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Die Erfindung betrifft eine Wellenanordnung zum Betrieb in einem flüssigen Medium mit einem Gehäuse, mit einer Welle, wobei die Welle zumindest abschnittsweise in einem Wellenraum des Gehäuses angeordnet ist, mit einem inneren Dichtungsabschnitt zur Abdichtung der Welle gegenüber dem Gehäuse, wobei der innere Dichtungsabschnitt einen Sperrraum in dem Gehäuse gegenüber dem Wellenraum abgrenzt, mit einem äußeren Dichtungsabschnitt zur Abdichtung der Welle gegenüber dem Gehäuse, wobei der äußere Dichtungsabschnitt den Sperrraum gegen einen Umgebungsbereich abgrenzt, wobei in dem Wellenraum ein flüssiger Schmierstoff angeordnet und/oder anordenbar ist und wobei in dem Umgebungsbereich das flüssige Medium angeordnet und/oder angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung der Wellenanordnung in einem Wasserkraftwerk.
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Bei dem Betrieb von Anlagen in Umgebungen mit einem flüssigen Medium ergibt sich oftmals die Problematik, den Umgebungsbereich mit dem flüssigen Medium gegenüber einem Getriebeinnenraum bei der Durchführung einer Welle abzudichten. Zwar ist eine Vielzahl von Dichtungslösungen bekannt, bei einem Dauereinsatz der meisten Dichtungen kommt es jedoch zu einem Eindringen des flüssigen Mediums in den Getriebeinnenraum.
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Insbesondere bei der Verwendung von Radialwellendichtringen zur Abdichtung tritt eine dynamische Förderwirkung im Betrieb durch die Relativbewegung der Welle relativ zu dem Radialwellendichtring auf. Um prozesssicher zu erreichen, dass das flüssige Medium nicht in den Getriebeinnenraum eintritt und dort beispielsweise Lager und andere reibungsbelastete und zugleich chemisch empfindliche Komponenten angreift, ist es bekannt, in den Getriebeinnenraum einen Schmierstoff als Sperrmedium einzubringen. Ferner ist es bekannt, die Dichtungen derart auszugestalten, dass ein kleiner, jedoch stetiger Schmiermittelfluss von dem Getriebeinnenraum in den Umgebungsbereich erfolgt. Damit ist das flüssige Medium bei einem Eindringen in den Getriebeinnenraum gezwungen, gegen das mit geringerer Förderrate ausströmende Sperrmedium zu strömen. Diese technische Umsetzung hat jedoch den Nachteil, dass ständig Sperrmedium von dem Getriebeinnenraum in den Umgebungsbereich gefördert wird.
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Die Druckschrift
DE 692 388 A beschreibt eine Vorrichtung zur Abdichtung von Wellen, die in verschiedenen Flüssigkeiten laufen. Die Abdichtung erfolgt derart, dass der Übergang von einem Umgebungsbereich in einem Getriebeinnenraum durch eine Mehrzahl von Dichtungen umgesetzt wird, wobei zwischen den Dichtungen Sperrräume angeordnet sind, die mit einem Sperrmedium gefüllt sind.
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Die Druckschrift
DE 19 21 796 U offenbart eine hydrodynamische Wellendichtung, insbesondere für hochtourige Kreiselpumpen, bestehend aus zwischen einem feststehenden und einen umlaufenden Teil entweder an beiden Teilen oder einem derselben angeordneten schraubenförmigen Fördernuten und einer Gleitringdichtung, wobei Fördernuten und Gleitringdichtung wechselweise die Abdichtung bewirken.
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Die Druckschrift
US 2005/0 093 246 A1 betrifft eine Drehwellendichtungsanordnung zum Unterteilen eines Bereiches mit einem ersten Fluid von einem Bereich mit einem zweiten Fluid in einem Gehäuse. In einer Ausführung wird eine Lippendichtung durch eine ringförmige hydrodynamische Dichtung gespült und gefettet.
