DE102018200625A1 - Device for non-contact sealing of rapidly rotating components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Dichteinrichtung (10) für Hochgeschwindigkeits-Rotorwellen einer elektrischen Vorrichtung, umfassend ein inneres ringförmiges Dichtelement (14), dass umfänglich um eine Welle der elektrischen Vorrichtung befestigbar ist und ein äußeres ringförmiges Dichtelement (12), dass umfänglich um das innere Dichtelement (14) im Gehäuse (32) der elektrischen Vorrichtung befestigbar ist, wobei das innere und das äußere Dichtelement (12, 14) voneinander beabstandet sind, und wobei auf der Außenseite des inneren Dichtelements (14) und/oder auf der Innenseite des äußeren Dichtelements (12) ein Drallmuster (18) eingearbeitet ist. The invention relates to a high-speed rotor shaft sealing device (10) of an electrical device comprising an inner annular sealing element (14) circumferentially securable around a shaft of the electrical device and an outer annular sealing element (12) circumferentially around the inner sealing element (14) in the housing (32) of the electrical device is fastened, wherein the inner and the outer sealing element (12, 14) are spaced from each other, and wherein on the outside of the inner sealing element (14) and / or on the inside of the outer sealing element (12) a swirl pattern (18) is incorporated.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur berührungsfreien Abdichtung von sich schnell drehenden Bauteilen wie Rotorwellen und eine elektrische Vorrichtung, die eine solche Abdichtung aufweist.The invention relates to a device for non-contact sealing of fast rotating components such as rotor shafts and an electrical device having such a seal.
Stand der TechnikState of the art
In den bekannten Systemen zur Abdichtung von Wellen werden Wellendichtringe eingesetzt. Diese Wellendichtringe werden mit einem festen Sitz in das Gehäuse eingebaut. Die Dichtwirkung beruht auf einer auf die Oberfläche der Welle berührenden Dichtlippe, die (bspw. mittels einer Feder oder Vorspannung) auf die Wellenoberfläche drückt. Um eine Dichtwirkung zu erzielen ist ein gewisser Anpressdruck in der Kontaktfläche zwischen Dichtlippe und Wellenoberfläche notwendig. Aufgrund der hohen Drehzahlen der E-Motoren (im konkreten Fall 35.000rpm) und der im Vergleich großen Wellendurchmesser ergeben sich Gleitgeschwindigkeiten in der Kontaktzone, die an die Grenzen des Materials stoßen können, wodurch das Material verglühen kann.In the known systems for sealing waves shaft seals are used. These shaft seals are installed with a tight fit in the housing. The sealing effect is based on a contact with the surface of the shaft sealing lip which presses (for example by means of a spring or bias) on the shaft surface. In order to achieve a sealing effect, a certain contact pressure in the contact surface between the sealing lip and the shaft surface is necessary. Due to the high rotational speeds of the electric motors (in the specific case 35,000 rpm) and the large shaft diameter in comparison, sliding speeds occur in the contact zone, which can hit the limits of the material, which can burn the material.
Als Alternative können Labyrinthdichtungen eingesetzt werden, die jedoch nicht hundert prozentig dicht sind. Dadurch kann wiederum Öl aus einem benachbarten Getriebe in die elektrische Vorrichtung eintreten und diese beschädigen.As an alternative, labyrinth seals can be used, but they are not one hundred percent tight. This in turn can occur oil from an adjacent transmission in the electrical device and damage them.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Dichteinrichtung bereitzustellen, die zum Einen im Einsatz bei schnell drehenden Elementen robust und sicher ist, gleichzeitig aber auch eine gute Dichtwirkung bereitstellt.The object of the invention is therefore to provide a sealing device, which is robust and safe for use in fast-rotating elements, but at the same time also provides a good sealing effect.
Eine solche Dichteinrichtung umfasst die Merkmale des Anspruchs 1. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.Such a sealing device comprises the features of claim 1. Further, the invention ausgestaltende features are included in the dependent claims.
