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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung mit verbesserter Herstellbarkeit. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Labyrinthdichtung durch ein additives Fertigungsverfahren.
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Labyrinthdichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen erhältlich. Beispielsweise können derartige Dichtungen in eine Lagerinnenkonstruktion integriert sein oder als Adapterbauteile an die Lagerung als adaptive Dichtung angefügt werden.
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Bei adaptiven Labyrinthdichtsystemen, beispielsweise, kann unterschieden werden zwischen axialen und radialen Labyrinthen. Um möglichst viele Schleifen im Labyrinth zu erzeugen, haben sich axiale Labyrinthe etabliert. Dies ermöglicht eine verbesserte Herstellung. Um jedoch die Fliehkraft durch den Rotor gezielt für die Dichtwirkung nutzen zu können, beispielsweise um Schmutz aus dem Spalt zu fördern und Schmierstoff zurück zu fördern, sind radiale Labyrinthdichtungen bevorzugt. Der große Nachteil derartiger Dichtungen ist jedoch eine vergleichsweise komplexe und aufwändige Herstellung derartiger Dichtungen.
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Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Fertigungsverfahren für Labyrinthdichtungen können daher noch Verbesserungspotential aufweisen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wenigstens einen Nachteil aus dem Stand der Technik zumindest teilweise zu umgehen. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fertigungsverfahren für Labyrinthdichtungen zu schaffen, welches auf einfache Weise das Erzeugen der Labyrinthdichtung ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen einer Labyrinthdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch eine Labyrinthdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
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Es wird vorgeschlagen ein Verfahren zum Herstellen einer Labyrinthdichtung, wobei ein digitaler Datensatz bereitgestellt wird, welcher Datensatz dreidimensionale Formdaten der Labyrinthdichtung umfasst, wobei die Labyrinthdichtung ein erstes Dichtelement und ein zweites Dichtelement umfasst, die zueinander korrespondierend ausgestaltet werden derart, dass zwischen dem ersten Dichtelement und dem zweiten Dichtelement ein Dichtspalt ausbildbar ist, wobei das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement durch einen gemeinsamen Herstellungsprozess basierend auf dem digitalen Datensatz durch ein additives Herstellungsverfahren jeweils einteilig erzeugt werden.
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Die Erfindung bezieht sich somit auf die Konstruktion und Herstellung von Labyrinthdichtungen. Diese weisen gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zwei Dichtelemente auf, zwischen denen ein Dichtspalt ausgebildet ist. Insbesondere wird eine Labyrinthdichtung erzeugt, die genau zwei Dichtelemente aufweist. Es ist jedoch vom Rahmen der Erfindung umfasst, dass die Labyrinthdichtung mehr als zwei Dichtelemente aufweist. Dabei können die Dichtelemente in einer Ausgestaltung bevorzugt vollständig voneinander getrennt sein, wenn die Dichtelemente beispielsweise gegeneinander beweglich sein sollen. Charakteristisch bei Labyrinthdichtungen ist insbesondere, dass der Dichtspalt keinen geraden Verlauf aufweist, sondern der Dichteffekt durch eine beispielsweise labyrinthartige Form hervorgerufen wird. Ein derartiger Dichtspalt kann somit winkelig und/oder kurvig ausgestaltet sein, um ein Durchtreten von Fluid durch den Dichtspalt zu verhindern oder zumindest deutlich zu reduzieren. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Labyrinthdichtung aus genau oder auch mehr als zwei Dichtelementen besteht, die einzeln oder beide einteilig ausgestaltet sind.
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Um derartige Dichtungen herzustellen ist es bei dem vorbeschriebenen Verfahren vorgesehen, dass zunächst ein digitaler Datensatz bereitgestellt wird, welcher Datensatz dreidimensionale Formdaten der Labyrinthdichtung umfasst. Das Bereitstellen des Datensatzes kann dabei durch das Eingeben über eine Eingabeeinheit, wie etwa eine Tastatur, in einen Prozessor beziehungsweise in eine Steuereinheit, erfolgen, der beziehungsweise die Teil einer Herstellungsvorrichtung ist und das Herstellungsverfahren steuert. Alternativ kann der Datensatz in den Prozessor beziehungsweise in die Steuereinheit beispielsweise online übertragen werden oder auch von einem Speichermedium eingelesen werden. Der Datensatz umfasst dreidimensionale Formdaten der Labyrinthdichtung. In anderen Worten beschreibt der Datensatz die zu fertigende Labyrinthdichtung in seiner Größe und Geometrie beziehungsweise in seiner dreidimensionalen Form derart, dass basierend auf diesem Datensatz die Labyrinthdichtung erzeugbar ist. Beispielsweise sind die Formdaten dabei in einer Schichtstruktur ausgebildet, wie dies für additive Fertigungsverfahren an sich bekannt ist. Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Formdaten zusätzlich Informationen über Auslassöffnungen aufweist, welche von Bedeutung sein können, um nicht verarbeitetes Rohmaterial etwa aus einer Kavität aus der Labyrinthdichtung zu entfernen oder das Entfernen von Rohmaterial auf andere Weise zu erleichtern.
