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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung zur berührungslosen Abdichtung an zwei relativ zueinander rotierenden Bauteilen. Labyrinthdichtungen werden auch als Spaltdichtungen oder berührungsfreie Wellendichtungen bezeichnet. Die Dichtwirkung beruht vorrangig darauf, dass es in einem schmalen Spalt zwischen zueinander beweglichen Teilen insbesondere bei hohen Relativgeschwindigkeiten der Spaltflächen zueinander zu strömungstechnischen Effekten kommt, die ein Austreten insbesondere von Schmierflüssigkeiten aber auch Prozessfluiden verhindern. Zur Beeinflussung der im Dichtspalt herrschenden Strömungsbedingungen wird dieser häufig einem mehrfachen Richtungswechsel unterzogen, so dass ein labyrinthartiger Verlauf resultiert. Beim Einsatz an rotierenden Bauteilen umfasst eine Labyrinthdichtung daher zumindest einen Innenring und einen Außenring, die abschnittsweise gegenüberliegende Dichtungsflächen aufweisen, um den genannten Dichtungsspalt auszubilden. Der Dichtungsspalt mündet an einem ersten Ende in einen Innenraum und an einem zweiten Ende in einen Außenraum, die voneinander abzudichten sind. Zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Dichtspaltes erstrecken sich bei den hier betroffenen Labyrinthdichtungen mindestens ein erster axial verlaufender Spaltabschnitt, ein erster radial verlaufender Spaltabschnitt und ein zweiter axial verlaufender Spaltabschnitt.
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Aus der
DE 20 2012 103 429 U1 ist ein Wälzlager mit integrierter Labyrinthdichtung bekannt. Ein Innenring des Wälzlagers kann mit einer Welle einer Maschine verbunden werden, während ein Außenring in einem Gehäuse eingesetzt ist. Zwischen Innenring und Außenring sind mehrere Wälzkörper angeordnet. Außerdem weist dieses Wälzlager eine Schleuderscheibe auf, die mit dem Innenring verbunden ist. Eine Labyrinthdichtungsstruktur, die mit dem Außenring verbunden ist, bildet gemeinsam mit der Schleuderscheibe eine Labyrinthdichtung. Dazu ist die Schleuderscheibe mit einer Strukturierung versehen, in welche die Labyrinthdichtungsstruktur kammartig eingreift. Dies erfordert bei der Herstellung der Schleuderscheibe und deren Anbringung am Innenring eine hohe Präzision, wodurch die Kosten der Labyrinthdichtung steigen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Labyrinthdichtung bereitzustellen, die einerseits preiswert zu fertigen ist, aus wenigen Bauteilen besteht und andererseits eine gute Dichtwirkung erreicht. Insbesondere soll der benötigte Bauraum für die Labyrinthdichtung klein gehalten werden und eine hinreichende Dichtwirkung soll auch im Falle einer Überflutung der Dichtung gewährleistet sein.
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Die genannte Aufgabe wird durch eine Labyrinthdichtung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Labyrinthdichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zumindest eine Schleuderscheibe besitzt, die am Innenring angebracht ist und die sich zumindest mit einem radial außenliegenden Scheibenabschnitt in den Dichtspalt erstreckt, jedoch ohne diesen strömungstechnisch zu unterbrechen. Vielmehr leitet die Schleuderscheibe den Dichtspalt durch eine Staudruckzone. Dazu verläuft der Dichtspalt um den Scheibenabschnitt der Schleuderscheibe herum, so dass beidseitig des Scheibenabschnitts radial verlaufende Spaltabschnitte des Dichtspalts liegen.