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Das Gebrauchsmuster
DE 70 13 872 U , offenbart eine Dichtscheibe aus elastischem, ölbeständigem Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der äußere, radial nach innen sich erstreckende Plansch axial an einer Seitenfläche des radialen Schenkels des winkelförmigen Blechrings schleifend anliegt, während der innere Plansch der Dichtscheibe radial gegen die Welle oder dergleichen abdichtend anläuft.
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Die Druckschrift
DE 23 19 168 A offenbart Gleitpaarung für Drehbewegung mit einem Gleitpartner aus Gummi oder einem Kunststoff-Elastomer, dessen Gleitfläche bei der Drehbewegung ein hydrodynamisches Druckfeld erzeugt – insbesondere für Radial-Wellendichtringe, bei denen eine federbelastete Dichtlippe mit einer längeren zylindrischen Kontaktfläche das abzudichtende Maschinenteil umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die projizierte zylindrische Kontaktfläche ein Gleitflächenrelief mit einer rautenförmigen Facettenstruktur aufweist; derart, daß eine Vielzahl von kleinen Facetten in Gestalt von flachen schiefen rhombischen Pyramidenstümpfen über die Länge der Kontaktfläche in mehreren Stufen – gegeneinander versetzt – regelmäßig und rotationssymmetrisch angeordnet sind, wobei sie zum abzudichtenden Raum schief stehen, dergestalt, daß die in dieser Richtung liegenden vorderen Seitenflächen angenähert senkrecht zur Deckfläche des schiefen Pyramidenstumpfes stehen – in an sich bekannter Weise scharfe Drallkanten bildend, während die gegenüberliegenden Seitenflächen schiefe Ebenen mit sehr flacher Neigung sind, die zusammen mit der zylindrischen Gleitfläche des abzudichtenden Maschinenteiles keilförmig sich verengende Spalte zu den Deckflächen bilden, den unmittelbaren Berührungsflächen am abzudichtenden Maschinenteil.
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Die Druckschrift
EP 1 223 359 A1 , die den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt einen Unterwassergenerator. Bei dem Unterwassergenerator, dessen Gehäuse im Wasserstrom einer auf seiner herausgeführten Welle sitzenden Turbine anbringbar ist, werden die der Axial- und Radialabstützung der Welle dienenden Lager ausschließlich innerhalb des an den Enden durch Lagerschilde bzw. Schließkappen abgedichteten rohrförmigen Gehäuses angebracht. Die Welle wird zur Turbine durch eine Dichtungsbüchse herausgeführt, in der wenigstens zwei zur Welle gerichtete Lippendichtungen vorgesehen sind und der Zwischenraum der Dichtungen ist über eine Zentralschmierung mit Fett beaufschlagbar, wobei die Zentralschmierung auch der Schmierung der Lager selbst dient.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wellenanordnung zum Betrieb in einem Umgebungsbereich mit einem flüssigen Medium vorzuschlagen, welche mit geringen Verlusten eines Sperrmediums eine sichere Abdichtung der Welle umsetzen kann. Diese Aufgabe wird durch eine Wellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Verwendung der Wellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Im Rahmen der Erfindung wird eine Wellenanordnung vorgestellt, welche zum Betrieb in einer Mediumumgebung mit einem flüssigen Medium geeignet und/oder ausgebildet ist. Insbesondere läuft die Wellenanordnung in dem Medium. Die Wellenanordnung kann z. B. bei der Lagerung von Unterwasserturbinen von Gezeitenkraftwerken, Fluss-Wasserturbinen, Industriepumpen, in der Lebensmittelindustrie, und für Maschinen und Fördergeräte der Off-Shore und Marinetechnik, insbesondere für Schiffsantriebe eingesetzt werden. Im Speziellen ist die Wellenanordnung für einen Unterwasserbetrieb geeignet und/oder ausgebildet, wobei das Medium durch das Wasser gebildet ist.