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Bei dem vorbeschriebenen Verfahren ist es nunmehr vorgesehen, dass das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement durch einen gemeinsamen Herstellungsprozess basierend auf dem digitalen Datensatz durch ein additives Herstellungsverfahren jeweils einteilig erzeugt werden. In anderen Worten wird durch das additive Fertigungsverfahren die Labyrinthdichtung derart erzeugt, dass die Dichtelemente jeweils einteilig ausgestaltet sind und nicht aus mehreren Teilen erzeugt sind.
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Unter einem additiven Fertigungsverfahren kann dabei insbesondere verstanden werden ein Prozess, bei dem auf der Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten durch das Ablagern beziehungsweise Aufbauen von Material schichtweise ein Bauteil aufgebaut wird. Beispiele für derartige Prozesse umfassen etwa den 3D-Druck, unter welchem oftmals auch Lasersintern beziehungsweise Laserschmelzen verstanden werden. Ein additives Fertigungsverfahren unterscheidet sich deutlich von konventionellen, abtragenden Fertigungsmethoden. Anstatt, wie bei abtragenden Verfahren bekannt, zum Beispiel ein Werkstück aus einem festen Block heraus zu fräsen, werden die Bauteile bei additiven Fertigungsverfahren Schicht für Schicht aus Werkstoffen aufgebaut, die als Ausgangsmaterial als insbesondere feines Pulver vorliegen. Anwendung finden derartige Verfahren etwa beim sogenannten Rapid Prototyping oder auch in der Serienproduktion.
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Meist kommt zur Bearbeitung wie etwa zum Aufschmelzen des Rohmaterials ein Laser, wie etwa ein CO2-Laser, ein Nd:YAG-Laser oder ein Faserlaser, oder auch eine Elektronenstrahlquelle zum Einsatz. Der pulverförmige Werkstoff ist beispielsweise ein Kunststoff, wie etwa Polyamid, Polycarbonat oder ein anderer Kunststoff, ein kunststoffbeschichteter Formsand, oder auch ein Metallpulver, wie etwa aufweisend Nickel, Eisen, Cobalt, eine Legierung etwa der vorbeschriebenen Metalle, oder auch ein Keramikpulver.
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Ein derartiges Verfahren bietet signifikante Vorteile gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik.
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Denn konventionell hergestellte Labyrinthdichtungen, etwa unter Verwendung von spanenden Prozessen erzeugt, unterliegen einer Vielzahl von Gerechtheiten, die das Gesamtsystem komplexer gestalten. Insbesondere hat sich als ein Nachteil bei den konventionellen Herstellungsverfahren herausgestellt, dass schon bei vergleichsweise einfachen Dichtgeometrien, also Geometrien des Dichtspalts, die Dichtelemente aus einer Vielzahl von Einzelteilen aufgebaut sein müssen. Denn bei der Dichtgeometrie geht oftmals die Güte des Dichteffekts einher mit einer komplexen Dichtgeometrie. Dies bedingt oftmals, dass die Dichtelemente in einander verschachtelt angeordnet werden, was es jedoch verhindert, dass diese auf einfache Weise in einander geschoben beziehungsweise angeordnet werden können. Vielmehr muss ein Dichtelement beziehungsweise die Labyrinthdichtung über vergleichsweise komplexe Fügeverfahren hergestellt werden, was in einem vergleichsweise komplexen Verfahren resultiert.
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Dadurch, dass bei dem vorbeschriebenen Verfahren die Labyrinthdichtung durch adaptive Fertigungsverfahren erzeugt wird, kann das erste Dichtelement in einem Schritt gemeinsam mit dem zweiten Dichtelement hergestellt werden, wobei das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement problemlos einteilig ausgestaltet werden.
