DE102021111940A1

DE102021111940A1 - Sealing arrangement and its use

Info

Publication number: DE102021111940A1
Application number: DE102021111940.5A
Authority: DE
Inventors: Ingo Stephan; Michael Müller; Raymond Lee Szparagowski; Raymond Hartzell; Ugo ANSALDI; Axel Güdemann; Sören Neuberger; Daniel Pajak
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-11-10

Abstract

Dichtungsanordnung, umfassend ein erstes Maschinenelement (1) und ein zweites Maschinenelement (2), wobei das zweite Maschinenelement (2) das erste Maschinenelement (1) mit radialem Abstand umschließt, wobei in dem durch den Abstand gebildeten Spalt (3) ein Radialwellendichtring (4) angeordnet ist, mit zumindest einer dynamisch beanspruchten Dichtlippe (5) zur Abdichtung eines mit Druck beaufschlagbaren abzudichtenden Raums (6), wobei die Dichtlippe (5) das erste Maschinenelement (1) unter radialer Vorspannung dichtend umschließt. Der Dichtlippe (5) ist auf der dem abzudichtenden Raum (6) axial zugewandten Seite eine mit dem Druck aus dem abzudichtenden Raum (6) druckbeaufschlagbare Druckdrossel (7) zugeordnet, wobei die Druckdrossel (7) in einer Einbaunut (8) des ersten Maschinenelements (1) schwimmend, in axialer (9) und radialer Richtung (10) beweglich, angeordnet ist.

Sealing arrangement comprising a first machine element (1) and a second machine element (2), the second machine element (2) enclosing the first machine element (1) at a radial distance, a radial shaft sealing ring (4 ) is arranged, with at least one dynamically stressed sealing lip (5) for sealing a pressurizable space (6) to be sealed, the sealing lip (5) sealingly enclosing the first machine element (1) under radial pretension. The sealing lip (5) is assigned a pressure throttle (7) that can be pressurized with the pressure from the space (6) to be sealed, on the side axially facing the space (6) to be sealed, the pressure throttle (7) being in an installation groove (8) of the first machine element (1) floating, movable in the axial (9) and radial direction (10).

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung und deren Verwendung.
Die Dichtungsanordnung umfasst ein erstes Maschinenelement und ein zweites Maschinenelement, wobei das zweite Maschinenelement das erste Maschinenelement mit radialem Abstand umschließt, wobei in dem durch den Abstand gebildeten Spalt ein Radialwellendichtring angeordnet ist, mit zumindest einer dynamisch beanspruchten Dichtlippe zur Abdichtung eines mit Druck beaufschlagbaren abzudichtenden Raums, wobei die Dichtlippe das erste Maschinenelement unter radialer Vorspannung dichtend umschließt.The invention relates to a sealing arrangement and its use.
The sealing arrangement comprises a first machine element and a second machine element, with the second machine element enclosing the first machine element at a radial distance, with a radial shaft sealing ring being arranged in the gap formed by the distance, with at least one dynamically stressed sealing lip for sealing a space to be sealed that can be subjected to pressure , The sealing lip sealingly enclosing the first machine element under radial prestress.

Stand der TechnikState of the art

Eine solche Dichtungsanordnung und deren Verwendung sind allgemein bekannt. Der Radialwellendichtring besteht aus einem PTFE-Werkstoff und weist zumindest eine Dichtlippe auf, die eine schnell drehende Welle außenumfangsseitig dichtend umschließt. Unter einer schnell drehenden Welle wird eine Welle verstanden, die mit bis zu 50.000 Umdrehungen pro Minute rotiert.Such a sealing arrangement and its use are generally known. The radial shaft sealing ring consists of a PTFE material and has at least one sealing lip, which encloses the outer circumference of a rapidly rotating shaft in a sealing manner. A rapidly rotating shaft is understood to mean a shaft that rotates at up to 50,000 revolutions per minute.

Der PTFE-Radialwellendichtring dichtet unter einem relativen Überdruck stehendes Medium in einem abzudichtenden Raum gegenüber der Umgebung ab.The PTFE radial shaft sealing ring seals medium that is under a relative overpressure in a space to be sealed off from the environment.

