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Die Erfindung betrifft eine Ferrofluiddichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie eine elektrische Antirebsmaschine mit einer solchen Ferrofluiddichtung gemäß Patentanspruch 10. Ferrofluiddichtungen als solche sind aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der
DE 38 24 104 A1 , bekannt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Abdichtung einer Antriebswelle in einer elektrischen Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung zu verstehen.
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Bei Automobilen gibt es eine große Anzahl von rotierenden Teilen, häufig ist neben der Lagerung für diese Teile auch eine Abdichtung vorzusehen, um eine unplanmäßiges Ein-/Austreten von Fremdstoffen insbesondere durch Lagerungsstellen zu verhindern. Grundsätzlich lassen sich Dichtungseinrichtungen in Dichtungen mit berührender Abdichtung und berührungsloser Abdichtung unterscheiden. Während berührende Dichtungen eine hohe Dichtwirkung, sogar im Stillstand der rotierenden Teile aufweisen, weisen berührungslose Dichtungen einen besonders geringen Verlustgrad auf.
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Ein allgemeines Ziel ist es, eine rotierbar gelagerte Welle in einem Automobil derart gegenüber einem Gehäuse abzudichten, dass einerseits eine hohe Dichtwirkung und andererseits ein geringer Verlustgrad entstehen. Dabei ist dies bei den fahrzeugspezifischen Randbedingungen, wie hohen Temperaturschwankungen und transienten Betriebsbedingungen, insbesondere variablen Drehzahlen, zu erreichen. Als Dichtungseinrichtung, mit geringem Verlustgrad und guter Abdichtwirkung insbesondere bei weitgehend konstanten Betriebsbedingungen sind Ferrofluiddichtungen bekannt.
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Die
DE 38 24 104 A1 offenbart eine Dichtungseinrichtung, bei welcher die Ferrofluiddichtung mittels wenigstens einer zusätzlichen Scheibe, wenigstens bereichsweise abgedeckt und geschützt ist. Durch diesen Schutz kann die Verunreinigung oder ein Ausspülen eines magnetischen Sperrmediums (Ferrofluid) verringert oder verhindert werden und so wird das Betriebsverhalten der Dichtungseinrichtung verbessert.
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Die
DE 2 264 874 A1 befasst sich mit einer Schmieranordnung unter Verwendung einer magnetisierbaren Flüssigkeit. Die
US 4 527 802 A befasst sich mit einer magnetisch/zentrifugal-flüssigkeits Dichtung. Die
US 3 834 775 A befasst sich mit einem ferrohydrodynamischen Lager mit geringer Reibung.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ferrofluiddichtung mit verbesserter Abdichtwirkung anzugeben, sowie eine elektrische Antriebsmaschine mit einer solchen Ferrofluiddichtung. Diese Aufgabe wird durch eine Ferrofluiddichteinrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, sowie durch eine elektrische Antriebsmaschine gemäß Anspruch 10 gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß weist die Ferrofluid-Dichteinrichtung wenigstens eine Ferrofluid-Dichtung und eine berührungslose Dichtung auf. Die Ferrofluid-Dichteinrichtung ist derart eingerichtet, dass diese von wenigstens einer Seite mit einem flüssigen Medium beaufschlagbar ist. Bei solchen Anforderungen tritt bisher das Problem auf, dass das flüssige Medium, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit oder ein Schmierstoff, in die Ferrofluid-Dichteinrichtung eindringt und ein Ferrofluid, welches zur Abdichtung vorgesehen ist, aus der Einrichtung ausspült. Durch das Ausspülen verschlechtert sich die Dichtwirkung.