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Die Wellenanordnung weist ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse ein- oder mehrteilig ausgebildet ist. Ferner umfasst die Wellenanordnung eine Welle, wobei die Welle zumindest mit einem Abschnitt in einem Wellenraum des Gehäuses angeordnet ist. Insbesondere bildet der Wellenraum einen Getriebeinnenraum. Mit einem anderen Abschnitt ist die Welle in dem Medium angeordnet.
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Die Wellenanordnung weist einen inneren Dichtungsabschnitt auf, welcher die Welle gegenüber dem Gehäuse abdichtet. Der innere Dichtungsabschnitt trennt einen Sperrraum, welcher in dem Gehäuse angeordnet ist, gegenüber dem Wellenraum ab. Ferner umfasst die Wellenanordnung einen äußeren Dichtungsabschnitt, welcher die Welle gegenüber dem Gehäuse abdichtet. Der äußere Dichtungsabschnitt trennt den Sperrraum gegenüber einem Umgebungsbereich ab, wobei in dem Umgebungsbereich das flüssige Medium angeordnet und/oder anordenbar ist. In dem Wellenraum ist ein flüssiger Schmierstoff angeordnet und/oder anordenbar. Als Schmierstoff kann z. B. Öl, Polyglycol, Süßwasser, Salzwasser, gefiltertes Schmutzwasser, Prozessflüssigkeit außer Wasser, Kühlflüssigkeit, insbesondere außer Wasser, Hydraulikflüssigkeit, Flüssiggas, wässrige Lösungen etc. zum Einsatz kommen. Insbesondere ist der Wellenraum vollständig mit dem flüssigen Schmierstoff gefüllt. Damit grenzen die zwei Dichtungsabschnitte den Umgebungsbereich mit dem flüssigen Medium gegen den Wellenraum mit dem flüssigen Schmierstoff ab. Zwischen dem Umgebungsbereich mit dem flüssigen Medium und dem Wellenraum mit dem flüssigen Schmierstoff ist der Sperrraum angeordnet.
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Im Rahmen der Erfindung wird eine besondere Konfiguration und/oder Ausgestaltung der Dichtungsabschnitte vorgeschlagen. So ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der innere und der äußere Dichtungsabschnitt eine statische Dichtrichtung, insbesondere Abdichtrichtung, aufweisen. Die Dichtrichtung des äußeren Dichtungsabschnitts ist von dem Umgebungsbereich in den Sperrraum gerichtet. Somit ist vorgesehen, dass im statischen Zustand kein flüssiges Medium aus dem Umgebungsbereich in den Sperrraum eindringen kann. Die Dichtrichtung des inneren Dichtungsabschnitts ist von dem Sperrraum in den Wellenraum gerichtet. Damit wird erreicht, dass in dem statischen Zustand kein Fluid aus dem Sperrraum in den Wellenraum gelangen kann. Insbesondere sind der innere und der äußere Dichtungsabschnitt hinsichtlich der statischen Dichtrichtung gleich orientiert. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der äußere Dichtungsabschnitt eine dynamische Förderwirkung mit einer Förderrichtung von dem Umgebungsbereich in den Sperrraum aufweist. In einem dynamischen Betrieb wird somit zumindest eine geringe Menge des flüssigen Mediums aus dem Umgebungsbereich in den Sperrraum gefördert. Der innere Dichtungsabschnitt weist dagegen eine dynamische Förderwirkung mit einer Förderrichtung von dem Wellenraum in den Sperrraum auf. Somit wird in dem dynamischen Betrieb flüssiger Schmierstoff von dem Wellenraum in den Sperrraum gefördert.
