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[GEBIET DER TECHNIK]
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schmieröl-Dichtungsvorrichtung für einen
Rotationsabschnitt in Rotationsmaschinen, insbesondere eine Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für eine
Drehwelle, welche eine Funktion zum Verhindern, daß Schmieröl nach außen ausläuft, erfüllt, während die
Struktur in einem kontaktlosen Zustand hinsichtlich der Drehwelle
gehalten wird.
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[TECHNISCHER HINTERGRUND]
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Generell
ist in einem Abschnitt, wo eine Drehwelle in einer Rotationsmaschine
oder ähnlichem
durch ein Gehäuse
läuft,
eine Dichtungsvorrichtung ausgebildet, um zu verhindern, daß Staub oder ähnliches
von der Außenseite
des Gehäuses her
eindringt, und zu verhindern, daß Schmieröl aus dem Gehäuse nach
außen
ausläuft.
Als Dichtungsvorrichtung werden in vielen Fällen Dichtungen des Kontakttyps
verwendet, wie etwa ein Rundring, eine Öldichtung und eine mechanische
Dichtung.
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In
dem Fall der Dichtungsvorrichtung des Kontakttyps neigt ein Dichtungselement,
welches in Kontakt mit einer Drehwelle gelangt, jedoch dazu, nach
einem langfristigen Betrieb zu verschleißen, bzw. dieses verschlechtert
sich mit der Zeit, wobei dies zu einer Störung der wirksamen Leistung
als Dichtung führt.
Demgemäß müssen in
Abhängigkeit von
den Umständen
Bauteile häufig
durch neue ersetzt werden.
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Daher
wird in einigen Fällen
eine Dichtungsvorrichtung des kontaktlosen Typs verwendet, welche
in der Lage ist, die Dich tungsfunktion zu erfüllen, ohne in Kontakt mit einer
Welle zu gelangen. Die Dichtungsvorrichtung des kontaktlosen Typs
gemäß obiger
Beschreibung wird in einer derartigen Vorrichtung aufgenommen, daß keine
einfache Ersetzung von Bauelementen möglich ist und hydrostatische Dichtungen,
Labyrinthdichtungen und ähnliches
in dieser Kategorie vorhanden sind. Als hydrostatische Dichtungen
ist beispielsweise die folgende Struktur bekannt. Nämlich, daß zwei ringförmige Nuten,
welche um eine Welle verlaufen, in einem benachbarten Abschnitt
eines nach außen
ragenden Teils einer Drehwelle in einem Gehäuse und ähnlichem oder in einem benachbarten
Abschnitt eines Lagers davon angeordnet sind. Ferner ist die Anordnung
davon derart gestaltet, daß die
Luft in eine der ringförmigen Nuten
geleitet wird und aus der anderen ringförmigen Nut ausgestoßen wird,
um einen dünnen
Luftfilm zwischen der Welle und der inneren Umfangsfläche eines
Lochs, durch welches die Welle läuft,
zu erzeugen, um zu verhindern, daß das Öl nach außen ausläuft (siehe beispielsweise Patentschrift
1).
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Ferner
sind bei der oben erwähnten
Labyrinthdichtung mehrere Dichtungsrippen, welche jeweils eine flossenförmige Gestalt
aufweisen, an der inneren Umfangsfläche eines Lochs in einer Wand, wie
etwa in einem Gehäuse,
durch welche eine Drehwelle läuft,
vorgesehen, und die Anordnung davon ist derart gestaltet, daß ein geringfügiges Spiel
zwischen den vorderen Enden der Rippen und der Welle gewährleistet
ist. Der Fluß des Öls, welches
dazu neigt, entlang der Oberfläche
der Welle nach außen auszulaufen,
was durch die Druckdifferenz bedingt ist, welche zwischen der Innenseite
und der Außenseite
des Gehäuses
erzeugt wird, wird in dem ringförmigen
Spiel zwischen den Rippen durch intermittierende Expansion und Kompression
des Spiels abgeschwächt.
Somit wird die Druckdifferenz beseitigt, was zu einer Verhinderung
des Auslaufens von Öl führt (siehe
beispielsweise Patentschrift 2).