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Durch die vorgesehene berührungslose Dichtung auf der Seite der Dichtungseinrichtung, welche durch das flüssige Medium beaufschlagbar ist, ist es ermöglicht, das Eindringen der Flüssigkeit in die Ferrofluid-Dichteinrichtung zu verhindern und somit die Dichtwirkung dieser über einen langen Zeitraum zu erhalten und gleichzeitig durch die berührungslose Dichtung einen hohen Wirkungsgrad der Dichtung zu erhalten. Diese berührungslose Dichtung weist erfindungsgemäß wenigstens eine Rotationsscheibe (kinematisch mit einer abzudichtenden Welle gekoppelt), welche direkt benachbart zu einer Gehäusescheibe (kinematisch mit dem gegenüber der Welle stillstehenden Gehäuse) angeordnet ist auf und bildet dadurch eine Labyrinthdichtung aus. Insbesondere eine derartige Labyrinthdichtung weist einen hohen Wirkungsgrad und eine gute Abdichtwirkung auf. Vorzugsweise weist die Gehäusescheibe wenigstens in einem Bereich als einen Bestandteil einen ferromagnetischen Werkstoff auf oder besteht aus diesem, bevorzugt weist die Gehäusescheibe als einen Bestandteil ein Nicht-Eisenmetall als einen Bestandteil auf oder besteht aus diesem. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die Gehäusescheibe wenigstens in einem Bereich als einen Bestandteil einen ferromagnetischen Werkstoff auf oder besteht aus diesem, bevorzugt weist die Gehäusescheibe als einen Bestandteil einen ferromagnetischen Werkstoff als einen Bestandteil auf oder besteht aus diesem. Insbesondere wenn wenigstens eine der Gehäusescheiben aus einem ferromagnetischen Werkstoff besteht, ist eine Verbreiterung beziehungsweise eine Vergrößerung des Raumes erreichbar, welcher vom Ferrofluid ausfüllbar ist und somit ist eine Verbesserung der Ferrofluiddichtung darstellbar. Insbesondere bildet sich durch wenigstens eine ferromagnetische Gehäusescheibe das magnetische Feld, wenigstens bereichsweise, auch im Spalt zwischen dieser Gehäusescheibe und der benachbarten Ferroscheibe aus.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Dichtung wenigstens zwei ferromagnetische Gehäusescheiben und zwei Ferroscheiben auf. Weiter vorzugsweise überdeckt der Magnet in radialer Richtung die Ferroscheiben wenigstens teilweise. Insbesondere durch eine derartige Gestaltung stellt sich ein besonders großer Raum ein, in welchem das vom Magneten hervorgerufene Feld wirkt und die Abdichtwirkung ist dadurch verbesserbar.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind zwei der Ferroscheiben durch eine dritte Ferroscheibe magnetisch leitend miteinander verbindbar. Untersuchungen haben gezeigt, dass dadurch die Ausbildung des magnetischen Feldes derart verbesserbar ist, dass sich eine bessere Dichtwirkung für die Ferrofluiddichtung ergibt.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Ferrofluid-Dichteinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche wenigstens zwei Ferrofluide (Sperrfluide) aufweist und zum Abdichten eines rotierbar gelagerten Bauteils vorgesehen ist, insbesondere einer Welle. Dazu weist eine Ferrofluid-Dichteinrichtung insbesondere ein Innen- und ein Außenteil auf. Das Außenteil ist vorzugsweise drehfest mit einem Gehäuse oder einer Wandung verbindbar. Weiter vorzugsweise ist das Innenteil drehfest mit dem rotierbar gelagerten Teil, vorzugsweise einer Welle oder Achse, verbindbar. Zwischen diesem Innenteil und diesem Außenteil ist das Ferrofluid angeordnet.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Ferroscheibe ein Bauteil zu verstehen, welches zum Kontaktieren des Ferrofluids eingerichtet ist, insbesondere kontaktiert diese Ferroscheibe das Ferrofluid derart, dass sich eine Abdichtwirkung ergibt. Vorzugsweise ist die Ferrofluidscheibe mit dem rotierbar gelagerten Bauteil drehfest verbunden, vorzugsweise mit dem Innenteil der Ferrofluiddichtung, alternativ mit dem Außenteil. Weiter vorzugsweise erstreckt sich die Ferroscheibe vom Innenteil ausgehend nach radial Außen. Weiter vorzugsweise weist wenigstens ein Abschnitt der Ferroscheibe als einen Bestandteil einen ferromagnetischen Werkstoff aus oder besteht aus diesem, bevorzugt weist die Ferroscheibe als einen Bestandteil einen ferromagnetischen Werkstoff auf oder besteht aus diesem.