Eine Erfindungsgemäße Dichteinrichtung für Hochgeschwindigkeits-Rotorwellen eines Elektromotors umfasst ein inneres ringförmiges Dichtelement, dass umfänglich um eine Welle des Elektromotors befestigbar ist und ein äußeres ringförmiges Dichtelement, dass umfänglich um das innere Dichtelement im Gehäuse des Elektromotors befestigbar ist, wobei das innere und das äußere Dichtelement voneinander beabstandet sind, wobei auf der Außenseite des inneren Dichtelements und/oder auf der Innenseite des äußeren Dichtelements ein Drallmuster eingearbeitet ist. Sollte das Fluid in diesem Grenz- bzw. Kontrollbereich eindringen, wird aufgrund der kinematischen Beziehungen und der rotierenden Dralloberfläche das Fluid in Rotation versetzt und aus dem Kontrollbereich herausgefördert. Dabei werden insbesondere strömungsmechanische Transportvorgänge des Fluides ausgenutzt, um die Dichtwirkung zu erzeugen. Dadurch wird eine nahezu verschleißfreie Dichtung gewährleistet, ohne dass die Dichtwirkung stark beeinträchtigt wird. Ferner ist auch der Aufbau der Dichtung vergleichsweise einfach und wenig fehleranfällig. Das Drallmuster ist bevorzugt am rotierenden Bauteil angeordnet, welches in der Regel der Innenring ist. An diesem wirkt das Drallmuster besser auf das Fluid.A high-speed rotor shaft sealing device of an electric motor according to the present invention comprises an inner annular sealing member circumferentially securable around a shaft of the electric motor and an outer annular sealing member circumferentially securable around the inner sealing member in the housing of the electric motor, the inner and outer sealing members spaced from each other, wherein on the outside of the inner sealing element and / or on the inside of the outer sealing element, a swirl pattern is incorporated. Should the fluid penetrate this boundary or control area, the fluid is caused to rotate due to the kinematic relationships and the rotating drum surface and is conveyed out of the control area. In particular, fluid-mechanical transport processes of the fluid are utilized in order to produce the sealing effect. As a result, a virtually wear-free seal is ensured without the sealing effect being severely impaired. Furthermore, the construction of the seal is comparatively simple and prone to errors. The swirl pattern is preferably arranged on the rotating component, which is usually the inner ring. At this, the swirl pattern acts better on the fluid.
Der Abstand zwischen Innen- und Außenring ist vorzugsweise maximal 1mm groß, weiter vorzugsweise 0,8mm oder 0,6mm. Der Minimalabstand beträgt zumindest 0,05mm, bevorzugt 0,1mm oder 0,4mm. Diese Abstände betreffen den Abstand des radial äußersten Rand des Innenrings zum innersten Rand des Außenrings.The distance between the inner and outer ring is preferably at most 1 mm, more preferably 0.8 mm or 0.6 mm. The minimum distance is at least 0.05 mm, preferably 0.1 mm or 0.4 mm. These distances relate to the distance of the radially outermost edge of the inner ring to the innermost edge of the outer ring.
Vorzugsweise weisen die innen liegenden Kanten des inneren Dichtelements und/oder die außen liegenden Kanten der des äußeren Dichtelements eine Fase auf. Durch die Fasen wird die Montage der Dichteinrichtung vereinfacht und deren Festigkeit erhöht.The inner edges of the inner sealing element and / or the outer edges of the outer sealing element preferably have a chamfer. The chamfers simplify the assembly of the sealing device and increase its strength.
Das Drallmuster kann eine oder mehrere Nuten aufweist, die in der jeweiligen Oberfläche ausgebildet sind. Die Nut oder Nuten sind vorzugsweise spiralförmig und verlaufen insbesondere gewindeähnlich um den Umfang. Die Ausbildung des Drallmusters als Nuten und insbesondere als spiralförmig verlaufende Nuten stellt ein einfaches aber effektives Muster dar, um die Drallwirkung auf das Fluid zu bringen. Der Winkel der Nuten ist in Bezug auf die Drehrichtung so gewählt, dass bei Rotation des Außen- oder Innenrings, die Drallwirkung in die gewünschte Richtung auftritt, d.h. dass die Nuten ähnlich wie ein Schneckenantrieb wirken. Die Nut weist vorzugsweise einen abgerundeten Boden auf. Dies ermöglicht ein gutes Fluidverhalten bei hohen Geschwindigkeiten und ist einfach herzustellen. Die Nuten weisen vorzugsweise eine geringere Breite auf, als die Wände zwischen den Nuten. Dies begünstigt ebenfalls die Drallwirkung und führt zu geringerer Spritzneigung des Fluids. Die Wände zwischen den Nuten sind bevorzugt an der Oberseite flach ausgebildet. Dadurch wird der Abstand zwischen Innen- und Außenring besser kontrollierbar und die Drallwirkung auf das Fluid kann besser gesteuert werden um eine gleichbleibende Drallwirkung möglichst über die gesamte Breite der Dichteinrichtung zu erreichen.The swirl pattern may include one or more grooves formed in the respective surface. The groove or grooves are preferably helical and in particular run thread-like around the circumference. The formation of the swirl pattern as grooves, and in particular as helical grooves, provides a simple but effective pattern to impart the swirl effect to the fluid. The angle of the grooves is chosen with respect to the direction of rotation so that upon rotation of the outer or inner ring, the twisting action in the desired direction occurs, i. E. that the grooves act similar to a worm drive. The groove preferably has a rounded bottom. This allows good fluid behavior at high speeds and is easy to manufacture. The grooves preferably have a smaller width than the walls between the grooves. This also favors the swirl effect and leads to less tendency to splash of the fluid. The walls between the grooves are preferably formed flat at the top. Thereby, the distance between the inner and outer ring is better controlled and the swirl effect on the fluid can be better controlled to achieve a constant swirl effect as possible over the entire width of the sealing device.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung, die eine Drehwelle, ein Gehäuse, einen Rotor, der auf der Drehwelle angeordnet ist, und einen Stator, der im Gehäuse gelagert ist, umfasst, wobei die elektrische Vorrichtung ferner zumindest eine vorher genannte Dichteinrichtung aufweist. Eine solche elektrische Vorrichtung ist insbesondere ein Elektromotor oder ein Generator, bei dem ein benachbartes Bauteil ein Schmiermittel benötigt, bspw. das Getriebe neben einem Elektromotor, die elektrische Vorrichtung selbst aber möglichst frei von dem Schmierfluid des benachbarten Bauteils bleiben soll. Hier kann dann die erfindungsgemäße Dichtvorrichtung auf einfache und effektive Art eingesetzt werden.Another aspect of the invention relates to an electric device comprising a rotary shaft, a housing, a rotor disposed on the rotary shaft, and a stator supported in the housing, wherein the electric device further comprises at least one previously mentioned sealing device. Such an electrical device is in particular an electric motor or a generator in which an adjacent component requires a lubricant, for example, the gear next to an electric motor, the electrical device itself but should remain as free as possible from the lubricating fluid of the adjacent component. Here then the sealing device according to the invention can be used in a simple and effective way.