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Damit liegt im Betrieb in dem Sperrraum ein Gemisch aus dem flüssigen Medium und aus dem flüssigen Schmierstoff vor.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch das Fördern von Fluiden sowohl von dem Umgebungsbereich in den Sperrraum als auch von dem Wellenraum in den Sperrraum ein Druckgleichgewicht in dem Sperrraum hergestellt wird, sodass die Dichtungsabschnitte im dynamischen Betrieb aufgrund eines entstehenden Gegendrucks eine hohe Dichtwirkung zeigen. Insbesondere wird ein Übergang von dem flüssigen Medium in den Wellenraum oder ein Übergang von dem Schmierstoff in den Umgebungsbereich reduziert. Somit erlaubt es die Wellenanordnung in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, dass der Verlust von dem flüssigen Schmierstoff minimiert ist und zugleich erreicht wird, dass kein flüssiges Medium aus dem Umgebungsbereich in den Wellenraum eindringen kann.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist die Wellenanordnung mindestens eine Lagereinrichtung zur Lagerung der Welle auf, wobei die Lagereinrichtung in dem Wellenraum angeordnet ist. Diese Ausgestaltung unterstreicht das erfindungsgemäße Konzept, da die Lagereinrichtung durch den flüssigen Schmierstoff geschmiert wird und ein Eindringen des flüssigen Mediums eine schädliche Wirkung für die Lagereinrichtung haben kann. Insbesondere ist die Lagereinrichtung als eine Wälzlagereinrichtung ausgebildet, wobei ein Wälzlagerraum strömungstechnisch zu dem Wellenraum geöffnet ist.
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Erfindungsgemäß weist der innere Dichtungsabschnitt eine Lippendichtung mit mindestens einer radial an der Welle anliegenden Dichtlippe auf. Die Bodenseite der Dichtlippe ist in Richtung des Wellenraums gerichtet, die Stirnseite ist in Richtung des Sperrraums gerichtet, sodass die statische Dichtrichtung von dem Sperrraum in den Wellenraum gerichtet ist. Die Bodenseite bezeichnet die Seite an der die Dichtlippe befestigt ist und/oder die Stirnseite bezeichnet die Seite an der die Dichtlippe einen freien Endbereich ausbildet. Die dynamische Förderwirkung wird durch die Auswahl des Anlagewinkels oder Kontaktwinkels der Bodenseite und der Stirnseite der Dichtlippe umgesetzt. Der Anlagewinkel oder Kontaktwinkel beta ist auf der Stirnseite größer als der Anlagewinkel oder Kontaktwinkel alpha auf der Bodenseite. Optional weist die Lippendichtung einen umlaufenden Spiralfederzug oder eine umlaufende Zugfeder auf, die die Dichtlippe auf die Welle spannt.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der innere Dichtungsabschnitt als eine Lippendichtung mit mindestens einer axial an der Welle anliegenden Dichtlippe ausgebildet. Beispielsweise weist die Welle eine umlaufende Nut auf, wobei die axial anliegende Dichtlippe an einer Nutwand anliegt, die in einer Radialebene zu der Drehachse der Welle angeordnet ist. Die Anpressrichtung der axial anliegenden Dichtlippe ist in Richtung des Wellenraums gerichtet. Die dynamische Förderwirkung wird durch die Auswahl des Anlagewinkels oder Kontaktwinkels der Bord- und Stirnseite der Dichtlippe umgesetzt.
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Optional ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Lippendichtung zudem mindestens eine radial. anliegende Dichtlippe aufweist und insbesondere als eine Doppellippendichtung ausgebildet ist. Die dynamische Förderwirkung der radial anliegenden Dichtlippe wird wieder durch den Anlagewinkel der Bordseite und Stirnseite umgesetzt. In einfachen Ausgestaltungen kann die Lippendichtung oder die Doppellippendichtung unverstärkt, insbesondere federfrei ausgebildet sein.
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Der äußere Dichtungsabschnitt ist als eine Lippendichtung mit mindestens einer radial anliegenden Dichtlippe ausgebildet ist. Die Bodenseite der Dichtlippe ist in Richtung des Sperrraums gerichtet, die Stirnseite ist in Richtung des Umgebungsbereichs gerichtet, sodass die statische Dichtrichtung von dem Umgebungsbereich in den Sperraum gerichtet ist. Es ist vorgesehen, dass die Dichtlippe und/oder der Anlagebereich der Welle, an dem die Dichtlippe anliegt, Förderstrukturen zur Umsetzung der dynamischen Förderwirkung aufweist. Derartige Förderstrukturen können geordnete oder auch ungeordnete Strukturen sein.