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Durch die Kombination eines zunächst üblichen Verlaufs eines Dichtspalts im Rahmen einer Labyrinthdichtung mit der Anbringung einer Schleuderscheibe werden verbesserte Dichtwirkungen auch unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen erreicht. Die in den Dichtspalt hineinragende Schleuderscheibe lässt eine Staudruckzone entstehen, die insbesondere bei Überflutung der Labyrinthdichtung eine verbesserte Abdichtungswirkung zeigt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Staudruckzone mit Fett oder einem ähnlichen zähflüssigen Dichtungsmaterial befüllt, um eine erhöhte Dichtwirkung speziell im Zustand der Überflutung zu erzielen. Im normalen Betriebszustand, also wenn Innenring und Außenring zueinander rotieren, wird das an den außenliegenden Abschnitt der Schleuderscheibe angrenzende Medium, im einfachsten Fall Luft, durch die auftretenden Fliehkräfte radial nach außen befördert, so dass an den gegenüberliegenden Flächen der Schleuderscheibe parallele Strömungen entstehen, die am äußeren Rand der Schleuderscheibe, der sich in einem Umkehrpunkt des Dichtspalts befindet, gegeneinander gerichtet sind, so dass die erwähnte Staudruckzone entsteht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schleuderscheibe als plan geformter Ring gebildet, wobei der Innenkreis dieses Rings dichtend am Innenring der Labyrinthdichtung anliegt und wobei sich die Schleuderscheibe zumindest mit ihrem äußeren Scheibenabschnitt in eine radiale Ausnehmung des Außenrings erstreckt, so dass beidseitig der Schleuderscheibe parallel verlaufende Abschnitte des Dichtspalts entstehen.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Schleuderscheibe im Bereich des ersten axial verlaufenden Spaltabschnitts des Dichtspalts angeordnet ist und diesen in zwei Teilbereiche unterteilt. Bei abgewandelten Ausführungsformen kann die Schleuderscheibe aber auch im Bereich eines nachgeordneten axial verlaufenden Spaltabschnitts positioniert werden, soweit konstruktiv sichergestellt ist, dass die Schleuderscheibe am Innenring befestigt werden kann und gleichzeitig in die Ausnehmung im Außenring eingreift.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Labyrinthdichtung nicht nur axial und radial verlaufende Spaltabschnitte sondern darüber hinaus mindestens einen konisch geneigten Spaltabschnitt, der vorzugsweise zwischen zwei radial verlaufenden Spaltabschnitten angeordnet ist. Dieser konisch geneigte Spaltabschnitt dient vor allem einem zielgerichteten Ablauf von Flüssigkeiten, die beim Stillstand von Innenring und Außenring in den Dichtspalt einlaufen können.
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Die Schleuderscheibe kann sowohl aus elastischem als auch aus steifem Material gefertigt sein. Insbesondere kommen Schleuderscheiben aus Kunststoff oder aus Metall in Betracht. Sofern die Schleuderscheibe selbst elastische Eigenschaften aufweist, kann sie beim Zusammenbau der Labyrinthdichtung verformt werden, wodurch sich die notwendige Teilezahl der Labyrinthdichtung auf drei beschränken lässt. Wird eine metallische Schleuderscheibe verwendet, ist stattdessen ein vierteiliger Aufbau des Labyrinthlagers zu bevorzugen, wobei ein Abschlussring zum Einsatz kommt, mit welchem die im Außenring eingebrachte Ausnehmung, in welche die Schleuderscheibe hineinragt, bei der Montage verschlossen wird.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Labyrinthdichtung mit dreiteiligem Aufbau;
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2 eine Detailzeichnung einer Schleuderscheibe, die in eine Ausnehmung eines Außenrings eingreift;
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3 eine vereinfachte Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Labyrinthdichtung mit vierteiligem Aufbau;
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4 eine vereinfachte Explosionsdarstellung einer dritten Ausführungsform der Labyrinthdichtung mit vierteiligem Aufbau;
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5 drei Schnittansichten der Zusammenbauschritte der Ausführungsform gemäß 4.