Die Dichtlippe des Radialwellendichtrings weist dabei eine Rückförderstruktur auf, die bei Rotation der abzudichtenden Welle eine Rückförderung des abzudichtenden Mediums in Richtung des abzudichtenden Raums bewirkt. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Rückförderstruktur nur in einer Vorzugsdrehrichtung der abzudichtenden Welle gut funktioniert. Wird die Drehrichtung der Welle entgegen der Vollzugsdrehrichtung geändert, fördert die Rückförderstruktur das abzudichtende Medium unerwünscht in die Umgebung. Außerdem ist von Nachteil, dass der Radialwellendichtring durch die Rückförderstruktur keine zufriedenstellende statische Dichtheit bei Stillstand der Welle bewirkt. Wenn abzudichtendes Medium dauerhaft an der Dichtlippe des Radialwellendichtrings anliegt, kriecht das abzudichtende Medium durch Kapillarwirkung vom abzudichtenden Raum durch den Rückförderdrall in die Umgebung und führt dadurch zu einer unerwünschten Leckage.The sealing lip of the radial shaft sealing ring has a return structure which, when the shaft to be sealed rotates, causes the medium to be sealed to be returned in the direction of the space to be sealed. However, it should be noted that the return structure only works well in a preferred direction of rotation of the shaft to be sealed. If the direction of rotation of the shaft is changed counter to the complete direction of rotation, the return structure undesirably conveys the medium to be sealed into the environment. Another disadvantage is that the radial shaft sealing ring does not bring about a satisfactory static tightness when the shaft is at a standstill due to the return structure. If the medium to be sealed is permanently in contact with the sealing lip of the radial shaft seal, the medium to be sealed creeps through capillary action from the space to be sealed through the return flow twist into the environment and thus leads to undesirable leakage.

Häufig wird die Dichtlippe mit einer erhöhten radialen Anpresskraft an die abzudichtende Oberfläche der abzudichtenden Welle angedrückt, um die zuvor beschriebenen Nachteile zu minimieren. Dies erzeugt jedoch ein erhöhtes Reibmoment, dadurch erhöhte Reibverluste und unerwünschten Verschleiß.The sealing lip is often pressed against the surface to be sealed of the shaft to be sealed with an increased radial contact pressure in order to minimize the disadvantages described above. However, this generates an increased friction torque, resulting in increased friction losses and undesirable wear.

Eine andere vorbekannte Möglichkeit, schnelldrehende Wellen gegen Medien abzudichten, die unter einem relativen Überdruck stehen, ist der Einsatz mechanischer Gleitringdichtungen. Bei einer Gleitringdichtung handelt es sich um ein Dichtsystem, bei dem zur Abdichtung eines axialen Dichtspalts zwei gegeneinander laufende Gleitringe zur Anwendung gelangen. Ein erster Gleitring ist hierbei drehfest mit einem Gehäuse, ein zweiter drehfest mit einer Welle verbunden. Das abzudichtende Medium dringt in den axialen Dichtspalt zwischen den Gleitringen ein und wird durch hydrodynamisch wirksame Strukturen in den Gleitflächen der Gleitringe zurückgefördert. Um einen zerstörerischen Trockenlauf zu vermeiden, müssen die Gleitflächen der Gleitringe im Betrieb ausreichend geschmiert und gekühlt werden. Hierzu wird das abzudichtende Medium selbst verwendet, in dem eine Leckage des abzudichtenden Mediums durch den Dichtspalt bewusst zugelassen wird. Diese Leckage ist systembedingt erforderlich. Der flüssige Anteil der Leckage wird in einem Leckagedepot aufgefangen und bei Wartungsarbeiten abgelassen. Der gasförmige Teil der Leckage wird durch ein Entlüftungssystem in die Umgebung abgegeben.Another previously known option for sealing off high-speed shafts from media that are under relative overpressure is the use of mechanical slide ring seals. A mechanical seal is a sealing system in which two opposing sliding rings are used to seal an axial sealing gap. A first slide ring is connected to a housing in a rotationally fixed manner, and a second is connected to a shaft in a rotationally fixed manner. The medium to be sealed penetrates into the axial sealing gap between the sliding rings and is conveyed back through hydrodynamically effective structures in the sliding surfaces of the sliding rings. In order to avoid destructive dry running, the sliding surfaces of the slide rings must be adequately lubricated and cooled during operation. For this purpose, the medium to be sealed is used itself, in which leakage of the medium to be sealed through the sealing gap is deliberately allowed. This leakage is necessary due to the system. The liquid part of the leakage is collected in a leakage depot and drained during maintenance work. The gaseous part of the leakage is released into the environment through a venting system.