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Erfindungsgemäß ist die dynamische Förderwirkung als ein Einfachdrall ausgebildet. Ein Einfachdrall hat die technische Wirkung, dass eine drehrichtungsabhängige Förderwirkung durch den äußeren Dichtungsabschnitt erreicht wird. Besonders bevorzugt sind die Förderstrukturen als in Bezug auf die Dichtkante schräg verlaufende Rückförderstege oder Drallrippen auf der Dichtlippe ausgebildet. Derartige Förderstrukturen werden bereits kommerziell angeboten und sind daher einfach verfügbar. Besonders bevorzugt ist der äußere Dichtungsabschnitt mit einer geringen Überdeckung derart abgestimmt, dass dynamische Förderwirkung in den Sperrraum weist und zugleich die Reibung zwischen dem äußeren Dichtungsabschnitt und der Welle gering gehalten wird.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Wellenanordnung einen weiteren inneren und einen weiteren äußeren Dichtungsabschnitt auf, wobei die zwei weiteren Dichtungsabschnitte auf einer gegenüberliegenden Seite des Wellenraums angeordnet sind. Insbesondere sind die weiteren Dichtungsabschnitte spiegelverkehrt zu den vorhergehenden Dichtungsabschnitten ausgebildet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet die Verwendung der Wellenanordnung, beispielsweise in einem Wasserkraftwerk, nach einem der vorhergehenden Ansprüche beziehungsweise wie dieses zuvor beschrieben wurde. Insbesondere sitzt bei Verwendung der Wellenanordnung in einem Wasserkraftwerk auf der Welle eine Turbine und die Welle führt die Drehbewegung in Richtung eines Generators des Wasserkraftwerks.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine stark schematisierte Längsschnittdarstellung einer Wellenanordnung als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine mögliche konstruktive Ausgestaltung der Wellenanordnung in der 1;
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3a, b zwei weitere mögliche Alternativen zu der Wellenanordnung in der 1.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung eine Wellenanordnung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Wellenanordnung 1 kann z. B. als ein Lager für Unterwasserturbinen von Gezeitenkraftwerken, Flusswasserturbinen, als Lager in Industriepumpen, als Lager in Apparaten der Lebensmittelindustrie, als Lager für Maschinen und Fördergeräte der Offshore- und Marinetechnik oder als Lager für Schiffsantriebe eingesetzt werden.
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Die Wellenanordnung 1 dient zur Lagerung einer Welle 2 gegenüber einem Gehäuse 3. Die Welle 2 läuft außerhalb des Gehäuses 3 in einem Umgebungsbereich U in einem flüssigen Medium 9. Beispielsweise ist das flüssige Medium 9 als Wasser ausgebildet, sodass die Wellenanordnung 1 in einem Unterwasserbetrieb betrieben wird. Eine mögliche Anwendung sieht vor, dass die Welle 2 mit einer Turbine drehfest verbunden ist, wobei die Turbine und somit die Welle 2 im Wasser läuft und durch das Wasser angetrieben wird.
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Die Wellenanordnung 1 weist in diesem Beispiel zwei Lagereinrichtungen 4 auf, über die die Welle 2 relativ zu dem Gehäuse 3 in dem Gehäuse 3 gelagert ist. Beidseitig zu den Lagereinrichtungen 4 weist die Wellenanordnung 1 jeweils einen inneren Dichtungsabschnitt 5 sowie einen äußeren Dichtungsabschnitt 6 auf. Die Dichtungsabschnitte 5, 6 dichten jeweils die Welle 2 gegenüber dem Gehäuse 3 ab. Dabei sind die Dichtungsabschnitte 5, 6 stationär in dem Gehäuse 3 angeordnet, wobei sich die Weile 2 im Betrieb relativ zu den Dichtungsabschnitten 5, 6 dreht. Die Dichtungsabschnitts 5, 6 sind z. B. als Radialwellendichtringe ausgebildet.