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- [Patentschrift 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift SHOU
48-100 554
- [Patentschrift 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift HEI 6-330 893
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[OFFENBARUNG DER ERFINDUNG]
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[PROBLEME, WELCHE DURCH
DIE ERFINDUNG GELÖST
WERDEN SOLLEN]
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Mit
der Dichtungsvorrichtung des kontaktlosen Typs, wie etwa hydrostatischen
Dichtungen und Labyrinthdichtungen, wie oben beschrieben, sind jedoch
folgende Probleme hinsichtlich einer Dichtungsvorrichtung verbunden.
Nämlich,
daß bei
einer hydrostatischen Dichtung ein unter Druck stehendes Fluid (typischerweise
Luft) zum Abdichten während
des Betriebs beständig
zugeführt
werden muß.
Es bedarf keiner Erwähnung,
daß eine
getrennte Versorgungsquelle für
das unter Druck stehende Fluid erforderlich ist.
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Demgemäß müssen gesonderte
Vorrichtungen vorgesehen werden, und deren Tätigkeit ist erforderlich, weil
nämlich
eine hydrostatische Dichtung lediglich in einer speziellen Vorrichtung
wirksam ist, für
welche die Versorgungsquelle für
das unter Druck stehende Fluid einfach verfügbar ist.
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Währenddessen
bestehen in dem Fall der Labyrinthdichtung, obgleich die Struktur
davon einfach ist, Probleme im Hinblick darauf, daß eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit
und Kunstfertigkeit erforderlich sind, was dementsprechend zu hohen
Kosten führt.
Es bedarf keiner Erwähnung,
daß Probleme
im Hinblick darauf bestehen, daß eine
schlechte Anordnungsgenauigkeit die Dichtungswirkung drastisch vermindert.
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Demgegenüber ist,
wenn die Dichtungsvorrichtung einer Welle an einer Rotationsmaschine
in mechanischen Gerätschaften
eine Struktur aufweist, welche nach deren Einbau einen Wartungsdienst schwerlich
erlaubt, keine langfristige Dichtungswirkung zu erwarten, wenn eine
Dichtung des Kontakttyps verwendet wird. Und überdies liefert eine Dichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs, wie oben beschrieben, schwerlich die erwartete
Wirkung.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme
vorgeschlagen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach
strukturierte Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle zu schaffen, welche in der Lage ist, die Aufgabe
im Hinblick auf eine langfristige Basis zu erfüllen.
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[HILFSMITTEL ZUM LÖSEN DER
PROBLEME]
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Um
die oben erwähnte
Aufgabe zu lösen,
ist eine Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine kontaktlose Öldichtungsvorrichtung
für eine
Drehwelle, welche in einer Rotationsmaschine vorgesehen ist, welche
eine Drehwelle und ein Gehäuse,
welches mit einem Gehäuseloch
zum drehbaren Halten der Drehwelle ausgebildet ist, aufweist, wobei
die Drehwelle über
einen Spalt in dem Gehäuseloch
gehalten wird, durch welchen ein Schmiermittel geleitet wird, so
daß die
Drehwelle in dem Gehäuseloch
in einer kontaktlosen Weise gehalten wird, wobei die Öldichtungsvorrichtung des
kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle eine Ölsammelkammer,
welche an der inneren Umfangsfläche
des Gehäuselochs
entlang der Umfangsrichtung der Drehwelle zum Sammeln des Schmieröls ausgebildet
ist, und eine Vielzahl von Ölschleudernuten, welche
an der äußeren Umfangsfläche der
Drehwelle entlang der Umfangsrichtung der Drehwelle ausgebildet
und entlang der Axialrichtung der Drehwelle bei Positionen gegenüber der Ölsammelkammer
angeordnet sind, umfaßt;
wobei die Vielzahl der Ölschleudernuten
geeignet ausgebildet ist, um innerhalb der Breitenausdehnung der Ölsammelkammer
in der Wellenrichtung aufgenommen zu werden.
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Die Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung hervorstehende Streifen, welche
zwischen benachbarten Nuten ausgebildet sind, an deren Kantenabschnitten
winkelförmig
sind.
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Die Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der Öldichtungsvorrichtung des
kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle gemäß dem ersten
und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl
der Ölsammelkammern entlang
der Axialrichtung der Drehwelle ausgebildet ist und die Vielzahl
der Nuten in der Drehwelle bei Positionen in jeweiliger Entsprechung
zu jeder der Ölsammelkammern
ausgebildet ist.