Um die Dichtheit im Betrieb aufrecht zu erhalten und um eine Dichtwirkung im Stillstand, wenn keine dynamische Rückförderung wirkt, zu gewährleisten, werden die Gleitringe mittels einer Feder axial gegeneinandergepresst, was auch im Betrieb zu Reibung und somit zu Verlusten führt. Zudem benötigt eine Gleitringdichtung weitere Dichtungen, beispielsweise O-Ringe, um mögliche Leckagepfade zwischen erstem Gleitring und Gehäuse sowie zwischen zweitem Gleitring und Welle abzudichten. Mechanische Gleitringdichtungen sind vergleichsweise aufwendig und teuer in ihrer Herstellung.In order to maintain the tightness during operation and to ensure a sealing effect when there is no dynamic return flow, the seal rings are pressed against each other axially by means of a spring, which also leads to friction and thus to losses during operation. In addition, a mechanical seal requires additional seals, such as O-rings, in order to seal possible leakage paths between the first seal ring and the housing and between the second seal ring and the shaft. Mechanical face seals are comparatively complex and expensive to manufacture.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Dichtungsanordnung in allen Betriebszuständen keine Leckage in die Umgebung auftritt, dass Reibung innerhalb der Dichtungsanordnung minimiert wird und dass die Dichtungsanordnung einfach und kostengünstig herstellbar ist. Außerdem soll eine Verwendung einer solchen Dichtungsanordnung gezeigt werden.The invention is based on the object of further developing a sealing arrangement of the type mentioned at the outset in such a way that no leakage into the environment occurs during the intended use of the sealing arrangement in all operating states, that friction within the sealing arrangement is minimized and that the sealing arrangement can be produced simply and inexpensively . In addition, a use of such a sealing arrangement is to be shown.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Dichtungsanordnung nehmen die auf Anspruch 1 direkt oder indirekt rückbezogenen Ansprüche Bezug.This problem is solved by the features of claims 1 and 14. Advantageous configurations of the sealing arrangement take the Claims relating directly or indirectly to Claim 1.

Zur Lösung der Aufgabe ist eine Dichtungsanordnung wie eingangs beschrieben vorgesehen, bei der der Dichtlippe auf der dem abzudichtenden Raum axial zugewandten Seite eine mit Druck aus dem abzudichtenden Raum druckbeaufschlagbare Druckdrossel zugeordnet ist, wobei die Druckdrossel in einer Einbaunut des ersten Maschinenelements schwimmend, in axialer und radialer Richtung beweglich, angeordnet ist.To solve the problem, a sealing arrangement is provided as described at the outset, in which the sealing lip is assigned a pressure restrictor that can be pressurized with pressure from the space to be sealed on the side axially facing the space to be sealed, with the pressure restrictor floating in an installation groove of the first machine element, in the axial and movable in the radial direction, is arranged.

Durch die Verwendung der Druckdrossel und deren zuvor beschriebene Anordnung innerhalb der Einbaunut wird erreicht, dass die Dichtungsanordnung während ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung in allen Betriebszuständen, also bei Stillstand des abzudichtenden ersten Maschinenelements und/oder bei Druckbeaufschlagung des abzudichtenden Mediums im abzudichtenden Raum und/oder bei Drehrichtungswechseln des ersten Maschinenelements relativ zum zweiten Maschinenelement, keine Leckage aus der Dichtungsanordnung in die Umgebung austritt, dass die Reibung während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Dichtungsanordnung gering ist und dass die Dichtungsanordnung einfach und kostengünstig herstellbar ist.The use of the pressure throttle and its arrangement within the installation groove as described above ensures that the sealing arrangement during its intended use in all operating states, i.e. when the first machine element to be sealed is at a standstill and/or when the medium to be sealed is pressurized in the space to be sealed and/or when the direction of rotation changes of the first machine element relative to the second machine element, no leakage from the sealing arrangement escapes into the environment, that the friction during the intended use of the sealing arrangement is low and that the sealing arrangement can be produced simply and inexpensively.