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Im Sinne der Erfindung ist unter dem Ferrofluid ein Fluid zu verstehen, welches ferromagnetische Eigenschaften aufweist. Derartige Ferrofluide und Ferrofluiddichtungen als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere durch seine ferrofluidischen Eigenschaften ist das Ferrofluid durch ein magnetisches Feld beeinflussbar, insbesondere kann es durch ein magnetisches Feld an einem bestimmten Ort oder in einem bestimmten Bereich festgehalten werden.
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Insbesondere zum Schutz des Ferrofluids weist das Außenteil wenigstens eine der zuvor genannten Gehäusescheiben auf. Weiter weist das Außenteil wenigstens einen Magneten zum Erzeugen eines magnetischen Feldes auf. Dabei ist dieser Magnet zumindest abschnittsweise in einem Dichtungskörper des Außenteils aufgenommen. Der Dichtungskörper und die Gehäusescheibe sind kinematisch miteinander gekoppelt, so dass diese beim planmäßigen Betrieb der Fluiddichteinrichtung keine Relativbewegung zueinander ausführen. Der Dichtungskörper weist insbesondere einen ringartigen Grundkörper auf, welche in einem Aussenbereich zur Kontaktierung mit einem Gehäuse oder einer Wandung eingerichtet ist. Weiter weist der Grundkörper eine Ausnehmung auf, innerhalb welcher die rotierbar gelagerte Welle anordenbar ist. Der Magnet ist vorzugsweise in oder bevorzugt an diesen Grundkörper anordenbar. Weiter vorzugsweise erstreckt sich der Magnet in radialer Richtung wenigstens soweit, dass dieser die Ferroscheibe wenigstens teilweise überdeckt, bevorzugt erstreckt sich der Magnet von radial außen nach innen.
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Das Innenteil ist um eine Rotationsachse rotierbar, dabei verläuft die Rotationsachse insbesondere durch diese Ausnehmung des Dichtungskörpers. Zwischen dem Innenteil, dieses ist in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise innerhalb des Außenteils angeordnet, und dem Außenteil ist das Ferrofluid derart angeordnet, dass es durch das magnetische Feld des Magneten beaufschlagbar ist. Vorzugsweise ist das Ferrofluid so angeordnet, dass es einen um die Rotationsachse verlaufenden konzentrischen Ring ausbildet.
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Die Ferrofluid-Dichteinrichtung ist von der ersten Seite mit einem flüssigen Medium beaufschlagbar. Auf dieser ersten Seite (in axialer Richtung) ist die Gehäusescheibe und damit auch die berührungslose Dichtung angeordnet. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Magnet in radialer Richtung ausgehend von dem Dichtungskörper in Richtung zu der Rotationsachse.
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Erfindungsgemäß weist die Ferrofluid-Dichteinrichtung insbesondere zur Verbesserung der Dichtwirkung der berührungslosen Dichtung wenigstens eine Rotationsscheibe und eine Gehäusescheibe auf.