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Die Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle gemäß dem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung die Öldichtungsvorrichtung des kontaktlosen Typs
für eine
Drehwelle ferner ein Ölbad,
welches zum Speichern von Schmieröl, welches in den Spalt geleitet
werden soll, vorgesehen ist, und jede der Ölsammelkammern zum Zurückführen des
Schmieröls, welches
durch jede der Ölsammelkammern
gesammelt wird, zu dem Ölbad
umfaßt,
wobei die Abflußleitungen
unabhängig
voneinander in jeweiliger Entsprechung zu jeder der Ölsammelkammern
ausgebildet sind.
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[WIRKUNG DER ERFINDUNG]
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Gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung sind die hervorstehenden Streifen zwischen
Vielzahlen von Ölschleudernuten
ausgebildet, welche an der Welle bei Positionen von Ölsammelkammern
ausgebildet sind, welche auf der Gehäuselochseite ausgebildet sind.
Aufgrund dieser Anordnung kann die Bewegungsgeschwindigkeit des
Schmieröls,
welches an der Oberfläche
der Drehwelle haftet, in der Richtung der Welle von innen nach außen aufgrund
der Druckdifferenz (der Innendruck wird aufgrund der erhöhten Temperatur
oder ähnlichem
in einer Drehantriebsvorrichtung erhöht) zwischen der Innenseite und
der Außenseite
an dem Gehäuselochabschnitt vermindert
werden.
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Infolgedessen
wird das Schmieröl,
welches an den hervorstehenden Streifen zwischen benachbarten Nuten
angesammelt ist, aufgrund der Zentrifugalkraft, welche mit der Drehung
der Drehwelle verbunden ist, in die Ölsammelkammer abgeschleudert.
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Demgemäß wird es
ermöglicht,
daß das Schmieröl, welches
in den Spalt geleitet wird, in ein Ölbad oder ähnliches zum Speichern von
gesammeltem Schmieröl
zurückfließt. Durch
erneutes Leiten des Schmieröls
in den Spalt kann die Dichtungsfunktion langfristig aufrechterhalten
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung verhindert bei der Welle, welche sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit
dreht, selbst dann, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Innendruck
und dem Außendruck
(atmosphärischer
Druck) des Gehäuses
während
des Betriebs der Rotationsmaschine groß ist, eine derartige Struktur,
daß die Ölschleudernuten
mit den Ölsammelkammern
ver knüpft
sind, daß das Öl ausläuft, und
diese kann dieses sammeln.
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Durch
Aufnehmen der Struktur des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung
wirkt selbst dann, wenn sich die Drehwelle mit einer niedrigen Geschwindigkeit
dreht, aufgrund der Tatsache, daß die Umfangskantenabschnitte
der hervorstehenden Streifen winkelförmig ausgebildet sind, wegen
der Oberflächenspannung
an den Kantenabschnitten eine Funktion, welche zum Vermindern der
Geschwindigkeit des Öls
in der Richtung der Welle dient, darauf. Somit kann das anhaftende Öl wirksam von
der Drehwelle getrennt werden.
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Demgemäß kann das Öl selbst
dann, wenn sich das Schmieröl,
welches sich auf der Oberfläche der
Welle bewegt, nach außen
bewegt, wobei dieses der Reihe nach die aufeinanderfolgenden Ölschleudernuten überschreitet,
sogar dann, wenn die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Welle
schwach ist, durch die Vielzahl hervorstehender Streifen entfernt
werden.
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Durch
Aufnehmen der Struktur des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung
wird eine Vielzahl von Gruppen der Ölschleudernuten und der Ölsammelkammern,
welche in der Lage sind, die gleiche Funktion zu erfüllen wie
die des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung, an mehreren Punkten angeordnet.
Aufgrund dieser Anordnung wird bei mehreren Stufen verhindert, daß das Öl aufgrund
der Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite
des Gehäuselochs
ausläuft.
Somit ist die Wirkung derart, daß die Geschwindigkeit des Ölflusses
vermindert wird, so daß dieses
mit fortschreitenden Stufen zu fließen aufhört.