Vorzugsweise ist bei der elektrischen Vorrichtung der Außenring der Dichteinrichtung einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet. Dies erleichtert den Einbau der Dichteinrichtung. Ferner können im Gehäuse der elektrischen Vorrichtung Rücklaufkanäle für das Fluid vorgesehen sein, insbesondere solche, die das Fluid zwischen einem Kugellager und der Dichteinrichtung wieder an den für das Fluid vorgesehenen Ort bringen.Preferably, in the electrical device, the outer ring of the sealing device is formed integrally with the housing. This facilitates the installation of the sealing device. Furthermore, return channels for the fluid can be provided in the housing of the electrical device, in particular those which bring the fluid between a ball bearing and the sealing device back to the location provided for the fluid.
Figurenlistelist of figures
-
1 zeigt eine herkömmliche elektrische Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Dichteinrichtung und einer Vergrößerung der Dichteinrichtung;1 shows a conventional electrical device with a sealing device according to the invention and an enlargement of the sealing device; -
2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Dichteinrichtung; und2 shows a section through a sealing device according to the invention; and -
3 zeigt einen Innenring mit einem Drallmuster.3 shows an inner ring with a swirl pattern.
Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the Preferred Embodiments
Im Folgenden bedeutet „axial“ eine Richtung entlang der Drehachse der Dichteinrichtung (entspricht der Wellenachse in
Eine erfindungsgemäße Dichteinrichtung
Die erfindungsgemäße Dichteinrichtung
An zumindest einer der zueinander gerichteten Oberflächen des Innen- und des Außenrings ist ein Drallmuster
Der Innenring wird üblicherweise auf einer Welle befestigt während der Außenring in einem Gehäuse
Wenn sich die Welle dreht rotiert das Drallmuster
Der Abstand h zwischen Innen- und Außenring ist vorzugsweise maximal 1mm groß, weiter vorzugsweise 0,8mm oder 0,6mm. Der Minimalabstand beträgt zumindest 0,05mm, bevorzugt 0,1mm oder 0,4mm. Diese Abstände betreffen den Abstand h des radial äußersten Rand des Innenrings zum innersten Rand des Außenrings
In einer weiteren Ausführungsform kann auch eine oder beide der zueinander gerichteten Flächen des Innenrings
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Dichteinrichtungsealing device
- 1212
- Außenringouter ring
- 1313
- Fase AußenringBevel outer ring
- 1414
- Innenringinner ring
- 1515
- Fase InnenringBevel inner ring
- 1616
- Nutgroove
- 1818
- Drallmusterswirl pattern
- 2020
- Nutgroove
- 2222
- Wandwall
- 3030
- elektrische Vorrichtungelectrical device
- 3131
- Statorstator
- 3232
- Gehäusecasing
- 3333
- Rotorrotor
- 3434
- Wellewave
- 3535
- Kugellagerball-bearing
Claims (10)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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PCT/EP2018/084167 WO2019141436A1 (en) | 2018-01-16 | 2018-12-10 | Device for the non-contact sealing of rapidly rotating components |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018200625.3A DE102018200625A1 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Device for non-contact sealing of rapidly rotating components |
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Publication Number | Publication Date |
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DE102018200625A1 true DE102018200625A1 (en) | 2019-07-18 |
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ID=64664758
Family Applications (1)
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DE102018200625.3A Pending DE102018200625A1 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Device for non-contact sealing of rapidly rotating components |
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---|---|
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WO2019141436A1 (en) | 2019-07-25 |
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Legal Events
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