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Weiter ist insbesondere diese Rotationsscheibe kinematisch mit dem Innenteil gekoppelt. Weiter vorzugsweise ist insbesondere zur Verbesserung der Dichtwirkung der berührungslosen Dichtung diese Gehäusescheibe unmittelbar benachbart zur Rotationsscheibe angeordnet. Weiter vorzugsweise ist der axiale Abstand zwischen der Rotationsscheibe und der Gehäusescheibe geringer als 10 mm, vorzugsweise geringer als 5 mm und besonders bevorzugt geringer als 1 mm. Weiter vorzugsweise sind eine Vielzahl von Rotationsscheiben und Gehäusescheiben, jeweils abwechselnd zueinander angeordnet, insbesondere durch eine Vielzahl derartiger Rotations- und Gehäusescheiben ist die Dichtwirkung der berührungslosen Dichtung weiter verbesserbar. Insbesondere durch die berührungslose Dichtung auf derjenigen Seite (erste Seite) der Ferrofluid-Dichteinrichtung, welche durch ein flüssiges Medium beaufschlagbar ist, kann eine Verunreinigung oder das Ausspülen des Ferrofluids verhindert oder verringert werden und damit ist die Dichtwirkung verbesserbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ferrofluid-Dichteinrichtung auf einer zweiten Seite, welche der ersten Seite in axialer Richtung gegenüber liegt, eine weitere berührungslose Dichtung auf. Insbesondere durch diese weitere berührungslose Dichtung kann ein Eindringen von Fremdstoffen in die Ferrofluid-Dichteinrichtung verringert oder verhindert werden. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die Ferrofluid-Dichteinrichtung auf dieser zweiten Seite zusätzlich oder alternativ eine berührende Dichtung auf, vorzugsweise einen Radialwellendichtring oder dergleichen.
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In einer Ausführungsform weist die Ferrofluid-Dichteinrichtung ein erstes und wenigstens ein zweites Ferrofluid auf. Dabei sind das erste und das wenigstens eine zweite Ferrofluid räumlich voneinander getrennt, so dass sich zwei oder eine Vielzahl getrennter Fluidreservoire ergeben. Vorzugsweise sind die Ferrofluide in axialer Richtung, also entlang der Rotationsachse des Innenteils, durch jeweils eine Trennscheibe voneinander getrennt. Weiter vorzugsweise ist diese Trennscheibe kinematisch mit dem Außenteil koppelbar. Vorzugsweise weist die Trennscheine als einen Bestandteil einen Ferromagnetischen Werkstoff aus oder besteht aus diesem. Insbesondere durch diese Zuordnung des Ferrofluids, des Magneten und der Trennscheibe zum Außenteil ergibt sich, dass diese Elemente gegenüber dem rotierbar gelagerten Innenteil, sowie gegenüber den mit diesen kinematisch gekoppelten Elementen still stehen. Insbesondere durch das Vorsehen mehrerer Ferrofluid-Reservoire und damit dem Vorsehen mehrerer FerrofluidDichtungen kann die Dichtwirkung der Ferrofluid-Dichteinrichtung weiter verbessert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trennscheibe als einen Bestandteil ein Nicht-Eisenmetall auf. Weiter vorzugsweise weist die Trennscheibe als einen Bestandteil einen Kunststoff, vorzugsweise einen faserverstärkten Kunststoff auf. Besonders bevorzugt besteht die Trennscheibe wenigstens abschnittsweise aus einem der zuvor genannten Materialien. Insbesondere durch die beschriebene Materialwahl wird das Magnetfeld zum Halten des Ferrofluids in der vorgesehenen Position, insbesondere am Außenteil, nicht negativ beeinflusst und somit ist die Dichtwirkung der Ferrofluid-Dichteinrichtung weiter verbesserbar.