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Durch
Aufnehmen der Struktur des vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung
wird die folgende Wirkung erzielt. Nämlich, daß das Öl, welches durch eine Ölsammelstruktur
gesam melt wurde, welche durch die Ölschleudernuten gebildet wird,
welche den inneren Ölsammelkammern
entsprechen, über
die Abflußleitung
zurück
zu der extern angeordneten Ölsammelkammer
fließt,
wobei ein Ölaustritt verursacht
wird. Anders ausgedrückt,
dürfen
aufgrund der Tatsache, daß die
Abflußleitungen
zu den jeweiligen Ölsammelkammern
unabhängig
voneinander vorgesehen sind, die vorderen und die hinteren Ölsammelkammern
nicht miteinander verbunden sein, um zu verhindern, daß das gesammelte Öl zurückfließt; somit
wird zuverlässig
verhindert, daß das Öl ausläuft.
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[KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNG)
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1 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für eine
Drehwelle darstellt;
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2 ist
eine teilweise vergrößerte Teilansicht
eines Hauptabschnitts des Ausführungsbeispiels;
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3A ist
eine Querschnittsansicht einer Prüfvorrichtung, welche zum Nachweisen
der Funktion der erfindungsgemäßen Öldichtungsvorrichtung des
kontaktlosen Typs verwendet wird;
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3B ist
eine vergrößerte Teilansicht
eines Hauptabschnitts der Prüfvorrichtung;
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4A ist
eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Hauptabschnitts in der
Prüfvorrichtung;
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4B ist
ein Diagramm, welches eine Korrelation mit dem Anfangsdruck eines
Austritts durch Ausstoßen
in der Prüfvorrichtung
darstellt;
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5A ist
eine Querschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Hauptabschnitts
in der Prüfvorrichtung;
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5B ist
ein Diagramm, welches eine Korrelation mit dem Anfangsdruck eines
Austritts durch Ausstoßen
in der Prüfvorrichtung
darstellt.
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[ERLÄUTERUNG DER BEZEICHNUNGEN]
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1 – Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs, 3 – Gehäuseloch, 4 – Ölsammelkammer, 4A, 4B – Hohlraumabschnitt, 5 – Ölschleudernuten, 6 – hervorstehende
Streifen, 6a – Kantenabschnitt
hervorstehender Streifen, 11 – Gehäuse, 12 – Drehwelle, 14 – Gehäuseverkleidung, 15 – Lager, 16 – Abflußleitung,
t – Spalt.
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[BESTE AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
DER ERFINDUNG]
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele einer
erfindungsgemäßen Öldichtungsvorrichtung des
kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle unter Verweis auf die Zeichnung beschrieben.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für eine
Drehwelle darstellt. 2 stellt eine teilweise vergrößerte Teilansicht
eines Hauptabschnitts dar. Die Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs 1 (im folgenden einfach als Öldichtungsvorrichtung 1 bezeichnet)
für eine
Drehwelle, welche in 1 dargestellt ist, ist in einem
Abschnitt einer Drehwelle 12 vorgesehen, welcher von einem
Lagerabschnitt 15 in einer Rotationsmaschine 10 nach
außen
ragt und sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit dreht, wobei dies
ein spezielles Beispiel eines Ausführungsbeispiels darstellt.
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Die Öldichtungsvorrichtung 1 ist
in einer Gehäuseverkleidung 14 vorgesehen,
welche außerhalb des
Lagergehäuses 13,
welches die Drehwelle 12 lagert, angebracht ist, wobei
das Lagergehäuse 13 und die
Gehäuseverkleidung 14 in
einem Gehäuse 11 einer
Rotationsmaschine 10 eingebaut sind.
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Die Öldichtungsvorrichtung 1 umfaßt eine Vielzahl
von Ölsammelkammern 5,
welche an der Innenumfangsfläche
eines Gehäuselochs 3 ausgebildet
sind, eine Vielzahl von Ölschleudernuten 5,
welche an der Außenumfangsfläche der
Drehwelle 12 in jeweiliger Entsprechung zu der Position
jeder Ölsammelkammer 4 ausgebildet
sind, und eine Vielzahl von Abflußleitungen 16, welche
für jede Ölsammelkammer 4 vorgesehen
sind.