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Dies erlaubt somit ein bedeutend einfacheres Herstellungsverfahren, da auf das Fügen von Einzelteilen verzichtet werden kann.
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Darüber hinaus läuft das Verfahren unabhängig von der Komplexität der Dichtspaltgeometrie auf einfache Weise ab, so dass auch sehr komplexe Dichtspaltgeometrien beziehungsweise in einander verschachtelte Dichtelemente auf einfache Weise erzeugt werden können, die durch herkömmliche Prozesse oftmals nicht oder nur sehr komplex erzeugbar waren. Dichtspaltgeometrien können dabei komplexer durch die konstruktiven Freiheiten additiver Fertigungsverfahren gestaltet werden, ohne dabei die Teileanzahl zu erhöhen. Dadurch wird es möglich, eine Erhöhung der Dichtwirkung von Labyrinthdichtungen, vorzugsweise durch Erhöhung der Dichtspalte oder durch komplexere Dichtspaltgeometrien, zu erlauben, jedoch ohne dabei die Teilanzahl zu steigern.
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Insbesondere lassen sich durch das vorbeschriebene Verfahren Labyrinthdichtungen erzeugen, die eine Komponente der Richtung des Dichtspalts in zwei zueinander rechtwinklig angeordneten Richtungen aufweisen, wo also der Verlauf des Dichtspalts eine Komponente in zwei zueinander rechtwinklig angeordneten Richtungen aufweist, wobei die Länge der Richtungskomponenten größer sein kann als der Querschnitt des Dichtspalts. Die zwei zueinander rechtwinklig ausgerichteten Richtungskomponenten können etwa axial und radial verlaufen. Beispielsweise kann der Dichtspalt schleifenartig verlaufen, sei es kurvig oder winklig. Derartige Dichtspaltgeometrien bieten eine hohe Dichtwirkung, sind jedoch aufgrund der verschachtelten Anordnung der Dichtelemente durch herkömmliche Verfahren nur durch eine Vielzahl von Bauteilen erzeugbar.
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Für die Anwendung der Dichtung zum Abdichten von Lagern wie etwa Wälzlagern oder Spindellagern, sind derartige Richtungen des Dichtspalts beispielsweise radial beziehungsweise axial.
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Bei adaptiven Labyrinthdichtsystemen, beispielsweise, kann unterschieden werden zwischen axialen und radialen Labyrinthen, insbesondere bei der Anwendung zur Abdichtung von Lagern. Um möglichst viele Schleifen im Labyrinth zu erzeugen, sind axiale Labyrinthe möglich. Jedoch, um jedoch die Fliehkraft durch den Rotor gezielt für die Dichtwirkung nutzen zu können – beispielsweise um Schmutz aus dem Spalt zu fördern und Schmierstoff zurück zu fördern, sind radiale Labyrinthdichtungen vorzuziehen. Insbesondere bei derartigen Systemen tritt eine massive Mehrteiligkeit auf, wenn etwa mindestens zwei bis drei Schleifen erreicht werden sollen, weshalb generative Fertigungsverfahren Möglichkeiten bieten, diese Nachteile zu umgehen und den Herstellungsaufwand wirtschaftlich und technisch begrenzen können. Insbesondere bei Dichtspaltgeometrien mit radialen Richtungen des Dichtspalts lassen sich auf einfache Weise auch komplexe Dichtspaltgeometrien erzeugen.
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Somit ermöglicht das vorbeschriebene Verfahren die Reduzierung der Teileanzahl bei der Herstellung von Labyrinthdichtungen aller Art durch Nutzung additiver beziehungsweise generativer Fertigungsverfahren bei gleichzeitig möglicher Erhöhung der Dichtwirkung.
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Schließlich ermöglicht das vorbeschriebene Verfahren eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses durch Nutzung generativer Verfahren. Demgegenüber sind konventionelle Verfahren vergleichsweise aufwändig, da etwa Spanen von komplexen Geometrien aufwändig ist und Fügeverfahren ebenfalls die Komplexität erhöhen. Dadurch ermöglicht das vorbeschriebene Verfahren eine Erhöhung des Werts durch Erhöhen der Funktionalität und Senken der Herstellungskosten, was sich grundsätzlich aber in besonderem Maße bei Kleinserien beziehungsweise Prototypen bemerkbar macht.