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Die in 1 in einer Schnittdarstellung gezeigte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Labyrinthdichtung besitzt als Hauptbestandteile einen Innenring 01, einen Außenring 02 und eine Schleuderscheibe 03, die am Innenring 01 befestigt ist. Der Innenring 01 sitzt beispielsweise auf einer rotierenden Welle 04, während der Außenring 02 in einem Lagergehäuse (nicht dargestellt) befestigt ist. Zwischen dem Innenring 01 und dem Außenring 02 verläuft ein Dichtspalt 06, so dass sich Innenring und Außenring im Stillstand als auch während der Rotation an keiner Stelle unmittelbar berühren.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform verläuft der Dichtspalt 06 beginnend an einem ersten Ende 07 zunächst entlang eines ersten axialen Spaltabschnitts 08, der später in einen ersten radialen Spaltabschnitt 09 übergeht und der nach einem zweiten axialen Spaltabschnitt 11 an einem zweiten Ende 12 mündet.
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Eine wesentliche Besonderheit der erfindungsgemäßen Labyrinthdichtung besteht darin, dass die Schleuderscheibe 03 in radialer Richtung in eine Ausnehmung 13 eingreift, die im Außenring 02 angebracht ist. Die Ausnehmung 13 besitzt die Form einer umlaufenden Nut, die in der zum Innenring 01 gerichteten Innenwand des Außenrings 02 geöffnet ist. Dadurch unterteilt die Schleuderscheibe 03 den ersten axialen Spaltabschnitt 08 in zwei Teilabschnitte, die über einen ausschließlich in dem Außenring 02 verlaufenden Abschnitt des Dichtspalts miteinander verbunden sind. Die Einzelheiten dieses Abschnitts werden in Bezug auf 2 weiter unten beschrieben.
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Der Dichtspalt 06 umfasst bei der in 1 dargestellten Ausführungsform einen dritten axialen Spaltabschnitt 14, der sich an den ersten radialen Spaltabschnitt 09 anschließt und in Strömungsrichtung entgegen dem ersten axialen Spaltabschnitt 08 verläuft. Der erste axiale Spaltabschnitt 08 dient in dem vor der Schleuderscheibe 03 liegenden Teilabschnitt vor allem der Drosselung gegen direkte Bespritzung vom Innenraum. Im ersten radialen Spaltabschnitt 09 stellt sich während der Rotation eine aktive Förderwirkung des im Dichtspalt befindlichen Mediums aufgrund der Fliehkraft ein. Der dritte axiale Spaltabschnitt 14 erhöht nochmals die Drosselwirkung auf das Medium.
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Auf den dritten axialen Spaltabschnitt 14 folgt ein kurzer Umlenkabschnitt 17 in radialer Richtung, an welchem sich ein konisch geneigter Spaltabschnitt 18 anschließt, der in einem spitzen Winkel zum dritten axialen Spaltabschnitt 14 verläuft. Der konische Verlauf des Abschnitts 18 verhindert vor allem das vollständige Fluten des Dichtspalts bei längeren Stillstandszeiten, da er den Ablauf des gegebenenfalls vom zweiten Ende 12 eingetretenen Mediums bewirkt. An den konisch geneigten Spaltabschnitt 18 schließt sich nochmals ein zweiter radialer Spaltabschnitt 19 an, der eine Förderwirkung nach außen zur Folge hat und in den bereits erwähnten zweiten axialen Spaltabschnitt 11 übergeht.
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Die zuvor beschriebene Ausgestaltung des Dichtspalts ist lediglich beispielhaft und kann je nach abzudichtenden Medium und erforderlichen Dichteigenschaften angepasst werden. Der Fachmann kann diese Anpassung unter Zuhilfenahme seiner allgemeinen Kenntnisse über Labyrinthdichtungen leicht vornehmen.