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An
dieser Drehwelle 12 ist ein nicht dargestellter Drehkörper an
dem Wellenende davon, welches durch das Gehäuse ragt, angebracht. Wenn sich
der Drehkörper
dreht, wird die Drehwelle 12 durch den Lagerabschnitt 15 gelagert,
und durch einen Spalt t zwischen der Drehwelle 12 und dem
Gehäuseloch 3 fließt Schmieröl; somit
wird eine gleitende Drehung erreicht. Obgleich der schmalere Spalt
t günstiger
ist, sollte die Drehwelle 12 während einer Drehung nicht in
Kontakt mit der Gehäuseverkleidung 14 gelangen.
Demgemäß ist es
im allgemeinen bevorzugt, ein Spiel von etwa 0,5 mm vorzusehen.
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Wie
in 2 dargestellt, ist jede der Ölsammelkammern 4 als
Aussparung ausgebildet, welche eine rechteckige U-förmige Querschnittsgestalt
aufweist. Zwei Ölsammelkammern 4 sind
in der Innenumfangsfläche
des Gehäuselochs
weiter auf der Endseite der Drehwelle 12 ausgebildet als
der Lagerabschnitt 15. Die Aussparungen, welche eine rechteckige
U-förmige
Querschnittsgestalt aufweisen, laufen derart weiter, daß diese
einen geschlossenen Kreis entlang der Umfangsrichtung der Drehwelle 12 bilden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die Breitenausdehnung W1 entlang der Drehwelle in der Ölsammelkammer 4 bei spielsweise
auf 20 mm festgelegt; und die Tiefenausdehnung D1 wird beispielsweise
auf 20 mm festgelegt.
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In
der Unterseite der rechteckigen U-förmigen Aussparung jeder Ölsammelkammer 4 ist
eine Abflußleitung 16 damit
verbunden. Die Abflußleitung 16,
welche mit der Ölsammelkammer 4 verbunden ist,
welche an einer Innenseite in 1 ausgebildet ist,
läuft durch
die Gehäuseverkleidung 14 zu
dem Gehäuse 11.
Das andere Ende der Abflußleitung 16, welches
in der Figur nicht dargestellt ist, ist mit einem Ölbad verbunden.
Das Ölbad
ist ein Abschnitt zum Speichern des Schmieröls, um das Schmieröl in den Lagerabschnitt 15 zu
leiten. Es wird ermöglicht,
daß das
Schmieröl,
welches durch die Ölsammelkammern 4 gesammelt
wird, durch die Abflußleitung 16 zu
dem Ölbad
zurückfließt. Aufgrund
der Tatsache, daß die
Ausdehnung des Innendurchmessers der Abflußleitung 16 als Verbindungsabschnitt
mit der Ölsammelkammer 4 vorzugsweise
möglichst
groß ist, wird
die Ausdehnung davon bei diesem Ausführungsbeispiel auf 18 mm ⌀ festgelegt,
was geringfügig
kleiner als die Breitenausdehnung der Ölsammelkammer 4 ist.
Der Grund dafür,
daß der
Durchmesser der Abflußleitung 16 auf
die oben erwähnte
Ausdehnung festgelegt wird, ist der nachfolgend beschriebene. Nämlich der,
daß, wenn
das Schmieröl,
welches von den Ölschleudernuten 5,
welche später
beschrieben werden, in die Ölsammelkammer 4 fiel,
nicht möglichst
schnell gesammelt wird, das Schmieröl in der Ölsammelkammer 4 verbleibt
und das Schmieröl wieder
in den Spalt t hinein auslaufen kann.
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Die
Abflußleitung
gemäß obiger
Beschreibung kann in einer Weise ausgebildet werden, wie nachfolgend
beschrieben. Nämlich,
indem ein Loch unter Verwendung eines Bohrers oder ähnlichem
zuerst von der Unterseite des Gehäuses 11 (Unterseite in 2)
nach oben ausgebildet wird und sodann ein weiteres Loch aus der
Richtung, welche lotrecht zu dem hinteren Ende des Gehäuses 11 verläuft, unter Verwendung
eines Bohrers oder ähnlichem
ausgebildet wird, so daß sich
die Löcher
gegenseitig kreuzen. Ferner werden die beiden Enden der jeweiligen
Löcher
unter Verwendung einer Packung (Dichtungselement) oder von ähnlichem
aus einem elastischen Material verschlossen; so kann die Abflußleitung 16 ausgebildet
werden.