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Mit Bezug auf das additive Fertigungsverfahren sind derartige Verfahren an sich bekannt. Verwendbar ist beispielsweise ein 3D-Druckverfahren, wie etwa Lasersintern beziehungsweise Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen, bei denen ein zu erzeugendes Bauteil schichtweise aufgebaut wird. Beispielsweise wird eine Schicht eines Pulvers des Rohmaterials, aus welchem die Dichtung geformt werden soll, wie etwa ein Metallpulver, auf eine Unterlage aufgebracht. Dazu wird eine Vorrichtung verwendet, die eine Pulverschicht mit einer genau definierten Dicke aufbringen kann. Zur Seite hin werden die Pulverschichten durch Wände begrenzt. Das Pulver, das zu dem festen Bauteil werden soll, wird mit einem Laser aufgeschmolzen und somit verschweißt. Ist die Schicht des Bauteils fertig, wird die Unterlage ein kleines Stück abgesenkt und eine weitere Pulverschicht über die fertige Schicht gezogen. Dann wird von der neuen Schicht wieder das benötigte Pulver mittels Laser aufgeschmolzen und mit der darunter liegenden Schicht verschweißt. Dadurch entsteht ein fester Körper aus Metall. Dies wird so lange wiederholt, bis das Bauteil komplett ist. Anschließend wird das lose Pulver entfernt, so dass das fertige Bauteil beziehungsweise die Labyrinthdichtung fertig gestellt ist.
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Insbesondere für eine vorbeschriebene oder vergleichbare Ausgestaltung kann es nicht beschränkend dem Vorstehenden als Ausführungsbeispiel folgend von Vorteil sein, wenn das Verfahren die Verfahrensschritte umfasst:
- a) Bereitstellen des digitalen Datensatzes;
- b) Eintragen eines pulverförmigen Rohmaterials in einen Bearbeitungsraum;
- c) Dreidimensionales lokal begrenztes Verbinden von Pulverpartikeln des pulverförmigen Rohmaterials basierend auf dem Datensatz unter Ausbildung im Wesentlichen des ersten Dichtelements und des zweiten Dichtelements; und
- d) Entfernen freier Pulverpartikel.
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Bei diesem Verfahren wird somit gemäß Verfahrensschritt a) der digitale Datensatz bereitgestellt, wie er vorstehend im Detail beschrieben ist. Ferner wird gemäß Verfahrensschritt b) pulverförmiges Rohmaterial in einen Bearbeitungsraum eingetragen. Unter einem Bearbeitungsraum ist dabei zu verstehen ein Raum beziehungsweise ein Volumen, in welchem das Pulver zum Ausbilden der Labyrinthdichtung behandelt wird. Beispielsweise kann der Bearbeitungsraum in der horizontalen Ebene durch Wandungen umschlossen sein und kann der Boden als Unterlage für das Rohmaterial dienen. Das Rohmaterial kann von oben eingestreut werden, etwa wie dies vorstehend beschrieben ist. Gemäß Verfahrensschritt c) kann erfolgen ein dreidimensionales lokal begrenztes Verbinden von Pulverpartikeln des pulverförmigen Rohmaterials basierend auf dem Datensatz unter Ausbildung im Wesentlichen des ersten Dichtelements und des zweiten Dichtelements. Dieser Schritt kann beispielsweise unterbrochen werden durch ein erneutes Einstreuen von Rohmaterial, etwa wenn das Verfahren derart ausgeführt wird, dass zunächst eine definierte Dicke des Rohmaterials eingestreut wird, die Partikel teilweise verbunden werden und anschließend eine weitere Schicht des Rohmaterials eingefüllt wird. Somit kann ein Verbinden der Pulverpartikel schichtweise erfolgen, wodurch auch in einer vertikalen Ebene, also insgesamt dreidimensional, ein Verbinden der Pulverpartikel erfolgen kann.
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Eine Ausbildung im Wesentlichen des ersten Dichtelements und des zweiten Dichtelements kann ferner bedeuten, dass die erzeugten Dichtelemente noch Strukturen, wie insbesondere Auslassöffnungen zum Entfernen des Rohmaterials aufweisen können, die unter Umständen noch geschlossen werden oder auch offen verbleiben können.