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2 zeigt eine Detailansicht der Schleuderscheibe 03 und der diese umgebenden Abschnitte des Dichtspaltes 06. Die Schleuderscheibe 03 ist am Innenring 01 befestigt, beispielsweise in eine Ringnut 21 eingeschnappt oder eingeklebt. Mit ihrem außenliegenden Scheibenabschnitt ragt die Schleuderscheibe 03 in die Ausnehmung 13 hinein, so dass der Dichtspalt 06 beidseitig von ihr verläuft und am freien Ende der Schleuderscheibe 03 ein Umkehrraum ausgebildet ist. Während der Rotation bildet sich dadurch innerhalb der Ausnehmung 13 eine Staudruckzone aus, wie dies durch die eingezeichneten Strömungspfeile verdeutlicht wird. Die Dichtwirkung dieser Staudruckzone kann für den Fall des Stillstands verbessert werden, indem Fett oder ein anderes Dichtmedium eingefüllt wird, in welchem die Schleuderscheibe 03 rotieren kann. Die Breite des zwischen Schleuderscheibe 03 und der Wandung der Ausnehmung 13 jeweils verbleiben Spalts entspricht bevorzugt etwa der Breite des Dichtspalts 06 an anderen Stellen oder ist etwas kleiner gewählt. Die Länge des Spalts, der zwischen der Schleuderscheibe 03 und der Wandung der Ausnehmung 13 auf jeder Seite der Schleuderscheibe 03 verläuft, liegt bevorzugt im Bereich des drei- bis achtfachen seiner Breite.
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3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Labyrinthdichtung in einer vereinfachten Explosionsdarstellung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Ausführung vor allem darin, dass sie aus vier Einzelteilen zusammengesetzt ist. Wie zuvor beschrieben, sind auch hier der Innenring 01, der Außenring 02 und die Schleuderscheibe 03 vorhanden. Beim Zusammenbau der Labyrinthdichtung wird der Außenring 02 axial in Richtung Innenring 01 verschoben, wodurch bereits wesentliche Teile des Dichtspalts ausgebildet werden. Nachfolgend wird bei dieser Ausführungsform die Schleuderscheibe 03 in die Ringnut des Innenrings eingesetzt, wobei dies möglich ist, da die Ausnehmung 13 des Außenrings 02 lediglich als Halbnut ausgeführt ist, die entlang der Symmetrieachse geöffnet bleibt. Um die Ausnehmung 13 zu verschließen, wird dann ein Abschlussring 22 axial eingesetzt und am Außenring 02 befestigt. Die vierteilige Ausführungsform eignet sich vor allem für die Verwendung von starren, insbesondere metallischen Schleuderscheiben.
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4 zeigt eine Explosionsdarstellung einer dritten Ausführungsform der Labyrinthdichtung, die in ihrem Grundaufbau der Variante nach 3 entspricht und ebenfalls aus vier Bestandteilen besteht, nämlich dem Innenring 01, dem Außenring 02, der metallischen Schleuderscheibe 03 und dem Abschlussring 22. Bei dieser Ausführung ist die Ausnehmung 13 im Außenring 02 allerdings mit einer konischen Fläche versehen, sodass nach dem Zusammenbau der sich ausbildende Umkehrraum am äußeren Umfang der Schleuderscheibe 03 einen sich verjüngenden Querschnitt aufweisen wird. Außerdem besitzt die Schleuderscheibe 03 an ihrer dem Abschlussring 22 zugewandten Seite eine Nase 23, welche beim Zusammenbau der Befestigung des Abschlussrings 22 dient.
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5 zeigt in drei Teilansichten von links nach rechts drei Schritte beim Zusammenbau der Labyrinthdichtung gemäß der Ausführungsform nach 4. In der linken Abbildung sind der Innenring 01 und der Außenring 02 zusammengesetzt. In der mittleren Abbildung ist die Schleuderscheibe 03 hinzugefügt und in der rechten Abbildung ist auch noch der Abschlussring 22 eingesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Innenring
- 02
- Außenring
- 03
- Schleuderscheibe
- 04
- Welle
- 05
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- 06
- Dichtspalt
- 07
- erstes Ende
- 08
- erster axialer Spaltabschnitt
- 09
- erster radialer Spaltabschnitt
- 10
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- 11
- zweiter axialer Spaltabschnitt
- 12
- zweites Ende
- 13
- Ausnehmung
- 14
- dritter axialer Spaltabschnitt
- 15
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- 16
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- 17
- Umlenkabschnitt
- 18
- konisch geneigter Spaltabschnitt
- 19
- zweiter radialer Spaltabschnitt
- 20
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- 21
- Ringnut
- 22
- Abschlussring
- 23
- Nase
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012103429 U1 [0002]