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In 1 ist
auch in der Ölsammelkammer 4 auf
der äußeren Seite
(rechte Seite in 1) eine ähnliche Abflußleitung
wie die oben beschriebene derart ausgebildet, daß diese getrennt von der oben beschriebenen
Abflußleitung
mit dem Ölbad
verbunden ist. Wenn diese Abflußleitung
in 1 dargestellt wäre, würden sich die beiden Abflußleitungen
kreuzen. Daher ist die Abflußleitung
aus Bequemlichkeitsgründen
in 1 weggelassen.
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Auf
der weiter außen
liegenden Seite der Ölsammelkammer 4 der äußeren Seite
ist ein Dichtungsring 18 vorgesehen, um das Gehäuseloch 3 zu verschließen. Der
Dichtungsring 18 ist aus einem elastischen Material hergestellt
und dient als Hilfsdichtungselement der Öldichtungsvorrichtung 1.
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Die Ölschleudernuten 5 sind
Aussparungen, welche derart ausgebildet sind, daß diese einen geschlossenen
Kreis in der Umfangsrichtung der äußeren Umfangsfläche der
Drehwelle 12 bilden. Wie in 2 dargestellt,
sind die Ölschleudernuten 5 als Gruppe
einer Vielzahl von Ölschleudernuten 5 an
der Drehwelle 12 ausgebildet.
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In
jeder Gruppe der Ölschleudernuten 5 ist eine
Vielzahl von Nuten in vorbestimmten Intervallen geringer Breite
in einer geringen Breite ausgebildet. In der Gruppe der Ölschleudernuten 5 sind
zwischen den benachbarten Ölschleudernuten 5 hervorstehende
Streifen 6 ausgebildet.
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Die
hervorstehenden Streifen 6 sind vorzugsweise in einem derartigen
Zustand ausgebildet, daß die
beiden Endabschnitte 6a von Streifen, welche in der Durchmesserrichtung
der Drehwelle 12 hervorstehen, winkelförmige Kanten sind. Infolgedessen
wird die Wellenrichtungsgeschwindigkeit von Öl, welches an der Umfangsfläche der
Welle haftet und von dort nach außen fließt, welche mit der Drehung
verbunden ist, an dem oberen Ende der hervorstehenden Streifen 6,
welche an die Ölschleudernuten 5 angrenzen,
aufgrund der Oberflächenspannung vermindert;
und somit wird das Öl
wirksam abgeschleudert.
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Hierbei
hängen
die Breite und die Tiefe jeder Ölschleudernut 5 von
der Gestalt der beiden Endabschnitte 6a der hervorstehenden
Streifen 6 und der Länge
der Kante der hervorstehenden Streifen 6 an dem oberen
Ende des Außendurchmessers
der Drehwelle 12 ab. Daher besteht im Grundsätzlichen keine
Korrelation zwischen dem Durchmesser der Drehwelle (bei diesem Ausführungsbeispiel
120 mm ⌀)
und der Breiten- und Tiefenausdehnung W2, D2 der Ölschleudernuten 5.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
werden die Breitenausdehnung W2 und die Tiefenausdehnung D2 jeder Ölschleudernut
auf etwa 3 mm festgelegt.
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Ferner
arbeitet die Gruppe der Ölschleudernuten 5 nicht
wirksam, solange die Nutengruppe 5 nicht aus mindestens
2 und mehr Nuten ausgebildet wird. Beispielsweise gelingt es mit
lediglich einer Ölschleudernut
für eine Ölsammelkammer
nicht, die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu erzielen. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
ist die Anordnung davon derart gestaltet, daß drei Ölschleudernuten 5 in
einer Gruppe ausgebildet sind und zwei hervorstehende Streifen 6 dazwischen
ausgebildet sind. Ferner betragen sowohl die Breitenausdehnung W3
der hervorstehenden Streifen als auch die Breite der Ölschleudernuten 5 etwa
3 mm. Die Breitenausdehnung W4 der Gruppe aus drei Ölschleudernuten 5 wird
zur Aufnahme in der Ölsammelkammer 4, welche
die Breitenausdehnung W1 aufweist, auf W1 > W4 festgelegt.