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Ein lokal begrenztes Verbinden der Partikel erfolgt somit basierend auf dem digitalen Datensatz und damit begrenzt derart, dass die gewünschten Bauteile entstehen. In anderen Worten erfolgt ein Verbinden der Partikel an den Positionen, die Bestandteil der zu erzeugenden Labyrinthdichtung sind beziehungsweise sein sollen.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Labyrinthdichtung aus einem Kunststoff oder einem Metall umfasst. Als geeignete Metalle sind beispielsweise aber in keiner Weise beschränkend Nickel, Palladium, Stahl, Kobalt, Kupfer, Titan, Eisen oder deren Legierungen zu nennen. Beispielhafte Kunststoffe umfassen beispielsweise aber in keiner Weise beschränkend Polyamid, Polycarbonat oder faserverstärkte Kunststoffe. Die Partikelgröße derartiger Materialien ist, wie grundsätzlich auch deren Material, allerdings grundsätzlich entsprechend der gewünschten Anwendung beziehungsweise herzustellenden Form und entsprechend dem konkreten additiven Fertigungsverfahren zu wählen.
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Ferner kann ein lokal begrenztes Verbinden der Partikel beispielsweise erfolgen unter Verwendung eines Lasers oder eines Elektronenstrahls, der die Partikel beispielsweise lokal aufschmelzen und so verbinden kann, oder der, etwa bei Kunststoffen, eine lokale Härtung hervorrufen kann. Somit ist der Laser beziehungsweise der Elektronenstrahl zu wählen in Abhängigkeit des gewählten Rohmaterials.
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Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass die Labyrinthdichtung bei der Herstellung an einem Lager fixiert wird, so dass ein Dichtelement des ersten und zweiten Dichtelements als Stator ausgebildet wird uns das zweite Dichtelement des ersten und zweiten Dichtelements als Rotor ausgebildet wird, etwa als Innenring beziehungsweise Außenring eines Wälzlagers. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem das Rohmaterial unmittelbar an die entsprechenden Stellen des Lagers gestreut wird, die Lagerbauteile somit als Boden des Bearbeitungsraumes dienen können. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach und mit besonders wenigen Herstellungsschritten realisierbar, da bei einer Herstellung der Labyrinthdichtung gleichermaßen ein Anbinden an das Lager erfolgt, so dass besonders wenige Herstellungsschritte notwendig sind. Beispiele für entsprechende Lager umfassen etwa Wälzlager oder Spindellager, bei denen ein Dichtungselement in an sich bekannter Weise als Stator fungiert und das weitere Dichtelement als Rotor fungiert.
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Neben einer vorstehend beschriebenen Alternative bei der adaptiv an das Lager montierte Dichtkonstruktionen realisiert werden, ist es von der Erfindung mit umfasst, die Labyrinthdichtung als in die Lagerinnenkonstruktion integrierte Dichtungen auszuführen, bei denen die zunächst erzeugte Labyrinthdichtung in das Lager integriert wird. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass das Lager entsprechende Aufnahmen für die Dichtelemente aufweist, um die Dichtelemente an dem Lager zu fixieren. Beispielsweise kann dies durch eine Rastverbindung beziehungsweise Clipsverbindung und/oder grundsätzlich durch einen Formschluss realisiert werden.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird auf die nachfolgende Beschreibung der Labyrinthdichtung, die Figuren und die Beschreibung der Figuren Bezug genommen und umgekehrt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Labyrinthdichtung, aufweisend ein erstes Dichtelement und ein zweites Dichtelement, wobei das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement derart zueinander korrespondierend ausgestaltet sind, dass zwischen dem ersten Dichtelement und dem zweiten Dichtelement ein Dichtspalt ausgebildet ist, wobei das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement einstückig ausgebildet sind.
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Ein vorbeschriebenes Dichtelement erlaubt insbesondere eine verbesserte Herstellbarkeit, da eine Labyrinthdichtung, bei welcher die Dichtelemente einteilig sind, eine reduzierte Teilanzahl benötigen. Dadurch können Herstellungsschritte eingespart und das Herstellungsverfahren für die vorbeschriebene Labyrinthdichtung besonders einfach gehalten werden. Dies gilt insbesondere vorteilhaft dann, wenn die Labyrinthdichtung aus dem ersten Dichtelement und dem zweiten Dichtelement, die vorzugsweise beide einteilig ausgestaltet sind, besteht. Es ist jedoch vom Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst, dass die Labyrinthdichtung mehr als zwei Dichtelemente aufweist.