Dem Radialwellendichtring ist in Richtung des abzudichtenden Raums die Druckdrossel in einer funktionstechnischen Reihenschaltung vorgelagert. Prinzipbedingt weist die Druckdrossel eine Leckage auf, die in einem Leckagedepot der Dichtungsanordnung aufgenommen und daraus später abgeführt wird. Durch die dem Radialwellendichtring vorgelagerte Druckdrossel ist die Verwendung von einfachen und kostengünstigen Radialwellendichtringen, beispielsweise aus einem elastomeren Werkstoff oder aus PTFE, möglich. Die radiale Anpresskraft der Dichtlippe des Radialwellendichtrings kann wegen der Druckdrossel, im Vergleich zu der Dichtungsanordnung aus dem Stand der Technik, die zuvor beschrieben ist, reduziert werden. Durch die reduzierte Anpresskraft ergeben sich reduzierte Reibung und reduzierte Verluste. Die Gesamt-Reibungs-Bilanz von Radialwellendichtring und in Strömungsrichtung vorgelagerter Druckdrossel stellt sich positiv im Vergleich zu dem eingangs beschriebenen Stand der Technik dar.In the direction of the space to be sealed, the pressure throttle is placed in front of the radial shaft sealing ring in a functional series connection. Due to the principle, the pressure throttle has a leakage, which is absorbed in a leakage depot of the sealing arrangement and is later drained from it. Due to the pressure throttle upstream of the radial shaft seal, the use of simple and inexpensive radial shaft seals, for example made of an elastomeric material or PTFE, is possible. The radial pressing force of the sealing lip of the radial shaft seal ring can be reduced because of the pressure throttle, compared to the sealing arrangement from the prior art, which is described above. The reduced contact pressure results in reduced friction and reduced losses. The total friction balance of the radial shaft sealing ring and the upstream pressure throttle in the direction of flow is positive compared to the prior art described at the outset.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Druckdrossel als Rechteckring ausgebildet ist. Bei einem Rechteckring handelt es sich um ein besonders einfach und kostengünstig herzustellendes Maschinenelement. Die Funktion des Rechteckrings ergibt sich durch die Druckverhältnisse in seiner Umgebung.According to an advantageous embodiment, it can be provided that the pressure throttle is designed as a rectangular ring. A rectangular ring is a machine element that is particularly simple and inexpensive to produce. The function of the rectangular ring results from the pressure conditions in its environment.

Der Druck des abzudichtenden Mediums wirkt auf die Flächen des Rechteckrings. Hierbei bestimmt das Verhältnis aus Breite zu Höhe des Rechteckrings in welche Richtung der Rechteckring in axialer Richtung gedrückt bzw. in radialer Richtung gedehnt wird. Außerdem bestimmt das Verhältnis, mit welcher Kraft in die jeweilige Richtung gedrückt wird.The pressure of the medium to be sealed acts on the surfaces of the rectangular ring. The ratio of the width to the height of the rectangular ring determines the direction in which the rectangular ring is pressed in the axial direction or stretched in the radial direction. In addition, the ratio determines the force with which the respective direction is pressed.

Bevorzugt ist der Rechteckring so ausgelegt, dass die Breite in axialer Richtung größer als die Höhe in radialer Richtung ist. Durch eine solche Ausgestaltung wird der Rechteckring während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Dichtungsanordnung an das zweite Maschinenelement gedrückt und ist diesem dann relativ drehfest zugeordnet; eine Relativverdrehung zwischen dem Rechteckring und dem zweiten Maschinenelement gibt es während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Dichtungsanordnung nicht.The rectangular ring is preferably designed such that the width in the axial direction is greater than the height in the radial direction. Such a configuration means that the rectangular ring is pressed against the second machine element during the intended use of the sealing arrangement and is then assigned to it in a relatively rotationally fixed manner; there is no relative rotation between the rectangular ring and the second machine element during the intended use of the sealing arrangement.

Eine Relativbewegung findet jedoch zwischen dem ersten Maschinenelement, genauer gesagt zwischen der dem abzudichtenden Raum axial abgewandten Begrenzungswand der Einbaunut für den Rechteckring, und dem Rechteckring statt.However, a relative movement takes place between the first machine element, more precisely between the boundary wall of the installation groove for the rectangular ring, which is axially remote from the space to be sealed, and the rectangular ring.