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Ferner
ist es im Hinblick auf die Entfernung W5 zwischen den Gruppen der Ölschleudernuten 5, welche
in jeder Ölsammelkammer 4 angeordnet
sind, im Hinblick auf das Auslaufen von Schmieröl umso günstiger, je länger diese
ist, da die Strecke des Schmierölflusses
länger
wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die Entfernung W5 auf Basis der Größenbegrenzung der Gehäuseverkleidung 14 auf 20
mm festgelegt.
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Als
nächstes
wird die Arbeitsweise der Öldichtungsvorrichtung 1,
welche aufgebaut ist, wie oben beschrieben, beschrieben.
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Die Öldichtungsvorrichtung 1 ist
in dem Gehäuseloch 3 in
einer von dem Lagerabschnitt 15 der Drehwelle 12,
welche sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit dreht, nach außen hervorstehenden Anordnung
vorgesehen.
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Bei
der Rotationsmaschine 10, welche mit der Öldichtungsvorrichtung 1 versehen
ist, tritt, wenn der Luftdruck innerhalb des Gehäuses 11 den Umgebungsdruck
außerhalb
des Gehäuses 11 überschreitet,
gerne das folgende Phänomen
auf. Nämlich,
daß Öl durch
einen schmalen Spalt t, welcher durch den Außenumfang der Drehwelle 12 und
den Innenumfang des Gehäuselochs 3 dazwischen
ausgebildet ist, aufgrund einer Druckdifferenz von innen nach außen ausgepreßt wird
und ausläuft.
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Bei
dem Abschnitt, wo die erfindungsgemäße Öldichtungsvorrichtung 1 vorgesehen
ist, ist die Seitenlinie der Ölschleudernuten 5 (beide
Endabschnitte 6a der hervorstehenden Streifen 6)
, welche gegenüber
einem Abschnitt der Ölsammelkammern 4 angeordnet
sind, jedoch winkelförmig
ausgebildet. Daher wird die Geschwindigkeit des Öls, welches sich entlang der
Umfangs fläche
der Drehwelle 12 von innen nach außen bewegt, in der Richtung
der Welle durch die Oberflächenspannung
vermindert und durch die Schwerkraft von der Oberfläche der Welle
entfernt.
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Das Öl, welches
zurückbleibt,
ohne abzufallen, wird durch den hervorstehenden Streifen 6 einer benachbarten Ölschleudernut 5 abgeschleudert.
Sodann kann das Öl,
welches von den Ölschleudernuten 5 abgeschleudert
wird, auf die Seite der Ölsammelkammer 4 fallen.
Somit wird das Öl,
welches an der Oberfläche
der Welle anhaftet, schrittweise davon entfernt.
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In
einer Weise, wie oben beschrieben, wird für einen großen Teil des Öls verhindert,
daß sich
dieser in der ersten Gruppe der Ölschleudernuten 5A bewegt.
Wenn der Luftdruck innerhalb des Gehäuses jedoch aus irgendeinem
Grund weiter ansteigt, steigt die Geschwindigkeit des Öls an, und
die Geschwindigkeitsverminderungswirkung wird möglicherweise nicht zufriedenstellend
erreicht.
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Daher
ist die Anordnung davon derart gestaltet, daß die Bewegung des Öls, welches
durch den ersten Dichtungsvorrichtungsabschnitt 1a durchgelassen
wird, durch den zweiten Dichtungsvorrichtungsabschnitt 1b,
welcher bei einem Punkt in geringer Entfernung davon in der gleichen
Weise vorgesehen ist, wie oben beschrieben, verhindert wird.
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Bei
dem zweiten Dichtungsvorrichtungsabschnitt 1b wird durch
die Gruppe der Ölschleudernuten 5,
welche an der Welle bei der maßgeblichen
Position vorgesehen sind, und die Ölsammelkammer 4 das Öl, welches
nicht durch den ersten Dichtungsvorrichtungsabschnitt 1a entfernt
wird und an der Welle 12 haftet, in der gleichen Weise
entfernt, wie oben beschrieben.
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In
dem Hohlraumabschnitt 9B, welcher durch die zweite Ölsammelkammer 4 gebildet
wird, wird die Druckdifferenz (die Druckdifferenz zwischen den Hohlraumabschnitten 4A und 4B)
vor und hinter dem zweiten Dichtungsvorrichtungsabschnitt 1b kleiner.