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In einer Ausführungsform weist die Ferrofluid-Dichteinrichtung eine erste und eine zweite Ferroscheibe auf. Vorzugsweise sind diese erste und diese wenigstens eine zweite Ferroscheibe kinematisch mit dem Innenteil koppelbar. Weiter vorzugsweise kontaktiert jeweils eine Ferroscheibe ein Ferrofluid. Insbesondere kontaktiert die erste Ferroscheibe das erste Ferrofluid und die zweite Ferroscheibe das zweite Ferrofluid. Insbesondere durch zwei oder mehr Ferroscheiben, welche mit den Ferrofluiden zusammenwirken, ist die Dichtwirkung der Ferrofluid-Dichteinrichtung weiter verbesserbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine der Ferroscheiben als einen Bestandteil einen ferromagnetischen Werkstoff auf. Weiter vorzugsweise besteht diese Ferroscheibe wenigstens bereichsweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff. Weiter vorzugsweise bestehen mehrere oder alle Ferroscheiben aus einem derartigen Werkstoff oder weisen diesen wenigstens abschnittsweise als einen Bestandteil auf. Insbesondere dadurch, dass die Ferroscheiben aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehen oder einen solchen aufweisen, kann das Magnetfeld des Magneten zum Halten des Ferrofluids besonders günstig ausgerichtet werden und so ist die Dichtwirkung der Ferrofluid-Dichteinrichtung weiter verbesserbar.
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In einer Ausführungsform ist wenigstens eine, vorzugsweise mehrere oder alle, der kinematisch mit dem Innenteil gekoppelten Ferroscheiben derart angeordnet, dass diese sich diese im radial äußeren Bereich in axialer Richtung mit dem Außenteil, zumindest bereichsweise, oder vorzugsweise vollständig, überdecken. Insbesondere in diesem radial äußeren Bereich wird das magnetische Feld zwischen Außen- und Innenteil gebündelt, wodurch sich auch das Ferrofluid bevorzug in diesem Bereich sammelt und Dichtstellen ausbildet. Bei einer Rotation des Innenteils gegenüber dem Außenteil wird das durch die Ferroscheiben kontaktierte Ferrofluid ebenfalls in eine, insbesondere ringförmige, Rotationsbewegung um die Rotationsachse versetzt. Die dabei auftretenden Fliehkräfte drücken das Ferrofluid zusätzlich radial nach außen in die Dichtungsbereiche zwischen dem Innen- und dem Außenteil, wodurch die Dichtwirkung weiter verbesserbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen wenigstens einer oder mehrerer der Gehäusescheiben und einer der Rotationsscheiben ein Abdichtelement angeordnet. Weiter vorzugsweise ist dieses Abdichtelement dazu eingerichtet, eine berührende Dichtung zwischen der Gehäusescheibe und der Rotationsscheibe auszubilden. Weiter vorzugsweise sind durch das Abdichtelement sowohl die Gehäusescheibe als auch die Rotationscheibe kontaktierbar. Weiter vorzugsweise sind für dieses Abdichtelement übliche Dichtungswerkstoffe verwendbar, insbesondere solche Dichtungswerkstoffe, welche dauerelastisch sind. Insbesondere durch das Vorsehen eines Abdichtelements zwischen einer Gehäuse- und einer Rotationsscheibe ist eine weitere Verbesserung der Abdichtwirkung der Ferrofluid-Dichteinrichtung erreichbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Außenteil wenigstens ein, vorzugsweise zwei oder mehrere, Polelement angeordnet. Vorzugsweise ist ein derartiges Polelement derart zum Magneten positioniert, dass damit das magnetische Feld, welches von diesem Magneten ausgeht und zum Halten des Ferrofluids vorgesehen ist, beeinflussbar ist. Weiter vorzugsweise ist das Polelement derart eingerichtet, dass es wenigstens einen Teil des magnetischen Feldes des Magneten in einem bestimmten Bereich des Außenteils bündelt. Weiter vorzugsweise wird durch das Polelement das magnetische Feld in einen Dichtungsbereich geleitet beziehungsweise gebündelt. Weiter vorzugsweise ist in dem Dichtungsbereich eines der Ferrofluide angeordnet, bzw. wird das Ferrofluid durch das vom Polelement gerichtete magnetische Feld des Magneten in diesem Dichtungsbereich gehalten. Weiter vorzugsweise sind das Ferrofluid, eine der Ferroscheiben sowie das Polelement in axialer Richtung derart angeordnet, dass sich diese wenigstens bereichsweise überdecken. Insbesondere durch eine derartige Ausrichtung der an der Abdichtung beteiligten Elemente (Ferrofluid, Ferroscheibe) ist eine besonders gute Abdichtwirkung der Ferrofluid-Dichteinrichtung erreichbar.