Bevorzugt ist der Rechteckring an einer Stelle seines Umfangs geschnitzt, um die Montage in die Dichtungsanordnung zu vereinfachen. Durch diesen Schlitz dringt abzudichtendes Medium in Form einer Leckage.Preferably the square ring is carved at one point on its periphery to facilitate assembly into the seal assembly. The medium to be sealed penetrates through this slit in the form of a leak.

Das ist für den Rechteckring und auch für die Dichtlippe des Radialwellendichtrings insofern vorteilhaft, weil dadurch unerwünschter Trockenlauf verhindert wird und die Leckage als Schmier- und Kühlmittel dient.This is advantageous for the rectangular ring and also for the sealing lip of the radial shaft seal because it prevents unwanted dry running and the leakage serves as a lubricant and coolant.

Die Einbaunut kann einen Nutgrund aufweisen, der stirnseitig beiderseits von Begrenzungswänden begrenzt ist. Der Rechteckring kann sich, ohne dass ein Differenzdruck anliegt, in axialer Richtung der Dichtungsanordnung betrachtet, mit seinen Stirnseiten zwischen den Begrenzungswänden hin- und herbewegen.The installation groove can have a groove base which is delimited on both sides by delimiting walls on the face side. Viewed in the axial direction of the sealing arrangement, the rectangular ring can move back and forth with its end faces between the boundary walls without a differential pressure being applied.

Der Nutgrund hat bevorzugt einen Durchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser des Rechteckrings ist. Durch dieses Merkmal und dadurch, dass die Einbaunut in axialer Richtung eine lichte Weite zwischen den Begrenzungswänden aufweisen, die größer als die axiale Erstreckung des Rechteckrings ist, ist der Rechteckring schwimmend in der Einbaunut angeordnet. Er kann sich dadurch den um ihn herrschenden Druckverhältnissen in optimaler Weise anpassen.The bottom of the groove preferably has a diameter that is smaller than the inner diameter of the rectangular ring. Because of this feature and because the installation groove has a clear width between the boundary walls in the axial direction that is greater than the axial extent of the rectangular ring, the rectangular ring is arranged in a floating manner in the installation groove. It can thus optimally adapt to the pressure conditions around it.

Geführt wird der Rechteckring an seiner Außenumfangsfläche, mit der er das zweite Maschinenelement anliegend berührt.The rectangular ring is guided on its outer peripheral surface, with which it touches the second machine element.

Das zweite Maschinenelement umfasst bevorzugt eine Dränage, die sich von einem Leckagedepot, das axial zwischen dem Rechteckring und der Dichtlippe angeordnet ist, bis in den abzudichtenden Raum erstreckt. Wie zuvor bereits ausgeführt, weist die Druckdrossel in Form des Rechteckrings prinzipbedingt eine Leckage auf. Diese prinzipbedingte Leckage sammelt sich während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Dichtungsanordnung im Leckagedepot und wird von dort über die Dränage abgeführt.The second machine element preferably comprises a drainage system, which extends from a leakage depot, which is arranged axially between the rectangular ring and the sealing lip, into the space to be sealed. As already explained above, the pressure throttle in the form of the rectangular ring has a leakage due to the principle. This principle-related leakage accumulates during the intended use of the sealing arrangement in the leakage depot and is discharged from there via the drainage system.

Während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Dichtungsanordnung ist das Leckagedepot stets nur teilweise, niemals vollständig mit Leckage gefüllt. During the intended use of the sealing arrangement, the leakage depot is always only partially and never completely filled with leakage.

Dadurch wird erreicht, dass der Radialwellendichtring das abzudichtende erste Maschinenelement stets dichtend umschließt.This ensures that the radial shaft sealing ring always encloses the first machine element to be sealed in a sealing manner.

Das erste Maschinenelement kann als abzudichtende Welle ausgebildet sein, das zweite als Gehäuse.The first machine element can be designed as a sealed shaft, the second as a housing.

Der Radialwellendichtring kann aus einem elastomeren Werkstoff oder aus PTFE bestehen. Im Vergleich zu den eingangs beschriebenen Gleitringdichtungen sind Radialwellendichtringe aus einem elastomeren Werkstoff oder aus PTFE wesentlich einfacher und kostengünstiger herstellbar. Außerdem sind Verluste durch Reibung, im Gegensatz zu Verlusten durch Reibung bei Gleitringdichtungen, reduziert.The radial shaft seal can be made of an elastomeric material or PTFE. Compared to the mechanical seals described above, radial shaft seals made of an elastomeric material or PTFE are much easier and cheaper to produce. In addition, losses due to friction are reduced, in contrast to losses due to friction in mechanical seals.