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Dabei ist eine besonders gute Dichtwirkung zu erzielen, wenn der Dichtspalt beziehungsweise sein Verlauf eine Richtungskomponente in zwei zueinander rechtwinklig angeordneten Richtungen aufweist, insbesondere wobei die Länge der Richtungskomponenten größer ist als der Querschnitt des Dichtspalts. Beispielsweise kann der Dichtspalt schleifenartig verlaufen, sei es kurvig oder winklig. Derartige Dichtspaltgeometrien bieten eine hohe Dichtwirkung, sind jedoch aufgrund der verschachtelten Anordnung der Dichtelemente durch herkömmliche Verfahren nur durch eine Vielzahl von Bauteilen erzeugbar. Da aber insbesondere in einer derartigen Ausgestaltung ein guter Dichteffekt zu erwarten ist, ist die vorliegende Erfindung insbesondere bei der Herstellung von Labyrinthdichtungen mit hoher Dichtwirkung von Vorteil.
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Beispielsweise kann es vorgesehen sein, wenn wenigstens ein Dichtelement auf der dem Dichtspalt zugewandten Seite einen Hinterschnitt aufweist. Diese Ausgestaltung kann einen besonders guten Dichteffekt ermöglichen und ist ferner durch herkömmliche Herstellungsverfahren nur schwer erzielbar.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, wenn der Dichtspalt über einen Querschnitt mäandriert. In anderen Worten kann der Dichtspalt zumindest zum Teil in Form von Schlingen ausgestaltet sein, die symmetrisch oder auch unsymmetrisch sein können. Insbesondere kann es von Vorteil sein, wenn der Dichtspalt über den Querschnitt frei mäandriert. In dieser Ausgestaltung können beispielsweise die Bogenradien von einander abweichen und der Querschnitt des Dichtspalts variierend ausgestaltet ein. Ferner kann es in dieser Ausgestaltung vorteilhaft sein, wenn der Dichtspalt im Wesentlichen frei von rechten Winkeln ist, wobei rechte Winkel nicht ausgeschlossen sind.
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Ferner kann der Durchmesser beziehungsweise Querschnitt des Dichtspalts unabhängig von der konkreten Ausgestaltung einheitlich sein oder auch an verschiedenen Positionen abweichend ausgestaltet sein, also variierend ausgestaltet sein.
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Eine weitere Variante einer freien Gestaltung der Dichtgeometrie kann darin gesehen werden, dass das erste Dichtelement als Rotor ausgestaltet ist, welcher um eine Achse rotierbar ist, und dass das zweite Dichtelement als Stator ausgebildet ist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Labyrinthdichtung wenigstens einen, bevorzugt mehr als einen, axialen Dichtspaltbereich aufweist, und wenigstens einen, bevorzugt mehr als einen, radialen Dichtspaltbereich aufweist, wobei es ferner vorgesehen ist, dass der radiale Dichtspaltbereich relativ zur Radialebene um den Winkel α geneigt ist, oder dass der axiale Dichtspaltbereich einen sich verändernden Querschnitt aufweist, bei denen sich der Dichtspalt etwa axial zu einem Lager, wie etwa Radialwälzlager oder weg von einem Radialwälzlager vergrößert oder verkleinert. Hierdurch können gezielt durch die Zentrifugalkraft eindringende Schmutzpartikel aus dem Labyrinth beziehungsweise dem Dichtspalt gefördert werden. Der axiale Dichtspaltbereich kann alternativ oder zusätzlich konstant gehalten werden oder mit veränderlichem Querschnitt gestaltet werden. Dadurch kann beispielsweise Schmierstoff zurück in ein Lager, welches die Labyrinthdichtung abdichtet, gefördert werden. Die exakte Ausgestaltung kann dabei in für den Fachmann verständlicher Weise abhängen von dem gewünschten Effekt und der spezifischen Anwendung.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung an einem Wälzlager;
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2: eine schematische Darstellung einer Herstellung einer Labyrinthdichtung;
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3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung an einem Wälzlager;
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4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung an einem Wälzlager; und
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5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung an einem Wälzlager.