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Die Erfindung ist vorliegend mit maximal zwei Ferrofluiddichtungen, aufweisend ein Ferrofluid, eine Ferroscheibe und einen Magneten dargestellt, um die Dichtwirkung zu erhöhen können auch eine Vielzahl von Ferrodichtungen angeordnet und mit weiteren Dichtungen kombiniert werden, wobei diese weiteren Dichtungen dazu vorgesehen sind eine Verunreinigung und vorzugsweise das Ausspülen, des Ferrofluid zu verringern oder zu verhindern.
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Eine elektrische Antriebsmaschine, insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, weist wenigstens eine der zuvor beschriebenen Ferrofluid-Dichteinrichtungen auf, vorzugsweise zwei dieser Ferrofluid-Dichteinrichtungen. Somit kann die drehbar gelagerte Abtriebswelle dieser elektrischen Antriebsmaschine gegenüber dem stillstehenden Gehäuse besonders effizient durch die Dichteinrichtungen abgedichtet werden. Vorzugweise ist es durch die Ferrofluid-Dichteinrichtungen ermöglicht, eine besonders effiziente Kühlung, insbesondere Flüssigkeitskühlung, eines Rotors der elektrischen Antriebsmaschine vorzusehen und somit die Effizienz der elektrischen Antriebsmaschine zu verbessern. Dabei ist die Ferrofluid-Dichteinrichtung derart in der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet, dass das Innenteil mit der Rotorwelle der elektrischen Antriebsmaschine gekoppelt ist und das Außenteil mit dem Gehäuse bzw. mit einem Gehäuseabschnitt der elektrischen Antriebsmaschine.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens ein Bereich zwischen der Ferroscheibe und dem Magneten oder der Trennscheibe, insbesondere einer ferromagnetischen Trennscheibe oder ein Bereich zwischen der Ferroscheibe und einer der Gehäusescheiben oder ein Bereich zwischen der Ferroscheibe und dem Außenteil einen mittleren Abstand T auf. Vorzugsweise ist dieser mittlere Abstand T innerhalb dieses Bereichs nicht konstant. Weiter vorzugsweise ist innerhalb dieses Bereichs wenigstens eine Engstelle mit dem Abstand t angeordnet, bevorzugt sind darin mehrere Engstellen angeordnet. Vorzugsweise weist wenigstens eines der Bauteile, welche die Breite dieses Bereichs begrenzt einen wellen- oder zackenartigen Verlauf auf, so dass die Engstellen durch die Wellen oder Zacken ausgebildet werden. Weiter vorzugsweise weisen beide die Breite dieses Bereichs begrenzenden Bauteile einen derartigen Bereich auf, bevorzugt sind die Bauteile dabei so ausgerichtet, dass sich Wellenberg beziehungsweise Zackenspitzen unmittelbar gegenüber liegen. Vorzugsweise ist die Spaltbreite t, bezogen auf T, um wenigstens 0,1 % verringert, vorzugsweise um 1%, bevorzugt um 5% und besonders bevorzugt um 10%. Insbesondere in den Engstellen ergibt sich eine Konzentration des magnetischen Feldes, welche sich positiv auf die Abdichtwirkung der Ferromagnetischen Dichtung auswirkt.
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Nachfolgend sind zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung in den Figuren in zum Teil schematisierter Art und Weise dargestellt. Dabei zeigt:
- 1: einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Ferrofluid-Dichteinrichtung,
- 2: einen Teilschnitt durch eine Variante der erfindungsgemäßen Ferrofluid-Dichteinrichtung,
- 3: einen Teilschnitt durch eine Variante der erfindungsgemäßen Ferrofluid-Dichteinrichtung,
- 4: einen Teilschnitt durch einen Spaltbereich zwischen dem Magneten und einer Ferroscheibe mit magnetischen Feldlinien.