Der Rechteckring kann aus einem Kunststoff bestehen. Zur Anwendung kann beispielsweise PEEK gelangen. Ein Rechteckring aus einem solchen Werkstoff hat den Vorteil, dass er im Spritzgussverfahren kostengünstig hergestellt werden kann. Zudem können in diesem Verfahren hydrodynamische Strukturen in die Flanken des Rechteckrings eingebracht werden, welche die Leckage und die Reibung positiv beeinflussen.The rectangular ring can consist of a plastic. For example, PEEK can be used. A rectangular ring made of such a material has the advantage that it can be manufactured inexpensively using the injection molding process. In addition, hydrodynamic structures can be introduced into the flanks of the rectangular ring in this process, which have a positive effect on leakage and friction.

Alternativ kann der Rechteckring aus einem PTFE-Werkstoff bestehen. Die Notlaufeigenschaften eines solchen Rechteckrings sind besonders gut. Die Reibung in der Dichtungsanordnung kann durch Verwendung eines Rechteckrings aus PTFE nochmals reduziert werden.Alternatively, the rectangular ring can be made of a PTFE material. The emergency running properties of such a rectangular ring are particularly good. The friction in the sealing arrangement can be further reduced by using a rectangular ring made of PTFE.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der Rechteckring zumindest stirnseitig einerseits eine hydrodynamisch wirksame Rückförderstruktur mit einer Rückförderwirkung in Richtung des abzudichtenden Raums aufweist. Hierbei ist von Vorteil, dass die Reibung vorrangig bei hohen Drehzahlen des ersten Maschinenelements geringgehalten wird.According to an advantageous embodiment, it can be provided that the rectangular ring has, at least on the face side, a hydrodynamically effective return structure with a return effect in the direction of the space to be sealed. The advantage here is that the friction is kept low primarily at high speeds of the first machine element.

Der Radialwellendichtring und der Rechteckring können eine vormontierbare Einheit bilden.The radial shaft sealing ring and the rectangular ring can form a preassembled unit.

Die vormontierbare Einheit kann durch eine Kassette gebildet sein. Hierbei ist von Vorteil, dass die Montage der Dichtungsanordnung dadurch vereinfacht und die Gefahr von Montagefehlern auf ein Minimum reduziert ist.The pre-assembled unit can be formed by a cassette. The advantage here is that the assembly of the sealing arrangement is thereby simplified and the risk of assembly errors is reduced to a minimum.

Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung einer Dichtungsanordnung, wie zuvor beschrieben, in einer hohlwellengekühlten Elektromaschine. Solche hohlwellengekühlten Elektromaschinen gelangen zum Beispiel im Automotive-Bereich zur Anwendung. Bei leistungsstarken Induktions-/Asynchronmaschinen müssen die Rotoren aktiv gekühlt werden. Hierbei werden sogenannte Hohlwellen-Kühlkonzepte eingesetzt. Ein Wasser-Glykol-Gemisch wird unter einem Druck zwischen 2 bis 4 bar mittels einer Pumpe in die sich im Betrieb drehende Welle gepumpt. Das Wasser-Glykol-Gemisch wird durch die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung daran gehindert, in den Bereich zwischen Stator und Rotor vorzudringen.In addition, the invention relates to the use of a sealing arrangement, as described above, in a hollow-shaft-cooled electric machine. Such hollow-shaft-cooled electrical machines are used, for example, in the automotive sector. With powerful induction/asynchronous machines, the rotors must be actively cooled. So-called hollow shaft cooling concepts are used here. A water-glycol mixture is pumped into the rotating shaft at a pressure of between 2 and 4 bar by means of a pump. The water-glycol mixture is prevented by the sealing arrangement according to the invention from penetrating into the area between the stator and the rotor.

Würde das Gemisch zwischen Stator und Rotor vordringen, könnte das zu Kurzschlüssen und zu einem Ausfall oder gar Brand führen.If the mixture were to penetrate between the stator and rotor, this could lead to short circuits and failure or even fire.