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In der 1 ist eine erste Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung 10 gezeigt. Die Labyrinthdichtung 10 umfasst ein erstes Dichtelement 12 und ein zweites Dichtelement 14, wobei das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 14 derart zueinander korrespondierend ausgestaltet sind, dass zwischen dem ersten Dichtelement 12 und dem zweiten Dichtelement 14 ein Dichtspalt 16 ausgebildet ist. Dabei ist es vorgesehen, dass das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 16 einstückig ausgebildet sind.
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Im Detail zeigt die dargestellte Ausführungsform ein Radialwälzlager 18 mit Innenring 20, Außenring 22, kugelförmigem Wälzkörper 24 und einem Käfig 26. An der Stirnseite ist additiv am Innenring 20 das zweite Dichtelement 14 als einteiliger Stator, sowie am Außenring 22 das erste Dichtelement 12 als einteiliger Rotor angefügt. Zwischen rotierendem und statischem Bauteil befindet sich der Dichtspalt 16, der sich radial mindestens einmal in positive und negative Richtung ausdehnt, sowie in axialer Richtung eine Ausdehnung besitzt. Das Ausführungsbeispiel wird generativ beziehungsweise additiv hergestellt. Speziell bei pulverbasierten Herstellungsverfahren sind Auslassöffnungen 30 beziehungsweise -schlitze für das Restpulver vorzusehen, da Rotor und Stator beziehungsweise das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 14 in einem Herstellungsschritt gefertigt werden. Diese Auslassöffnungen 30 können sowohl am Rotor und/oder am Stator beziehungsweise am ersten Dichtelement 12 oder am zweiten Dichtelement 14 angeordnet werden. Infolge der Montage im Gehäuse und auf der Welle werden diese Auslassöffnungen 30 wieder verschlossen. Somit kann es grundsätzlich und unabhängig der konkreten Ausgestaltung möglich sein, die Auslassöffnungen 30 nicht zu verschließen, durch andere Bauteile zu verschließen oder unter Verwendung des insbesondere angeschmolzenen beziehungsweise geschmolzenen Stoffes des Rohmaterials, etwa durch Restpulver, oder andere insbesondere angeschmolzene beziehungsweise geschmolzene Materialien, zu verschließen.
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In der 2 ist ein Herstellungsverfahren für eine derartige Labyrinthdichtung 10 gezeigt. Bei einem derartigen Verfahren wird ein digitaler Datensatz bereitgestellt, welcher Datensatz dreidimensionale Formdaten der Labyrinthdichtung 10 umfasst, wobei die Labyrinthdichtung 10 das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 14 umfasst, die zueinander korrespondierend ausgestaltet werden derart, dass zwischen dem ersten Dichtelement 12 und dem zweiten Dichtelement 14 ein Dichtspalt 16 ausbildbar ist, wobei das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 14 durch einen gemeinsamen Herstellungsprozess basierend auf dem digitalen Datensatz durch ein additives Herstellungsverfahren jeweils einteilig erzeugt werden.
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Die einteilige Herstellung von erstem Dichtelement 12 und zweitem Dichtelement 14 zeigt 2 exemplarisch mit einem Beispiel zur optimalen Orientierung im Bauraum. Konstruktiv ist für pulverbettbasierte Verfahren auf Auslassöffnungen 30 zur Pulverentfernung zu achten, sowie grundsätzlich auf eine minimale Spaltbreite von vorzugsweise ≤ 1mm, bevorzugt ≤ 0,7mm, beispielsweise ≤ 0,5mm, wie etwa ≤ 0,3mm, für den Dichtspalt 16. Generell ist die Konstruktion entsprechend zu optimieren, um etwaig notwendiges Stützmaterial entfernen zu können. Selbst größere Spaltbreiten gegenüber spanendend hergestellten Labyrinthdichtungen sind insofern tolerierbar, da mehrere „Schleifen“ im Labyrinth enthalten sein können, die Dichtspaltgeometrie somit deutlich komplexer ausgestaltet werden kann. Illustriert ist außerdem der schichtweise Aufbau der Labyrinthdichtung durch nacheinander aufgefüllte Schichten 32 entlang dem Pfeil 36. Dabei sind die Auslassöffnungen 30 in der linken Ausgestaltung aus 2 in dem zweiten Dichtelement 14 angeordnet und in der rechten Ausgestaltung in 2 in dem ersten Dichtelement 12.
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Vorteile ergeben sich, wie dies vorstehend beschrieben ist, in der einteiligen Herstellung der Dichtelemente 12, 14, in der Herstellbarkeit eines Dichtspalts 16 mit mehreren Schleifen und einem geringerer konstruktiverer Aufwand durch weniger Schnittstellen.