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Zwischen dem äußeren Dichtungsabschnitt 6 und dem inneren Dichtungsabschnitt 5 ist jeweils ein Sperrraum 7, welcher als ein Ringraum ausgebildet ist, angeordnet. Betrachtet man die Wellenanordnung 1 ausgehend von dem Umgebungsbereich U, so ist in axialer Richtung zunächst der äußere Dichtungsabschnitt 6, dann der Sperrraum 7, nachfolgend der innere Dichtungsabschnitt 5 angeordnet. Danach erstreckt sich ein Ringbereich um die Welle 2, welcher als Wellenraum 8 bezeichnet wird. In dem Wellenraum 8 sind die Lagereinrichtungen 4 angeordnet. Spiegelverkehrt zu den zuvor genannten Dichtungsabschnitten 5, 6 folgen nochmals ein innerer Dichtungsabschnitt 5, ein Sperrraum 7 sowie ein äußerer Dichtungsabschnitt 6. Der äußere Dichtungsabschnitt 6 grenzt wieder an den Umgebungsbereich U. Obwohl in der 1 beidseitig zu dem Wellenraum 8 die Dichtungsabschnitte 5, 6 gezeigt sind, kann sich die Wellenanordnung 1 auch nur auf eine einseitige Anordnung der Dichtungsabschnitte 5, 6 beschränken.
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Die Dichtungsabschnitte 5, 6 weisen jeweils eine statische Dichtrichtung auf, wobei eine Dichtrichtung D6 des äußeren Dichtungsabschnitts 6 von dem Umgebungsbereich U in den Sperrraum 7 gerichtet ist und wobei eine Dichtrichtung D5 von dem Sperrraum 7 in den Wellenraum 8 gerichtet ist. Die Dichtrichtung D5 und D6 gibt die Richtung an, in die, insbesondere im statischen Zustand, eine im Vergleich zu der Gegenrichtung höhere Dichtwirkung vorliegt.
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Im Betrieb ist in dem Umgebungsbereich U ein flüssiges Medium 9, z. B. Wasser, angeordnet. In dem Wellenraum 8 ist dagegen ein flüssiger Schmierstoff 10 angeordnet, wobei der Schmierstoff 10 die Funktion hat, die Lagereinrichtung 4 zu schmieren. Bei dem flüssigen Schmierstoff 10 kann es sich um Süßwasser, Salzwasser, (gefiltertes) Schmutzwasser, Prozessflüssigkeit, Kühlflüssigkaut, Hydraulikflüssigkeit, Flüssiggas, wässrige Lösung etc. handeln. Besonders bevorzugt ist der flüssige Schmierstoff 10 jedoch als Öl, Schmieröl oder als eine schmierölbasierte Mischung ausgebildet.
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In dem Sperrraum 7 ist als Initialbefüllung der flüssige Schmierstoff 10 angeordnet. Bei der Initialbefüllung sind sowohl Wellenraum 8 als auch Sperrraum 7 vollständig mit dem flüssigen Schmierstoff 10 gefüllt. Für die Befüllung weist das Gehäuse 3 Einfüllöffnungen 11 auf, welche mit druckfesten Stopfen 12 nach dem initialen Befüllen verschlossen werden. Es sind für den Wellenraum 8 und die beiden Sperrräume 7 jeweils eine separate Einfüllöffnung 11 mit druckfesten Stopfen 12 angeordnet.
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Im Betrieb ist bestimmungsgemäß vorgesehen, dass kein oder nur eine geringe Menge des flüssigen Mediums 9 aus dem Umgebungsbereich U in die Wellenanordnung 1, insbesondere in den Wellenraum 8 eindringen soll. In der Wellenanordnung 1, insbesondere in dem Wellenraum 8 ist der flüssige Schmierstoff 10 als Sperrmedium angeordnet, der zumindest bei der Initialbefüllung auch in dem Sperrraum 7 angeordnet ist. Durch den flüssigen Schmierstoff 10 in dem Wellenraum 8 und in dem Sperrraum 7 werden zum einen die Lagereinrichtungen 4 geschmiert und zum anderen ein Eindringen des flüssigen Mediums 9 aus dem Umgebungsbereich U verhindert, sodass der Wellenraum 8 mit den Lagereinrichtungen 4 nicht verunreinigt wird.