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In 1 ist ein Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Ferrofluid-Dichteinrichtung dargestellt. Dabei verhindert diese Ferrofluid-Dichteinrichtung das Durchströmen eines flüssigen Mediums (nicht dargestellt) von einer ersten Seite der Ferrofluid-Dichtung 40 auf eine zweite Seite 50. Zum Abdichten kombiniert die Ferrofluid-Dichteinrichtung eine Ferrofluid-Dichtung mit weiteren Dichteinrichtungen. Auf der Welle 20 ist ein Innenteil 1b mit einem Dichtkörper 15 angeordnet. In dem Gehäuse 30 ist ein Außenteil 1a angeordnet. In dem Dichtkörper 12 des Außenteils 1a ist ein Permanentmagnet 9 angeordnet. Der Permanentmagnet 9 weist ein erstes 10a und ein zweites 10b Pölelement auf. Die Polelemente 10a, 10b konzentrieren das magnetische Feld 8a, 8b auf die Dichtungsbereiche 14a, 14b. In den Dichtungsbereichen 14a, 14b, wirkt das Ferrofluid 2a, 2b abdichtend.
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Vorliegend handelt es sich um eine rotationssymmetrische Dichteinrichtung, so dass das Ferrofluid 2a, 2b ringartig um die Rotationsachse 21 verteilt ist. In den den Polelementen 10a, 10b in radialer Richtung gegenüberliegenden Bereichen sind die Ferroscheiben 4a, 4b angeordnet. Die Ferroscheiben 4a, 4b und 4c sind aus einem ferromagnetischen Material gefertigt, so dass sich das magnetische Feld 8a, 8b besonders günstig ausrichtet. Dabei ist die Ferroscheibe 4c dazu eingerichtet die Ferroscheiben 4a, 4b miteinander magnetisch leitend zu verbinden. Bei einer Rotationsbewegung des Innenteils 1b gegenüber dem Außenteil 1a wird das durch die Ferroscheiben 4a, 4b kontaktierte Ferrofluid 2a, 2b ebenfalls in Bewegung, insbesondere in eine ringförmige Rotationsbewegung um die Rotationsachse, versetzt. Die durch diese Rotationsbewegung hervorgerufenen Fliehkräfte halten das Ferrofluid 2a, 2b zusätzlich in den Dichtungsbereichen 14a, 14b.
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Die beiden Ferrofluide 2a, 2b werden durch die Trennscheibe 11 in zwei Ferrofluid-Reservoire getrennt. Die Trennscheibe 11 ist dabei aus einem Nicht-Eisenmetall gefertigt. Um ein Ausspülen wenigstens eines der Ferrofluide 2a, 2b zu verhindern, wird aus der Rotationsscheibe 3 und der Gehäusescheibe 5 eine so genannte Labyrinthdichtung gebildet.
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Um die Dichtwirkung weiter zu erhöhen, können mehrere Labyrinthdichtungen in axialer Richtung hintereinander angeordnet sein. Vorliegend wird die Dichtwirkung der Labyrinthdichturig dadurch verstärkt, dass zwischen der Gehäusescheibe 5 und der Rotationsscheibe 3 ein Abdichtelement 13 aus einem dauerelastischen Werkstoff angeordnet ist. Auf der zweiten Seite 50 der Ferrofluid-Dichteinrichtung ist eine weitere berührungslose Dichtung angeordnet, welche ebenfalls aus einer Gehäusescheibe 6 und einer Rotationsscheibe 7 gebildet ist. Dabei kann die Dichtung auf dieser zweiten Seite der Ferrofluid-Dichteinrichtung baugleich oder unterschiedlich zu der Dichteinrichtung auf der ersten Seite 40 der Ferrofluid-Einrichtung ausgebildet sein.