Figurenlistecharacter list

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung werden nachfolgen anhand der 1 und 2 näher erläutert.Two exemplary embodiments of the sealing arrangement according to the invention will follow with reference to FIG 1 and 2 explained in more detail.

Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem der Radialwellendichtring und der Rechteckring jeweils separat hergestellt und in die Dichtungsanordnung verbaut sind,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem der Radialwellendichtring und der Rechteckring eine vormontierbare Einheit bilden.

These each show a schematic representation:

1 a first embodiment in which the radial shaft seal and the rectangular ring are each manufactured separately and installed in the sealing arrangement,
2 a second embodiment in which the radial shaft seal and the rectangular ring form a preassembled unit.

Ausführung der Erfindungimplementation of the invention

In den 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gezeigt.In the 1 and 2 two exemplary embodiments of the sealing arrangement according to the invention are shown.

Die Dichtungsanordnungen gelangen jeweils in einer hohlwellengekühlten Elektromaschine 26 im Automotive-Bereich zur Anwendung.The sealing arrangements are each used in a hollow-shaft-cooled electric machine 26 in the automotive sector.

In jeder der Dichtungsanordnungen ist ein erstes Maschinenelement 1 und ein zweites Maschinenelement 2 vorgesehen, wobei das erste Maschinenelement 1 als abzudichtende Welle 21 und das zweite Maschinenelement 2 als Gehäuse 22 ausgebildet ist. Das Gehäuse 22 umschließt die Welle 21 mit radialem Abstand, wobei in dem durch den Abstand gebildeten Spalt 3 der Radialwellendichtring 4 angeordnet ist. Der Radialwellendichtring 4 hat eine dynamisch beanspruchte Dichtlippe, die die Oberfläche der abzudichtenden Welle 21 mit radialer Vorspannung dichtend umschließt.A first machine element 1 and a second machine element 2 are provided in each of the sealing arrangements, the first machine element 1 being designed as a shaft 21 to be sealed and the second machine element 2 as a housing 22 . The housing 22 encloses the shaft 21 at a radial distance, the radial shaft sealing ring 4 being arranged in the gap 3 formed by the distance. The radial shaft sealing ring 4 has a dynamically stressed sealing lip, which encloses the surface of the shaft 21 to be sealed with a radial prestress in a sealing manner.

Innerhalb des abzudichtenden Raums 6 befindet sich ein druckbeaufschlagtes Medium, zum Beispiel ein Wasser-Glykol-Gemisch unter einem Druck zwischen 2 und 4 bar.Inside the space 6 to be sealed there is a pressurized medium, for example a water-glycol mixture under a pressure of between 2 and 4 bar.

Der Dichtlippe 5 des Radialwellendichtrings 4 ist auf der dem abzudichtenden Raum 6 axial zugewandten Seite eine Druckdrossel 7 in Form eines Rechteckrings 11 vorgeschaltet, der in der Einbaunut 8 der Welle 21 schwimmend angeordnet ist. Prinzipbedingt weist die Druckdrossel 7 eine Leckage auf, die im Leckagedepot 20 aufgefangen, von der Dichtlippe 5 des Radialwellendichtrings 4 abgedichtet und durch die Dränage 19 abgeführt wird.The sealing lip 5 of the radial shaft seal ring 4 is preceded by a pressure throttle 7 in the form of a rectangular ring 11 on the side axially facing the space 6 to be sealed, which is arranged in a floating manner in the installation groove 8 of the shaft 21 . Due to the principle, the pressure throttle 7 has a leakage which is caught in the leakage depot 20 , sealed by the sealing lip 5 of the radial shaft sealing ring 4 and drained through the drainage 19 .

Die Dichtungsanordnung weist einen einfachen Aufbau auf und ist kostengünstig herstellbar. Dadurch, dass der Dichtlippe in Richtung des abzudichtenden Raums 6 der Rechteckring 11 vorgeschaltet ist, ist es für eine gute Abdichtung ausreichend, dass die Dichtlippe 5 die abzudichtende Oberfläche der Welle 21 mit einer nur vergleichsweise geringen elastischen radialen Vorspannung dichtend umschließt.The sealing arrangement has a simple structure and can be produced inexpensively. Because the sealing lip is preceded by the rectangular ring 11 in the direction of the space 6 to be sealed, it is sufficient for a good seal that the sealing lip 5 sealingly encloses the surface of the shaft 21 to be sealed with only a comparatively small elastic radial pretension.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung kann dadurch besonders reibungs- und verschleißarm betrieben werden.As a result, the sealing arrangement according to the invention can be operated with particularly little friction and wear.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist der Rechteckring 11 zumindest eine hydrodynamisch wirksame Rückförderstruktur 23 auf.In the exemplary embodiments shown, the rectangular ring 11 has at least one hydrodynamically effective return structure 23 .