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Es ist jedoch bekannt, dass die Dichtungsabschnitte 5, 6 und insbesondere die hier verwendeten Radialwellendichtringe aufgrund der Rotation der Welle 2 im Betrieb eine dynamische Förderwirkung entfalten. In der in der 1 gezeigten schematisierten Querschnittdarstellung sind die Förderrichtungen der dynamischen Förderwirkung der Dichtungsabschnitte 5, 6 eingezeichnet, wobei eine Förderrichtung F6 des äußeren Dichtungsabschnitts 6 von dem Umgebungsbereich in den Sperrraum 7 zeigt und eine Förderrichtung F5 des inneren Dichtungsabschnitts 5 von dem Wellenraum 8 in den Sperrraum 7 zeigt.
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Somit werden von beiden axialen Seiten zum einen flüssiger Schmierstoff 10 und zum anderen flüssiges Medium 9 in den Sperrraum 7 gefördert, welcher initial mit flüssigem Schmierstoff 10 gefüllt ist. Durch die beidseitige Förderung bildet sich ein Druckgleichgewicht aus, sodass die Förderwirkung des äußeren und inneren Dichtungsabschnitts 5, 6 minimiert wird und damit eine sehr hohe Abdichtwirkung erzeugt wird. Im Ergebnis laufen die beiden Fördermechanismen gegeneinander, sodass diese sich gegenseitig neutralisieren. Insbesondere wird erreicht, dass kein oder nur sehr wenig flüssiger Schmierstoff 10 in Richtung des Umgebungsbereichs U verloren geht, sodass die Wellenanordnung 1 mit einer Lebensdauerschmierung eingesetzt werden kann. Insbesondere kann bei der Wellenanordnung 1 auf ein Nachfüllreservoir zum Nachfüllen des flüssigen Schmierstoffs 10 verzichtet werden.
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In der 2 ist eine mögliche konstruktive Ausgestaltung der Wellenanordnung 1 in der 1 gezeigt. Aus der Darstellung ist zu entnehmen, dass der äußere Dichtungsabschnitt 6 und der innere Dichtungsabschnitt 5 jeweils als eine Lippendichtung 13, 14 ausgebildet sind. Die Lippendichtungen 13, 14 sind in einer Tandemanordnung positioniert, wobei die Bodenseiten B beider Lippendichtungen 13, 14 in Richtung des Wellenraums 8 gerichtet sind und die Stirnseiten S dagegen in Richtung des Umgebungsbereichs U gerichtet sind. Durch diese Positionierung wird bereits erreicht, dass die Dichtrichtungen D6 und D5 wie in der 1 umgesetzt sind.
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Der innere Dichtungsabschnitt 5 ist hinsichtlich der Anlagewinkel der Lippendichtung 13 so ausgeführt, dass der bodenseitige Winkel alpha kleiner als der stirnseitige Winkel beta ausgebildet ist. Unter dem Anlagewinkel wird insbesondere der Konuswinkel der Lippendichtung 13 verstanden. Durch diese Auswahl der Anlagewinkel alpha, beta wird eine hydrodynamische Förderwirkung erzeugt, wobei die Förderrichtung F5 wie in der 1 dargestellt ausgerichtet ist.