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In der 3 ist eine weitere Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung 10 gezeigt. Diese Ausführungsform zeigt relativ zur Radialebene um den Winkel α geneigte Dichtungslamellen, beziehungsweise weist eine bezüglich der Radialebene winkelig angeordneten radialen Dichtspaltbereich 16 r auf. Hierdurch können gezielt durch die Zentrifugalkraft eindringende Schmutzpartikel aus dem Labyrinth beziehungsweise dem Dichtspalt 16 gefördert werden. Zusätzlich können veränderliche Dichtspalte 16 realisiert werden, bei denen sich der Dichtspalt etwa axial zu einem Lager, wie etwa Radialwälzlager 18 oder weg von einem Radialwälzlager 18 vergrößert oder verkleinert, beispielsweise Schmierstoff zurück ins Lager fördern können. Der axiale Dichtspaltbereich 16 a kann konstant gehalten werden oder ebenfalls durch variable Neigungswinkel α mit veränderlichem Querschnitt gestaltet werden. Diese Ausführungsform wird ebenfalls durch eine generative Herstellung erst mit vertretbarem Aufwand ermöglicht.
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Vorteile sind wiederum eine einteilige Herstellung, zweiteilig in der Funktion, variable Neigungen der Dichtungslamellen und das Ausbilden von einer Förderwirkung durch lokal veränderliche Dichtspalte 16.
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In der 4 ist eine weitere Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung 10 gezeigt. Diese Ausführungsform zeigt eine Labyrinthdichtung 10, umfassend einen Rotor als erstem Dichtelement 12 und Stator als zweitem Dichtelement 14. Es sind sowohl radiale Dichtspaltbereiche 16 r als auch axiale Dichtspaltbereiche 16 a integriert. Durch entsprechende Hinterschnitte 34 kann somit die Dichtwirkung durch zusätzliche „Labyrinthschleifen“ erhöht werden. Weiterhin ist eine generative Herstellung vorgesehen, ähnlich den vorigen Ausführungsformen. Für pulverbettbasierte Varianten sind vorteilhaft lokal Auslassöffnungen 30, vorzugsweise in Form von Bohrungen, Schächten oder ähnlichem, vorgesehen, um überschüssiges Pulver beziehungsweise Rohmaterial zu entfernen. Diese werden nach Einbau vorzugsweise durch Welle und Gehäuse wieder verschlossen. Die Auslassöffnungen 30 können in radialer Richtung oder auch in axialer Richtung angeordnet werden. Die Vorteile sind etwa eine effektive Dichtwirkung der Labyrinthe beziehungsweise des Dichtspalts 16 sowie eine einteilige Fertigung der Dichtelemente 12, 14.
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In der 5 ist eine weitere Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung 10 gezeigt. Die in der 5 dargestellte Ausführungsform zeigt eine Labyrinthdichtung 10 mit einem Dichtspalt 16 in einer Freiform. Dies ist durch generative Fertigungsverfahren herstellbar. Allerdings sind durch einen geschwungenen Dichtspalt 16 entsprechende Auslassöffnungen 30 vorzusehen, sofern pulverbettbasierte Verfahren zum Einsatz kommen. Durch die nahezu freie Gestaltung des Dichtspalts 16 kann die Dichtwirkung effektiv erhöht werden. Die Form des Dichtspalts 16 ist beliebig zu variieren, ggf. können mehrere Schleifen eingebaut werden, etwa wenn der Dichtspalt in einem Querschnitt mäandriert.
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Die Vorteile können etwa gesehen werden in dem Erzeugen beliebiger Dichtspaltgeometrien, angepasst je nach vorgesehener Anwendung, in der einteilige Herstellung, zweiteilig im Betrieb und in dem variablen Freiformdichtspalt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Labyrinthdichtung
- 12
- erstes Dichtelement
- 14
- zweites Dichtelement
- 16
- Dichtspalt
- 16r
- radialer Dichtspaltbereich
- 16a
- axialer Dichtspaltbereich
- 18
- Radialwälzlager
- 20
- Innenring
- 22
- Außenring
- 24
- Wälzkörper
- 26
- Käfig
- 30
- Auslassöffnung
- 32
- Schicht
- 34
- Hinterschnitt
- 36
- Pfeil