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Nachfolgend werden die wesentlichen Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform einer Ferrofluiddichtung von der in 2 dargestellte Variante erläutert, diese erlaubt insbesondere eine besonders kompakte Bauweise. Insbesondere dadurch, dass sich der Magnet 9 in radialer Richtung mit den Ferroscheiben 4a, 4b überdeckt und somit eine Trennscheibe zwischen den Ferroscheiben 4a, 4b ausbildet, entsteht ein zusammenhängender Dichtungsbereich 14a. In diesem zusammenhängenden Dichtungsbereich 14a, verbinden sich die Ferrofluide 2a und 2b so dass physisch noch ein Ferrofluid 2a vorhanden ist, welches im Dichtungsbereich 14a abdichtend wirkt. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich bei einer derartigen Ausführungsform der Effekt der Anlagerung des Ferrofluids an den Magneten 9 in vorteilhafterweise nutzen lässt. Dadurch wird der Spalt zwischen dem stehenden Außenteil 1a und dem rotierenden Innenteil 1b im Dichtungsbereich 14a durch das Ferrofluid 2a verschlossen und die gewünschte Dichtwirkung erzielt. Das magnetische Feld konzentriert sich dabei nicht nur in den Übertrittsbereichen des magnetischen Feldes 8a, 8b vom Innenteil zum Außenteil zwischen den den Magneten umgebenden Bereichen, sogenannte Polelementen 10a, 10b, und den Ferroscheiben 4a, 4b, sondern tritt auch direkt vom Magnet 9 auf die Ferroscheiben 4a, 4b, 4c über (8c, 8d).
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Die Ferroscheiben 4a, 4b können unabhängig von der übrigen Ausgestaltung durch eine dritte Ferroscheibe 4c magnetisch leitend miteinander verbunden sein.
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Nachfolgend wird auf die wesentlichen Unterschiede der in 3 dargestellten Ausführungsform im Unterschied zu der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform eingegangen. In der in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind, im Unterschied zu der in 2 dargestellten Ausführung, die Gehäusescheiben 5 und 6 aus einem ferromagentischen Material gefertigt und bilden so zusätzliche Polelemente 10c, 10b aus. Diese zusätzlichen Polelemente 10c, 10b sind magnetisch leitend mittels der Elemente 10a, 10b mit dem Magneten 9 verbunden. Durch die zusätzlichen Polelemente 10c, 10b bildet sich ein weiterer Übertrittsbereich für das magnetische Feld zwischen dem stehenden Außenteil 1a und dem rotierenden Innenteil 1b aus, insbesondere zwischen den zusätzlichen Polelementen 10c, 10d und den Ferroscheiben 4a, 4b (8e).
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In 4 ist exemplarisch ein Spaltbereich zwischen dem Magneten 9 und der Ferroscheibe 4a dargestellt wie er insbesondere in den Ausführungsformen in 2 und 3 vorhanden sein kann. Die Ferroscheibe 4a weist dabei in dem Bereich B keine ebene Oberfläche auf sondern bildet von der mittleren Spaltbreit T abweichende Engstellen mit der Spaltbreite t aus. Das führt dazu, dass sich das magnetische Feld 8c an den Engstellen konzentriert, wodurch sich auch das Ferrofluid bevorzugt an diese Stellen anlagert. Dadurch werden innerhalb des Dichtspalts mehrere bevorzugte Dichtstellen gebildet was eine Verdrängung des Ferrofluid durch das abzudichtende Fluid erschwert und die Dichtwirkung weiter steigert. Wie dargelegt können die Engstellen auch durch geometrische Änderungen am Magneten 9 oder den Gehäusescheiben 5, 6, beziehungsweise den Polelementen 10a, 10b, 10c, 10d vorgenommen werden (hier nicht dargestellt).