In 1 sind der Radialwellendichtring 4 und der Rechteckring 11 jeweils als Einzelteile in die Dichtungsanordnung verbaut. Dadurch besteht in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles die Möglichkeit, unterschiedliche Radialwellendichtringe mit unterschiedlichen Rechteckringen zu kombinieren, so dass deren jeweilige Funktion an die jeweiligen Erfordernisse besonders gut angepasst ist.In 1 the radial shaft sealing ring 4 and the rectangular ring 11 are each installed as individual parts in the sealing arrangement. As a result, depending on the respective circumstances of the application, there is the possibility of combining different radial shaft sealing rings with different rectangular rings, so that their respective function is particularly well adapted to the respective requirements.

In 2 sind der Radialwellendichtring 4 und der Rechteckring 11 in der vormontierbaren Einheit 24 zusammengefasst, die durch die Kassette 25 gebildet ist. Zur Montage der Dichtungsanordnung wird lediglich die Kassette 25 in den Spalt 3 eingesetzt. Die Dichtungsanordnung kann dadurch besonders prozesssicher komplettiert werden.In 2 the radial shaft sealing ring 4 and the rectangular ring 11 are combined in the preassemblable unit 24 which is formed by the cassette 25 . Only the cassette 25 is inserted into the gap 3 to assemble the sealing arrangement. As a result, the sealing arrangement can be completed in a particularly process-reliable manner.

Claims

Sealing arrangement comprising a first machine element (1) and a second machine element (2), the second machine element (2) enclosing the first machine element (1) at a radial distance, a radial shaft sealing ring (4 ) is arranged, with at least one dynamically stressed sealing lip (5) for sealing a space (6) to be sealed which can be subjected to pressure, the sealing lip (5) sealingly enclosing the first machine element (1) under radial pretension, characterized in that the sealing lip ( 5) on the side axially facing the space (6) to be sealed, there is assigned a pressure throttle (7) that can be pressurized with the pressure from the space (6) to be sealed, and the pressure throttle (7) in an installation groove (8) of the first machine element (1) floating, movable in the axial (9) and radial direction (10).

sealing arrangement claim 1 , characterized in that the pressure throttle (7) is designed as a rectangular ring (11).

sealing arrangement claim 1 , characterized in that the installation groove (8) has a groove base (12) which is limited on both sides by boundary walls (13, 14).

Sealing arrangement according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the groove base (12) has a diameter (15) which is smaller than the inner diameter (16) of the rectangular ring (11).

Sealing arrangement according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the installation groove (8) in the axial direction (9) has a clear width (17) between the boundary walls (13, 14) which is greater than the axial extension (18) of the rectangular ring (11).

Sealing arrangement according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the second machine element (2) comprises a drainage system (19) which extends from a leakage depot (20) which is arranged axially between the rectangular ring (11) and the sealing lip (5) into the space to be sealed ( 6) extends.

Sealing arrangement according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the first machine element (1) is designed as a shaft (21).

Sealing arrangement according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the second machine element (2) is designed as a housing (22).

Sealing arrangement according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the radial shaft sealing ring (4) consists of an elastomeric material or PTFE.

Sealing arrangement according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the rectangular ring (11) consists of a plastic.

Sealing arrangement according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that the rectangular ring (11) has, at least on the face side, on the one hand a hydrodynamically effective return structure (23) with a conveying effect in the direction of the space (6) to be sealed.

Sealing arrangement according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that the radial shaft sealing ring (4) and the rectangular ring (11) form a preassembled unit (24).

sealing arrangement claim 11 , characterized in that the preassemblable unit (24) is formed by a cassette (25).

Use of a sealing arrangement according to one of Claims 1 until 13 in a hollow-shaft-cooled electric machine (26).