügenden Schutz gegen eindringende feste Partikel bietet und dadurch die Dichtlippe vor Verschleiss geschützt wird.

Die Erfindung lässt sich sinngemäss auch bei Radialwel-lendichtungen anwenden, wenn die Radialwellendichtung im rotierenden Teil befestigt ist und die Druckluft durch einen Ring mit einer Vielzahl von Düsenbohrungen zwischen die Kontaktflächen der einen oder mehreren Dichtlippen und der nichtrotierenden zylindrischen Anlagefläche zugeführt wird und somit Druckpolster erzeugt, die den Abhebezeitpunkt steuern lässt.

Für alle Auführungsformen der vorliegenden Erfindung ist wichtig, dass die Düsenbohrungen von der Wirkungsfläche des Wellendichtringes überdeckt werden, da nur auf diese Weise gewährleistet ist, dass bei der Beaufschlagung mit Druckmedium ein gleichmässiges Abheben eintritt. Die Angabe «eine Vielzahl von Düsenbohrungen» beziehungsweise «ein Kranz von Düsenbohrungen» bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung eine derart grosse Anzahl von vorzugsweise gleichmässig verteilten Düsenbohrungen, dass bei der Beaufschlagung mit Druckmedium ein gleichmässiges Abheben der Wirkungsfläche des Wellendichtringes über die gesamte Dichtfläche eintritt.

Jeder Fachmann ist aufgrund dieser Hinweise in der Lage, eine geeignete Anzahl von Düsenbohrungen festzulegen.

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1 Blatt Zeichnungen

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Abdichtung eines relativ zu einem anderen rotierenden und aus diesem herausragenden Maschinenteil mit einem mit dem rotierenden Maschinenteil fest verbundenen Wellendichtring mit axialen oder radialen elastischen Dichtlippen, so dass bei Stillstand oder langsamen Relativbewegungen eine hermetische, berührende Abdichtung gegeben ist, und bei der mit zunehmender Rela-tivgeschwindigkeit vorbestimmbar und von aussen regelbar die Dichtlippe entlastet wird und von der Dichtfläche abhebt und in eine berührungsfreie Wellendichtung übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Kranz von Düsenbohrungen oder über einen Spalt oder durch einen Ring aus porösem Material auf die Dichtlippe eines Dichtringes Druckluft geblasen und somit ein Druckpolster erzeugt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur in der Anlaufphase beziehungsweise bei niedrigen Drehzahlen die das Abheben der Dichtung unterstützende Druckluft zugeschaltet wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem relativ zu einem anderen rotierenden und aus diesem herausragenden Maschinenteil (3) mit einem mit dem rotierenden Maschinenteil (3) fest verbundenen Wellendichtring (1) mit axialen oder radialen elastischen Dichtlippen (11), so dass bei Stillstand oder langsamen Relativbewegungen eine hermetische, berührende Abdichtung gegeben ist, wobei bei zunehmender Relativgeschwindigkeit vorbestimmbar und von aussen regelbar die Dichtlippe (11) entlastbar ist, gekennzeichnet durch einen Kranz von Düsenbohrungen (8) oder einen Spalt oder einen Ring aus porösem Material zwischen dem Wellendichtring

   ( 1 ) und der Dichtfläche (12) zum Einblasen von Druckluft und Erzeugung eines Druckpolsters.