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Bei der Lippendichtung 14 des äußeren Dichtungsabschnitts 6 ist jedoch eine gegenläufige Förderrichtung F6 notwendig. Diese wird durch einen Einfachdrall umgesetzt. Ein Einfachdrall ist eine richtungsabhängige Förderwirkung, welche durch Rippen oder Stege erreicht wird, welche auf der Lippendichtung 14 angeformt sind. Der Einfachdrall wird insbesondere mittels Drallrippen ausgeführt, welche z. B. auf den bodenseitigen Kegelflächen angeformt sind. Die Rippen, Stege oder Drallrippen verlaufen in einem schrägen Winkel, insbesondere nicht in einem 90° Winkel, relativ zu der Dichtkante.
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Ferner wird die Überdeckung, also der maßliche Unterschied zwischen dem Innendurchmesser der Lippendichtung 14 im ungespannten Zustand und dem Wellendurchmesser, möglichst gering gewählt, sodass die hydrodynamische Förderwirkung, welche in Gegenrichtung zu der Förderrichtung F6 ausgerichtet ist, minimiert wird und dagegen die Drallförderwirkung dominiert, sodass sich im Ergebnis die Förderrichtung F6 von dem Umgebungsbereich U in den Sperrraum 7 ergibt.
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Die Lippendichtungen 13, 14 können aus Polymeren (z. B. Plastomer, Thermoplast, PTFE) oder einer Werkstoffkombination (z. B. Elastomer mit Gewebeverstärkung) oder einem Gewebe (Vlies) ausgebildet sein. Ferner kann zur Erhöhung der mechanischen Stabilität eine umlaufende Zugfeder oder ein Spiralfederzug vorgesehen sein.
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Die Lagereinrichtungen 4 sind in der 2 schematisch als Wälzkörperlager, im Beispiel als Kugelrollenlager ausgebildet, wobei ein Wälzkörperraum gegenüber dem Wellenraum 8 strömungstechnisch geöffnet ist, sodass der flüssige Schmierstoff 10 die Wälzkörper und die Laufbahnen schmieren kann.
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In den 3a, b sind zwei alternative Ausgestaltungen der Wellenanordnung 1 dargestellt, wobei in der 3a der innere Dichtungsabschnitt 5 als eine Einfachlippendichtung 15 ausgebildet ist, wobei eine Dichtlippe der Einfachlippendichtung 15 in axialer Richtung auf eine Nutwand einer in der Welle 2 eingebrachten Nut drückt. Die Einfachlippendichtung 15 ist so ausgebildet, dass die Dichtrichtung D5 erhalten ist und zugleich die Förderrichtung F5 umgesetzt ist.
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In der 3b ist der innere Dichtungsabschnitt 5 als eine Doppellippendichtung 16 ausgebildet, welche zum einen eine axial an der Nutwand der Nut der Welle 2 anliegende Dichtlippe sowie eine zweite radial an der Welle 2 anliegende Dichtlippe aufweist. Insbesondere durch die axial anliegende Dichtlippe ist die Dichtrichtung D5 realisiert. Die Förderrichtung F5 kann durch konstruktive Anpassung der Doppellippendichtung 16 erreicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellenanordnung
- 2
- Welle
- 3
- Gehäuse
- 4
- Lagereinrichtung
- 5
- Innerer Dichtungsabschnitt
- 6
- Äußerer Dichtungsabschnitt
- 7
- Sperrraum
- 8
- Wellenraum
- 9
- Flüssiges Medium
- 10
- Flüssiger Schmierstoff
- 11
- Einfüllöffnung
- 12
- Druckfester Stopfen
- 13
- Lippendichtung als innerer Dichtungsabschnitt 5
- 14
- Lippendichtung als äußerer Dichtungsabschnitt 6
- 15
- Einfachlippendichtung als innerer Dichtungsabschnitt 5
- 16
- Doppellippendichtung als innerer Dichtungsabschnitt 5
- D5
- Dichtrichtung des inneren Dichtungsabschnitts 5
- D6
- Dichtrichtung des äußeren Dichtungsabschnitts 6
- F5
- Förderrichtung des inneren Dichtungsabschnitts 5
- F6
- Förderrichtung des äußeren Dichtungsabschnitts 6
- B
- Bodenseite
- S
- Stirnseite
- U
- Umgebungsbereich