Daher wird selbst dann, wenn das gesamte Öl bei dem Hohlraumabschnitt 4A,
welcher durch die erste Ölsammelkammer
gebildet wird, nicht gesammelt wird, die Geschwindigkeit des Öls, welches
aus dem zweiten Dichtungsvorrichtungsabschnitt 1b in den
Hohlraumabschnitt 4B ausgestoßen wird, in der Richtung der
Welle kleiner. Demgemäß wird das Öl gut in
dem zweiten Dichtungsvorrichtungsabschnitt 1b gesammelt.
Somit kann die kontaktlose Öldichtungsfunktion
befriedigend erreicht werden.
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Ferner
sind in dem oben beschriebenen Hohlraumabschnitt 4B die
Abflußleitung 16,
welche für
die erste Ölsammelkammer 4 vorgesehen
ist, und die Abflußleitung,
welche für
die zweite Ölsammelkammer 4 vorgesehen
ist (da sich die beiden in der Figur gegenseitig überlappen,
sind die Abflußleitung, welche
für die
zweite Ölsammelkammer 4 vorgesehen
ist, und die Bezugsziffern dafür
weggelassen), in dem Gehäuse 11 getrennt
angeschlossen. Aufgrund dieser Anordnung wird verhindert, daß das Öl, welches
durch die erste Ölsammelkammer
gesammelt wird, durch die Abflußleitung
zurück
zu der zweiten Ölsammelkammer
fließt,
was einen Ölaustritt
bewirken würde;
somit wird die Öldichtungsfunktion
erreicht.
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[Beispiel 1]
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Als
nächstes
wurde zum Nachweisen der Funktion der kontaktlosen Öldichtungsvorrichtung
an einer Drehwelle, welche sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit
dreht, ein Versuch unter Verwendung des folgenden Beispiels durchgeführt. Dieses
Beispiel wurde unter Verwendung einer Versuchsvorrichtung durchgeführt, welche
in 3A dargestellt ist.
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(Versuchsbeispiel 1)
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Bei
dieser Prüfvorrichtung 20 wurde
die Anordnung davon derart gestaltet, daß die Dichtungsvorrichtung
benachbart zu einem Lagergehäuse 24 auf
der Seite des vorderen Lagers hinsichtlich der Gruppe des vorderen
und des hinteren Lagers 23 und 23', welche eine Drehwelle 22 lagern,
welche durch ein Gehäuse 21 läuft, aufgenommen
wurde.
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Ferner
ist die Drehwelle 22 geeignet eingerichtet, um durch einen
Motor 25 mit einstellbarer Geschwindigkeit mit einer vorbestimmten
Drehzahl angetrieben zu werden. Hinsichtlich der Dichtungsvorrichtung,
wie in vergrößerter Ansicht
eines Hauptabschnitts P in 3B dargestellt,
ist die Anordnung davon derart gestaltet, daß ein Spalt t geringer Ausdehnung
zwischen der Drehwelle 22 und der Dichtungsvorrichtung
gegeben ist und eine Dekompressionskammer 26 (welche äquivalent
zu einer Ölsammelkammer
ist) an der vorderen Seite davon ausgebildet ist. Ferner ist eine
durchsichtige Acrylplatte 27 an dem vorderen Ende angebracht,
um eine Beobachtung des Inneren davon zu ermöglichen.
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Der
Aufbau gemäß obiger
Beschreibung wurde auf einer Basis 29 unter Verwendung
einer Halterungsstruktur 28 derart angeordnet, daß die Linie
der Welle um 5 ° nach
vorne geneigt war, wobei dies den Bedingungen entsprach, unter welchen
der Ölaustritt
gerne erfolgt.
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Unter
Verwendung der Prüfvorrichtung
gemäß obiger
Beschreibung wurden Tests unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
- (1) Durchmesser der Drehwelle 22: ⌀ 120,
Drehzahl: 1800 U/min (schnelle Drehung)
Drehzahl der Drehwelle 22:
20 U/min (langsame Drehung)
- (2) Art des Schmieröls,
welches bei der Prüfung verwendet
wurde, und Öltemperatur
Art
des Schmieröls:
E010, Öltemperatur:
38°C, kinematische
Viskosität:
37 cSt (Zentistokes)
Menge des zugeleiteten Öls: 30 L/min
Im übrigen wird
zum Simulieren des Druckanstiegs innerhalb des Gehäuses die
Luft in das Innere des Gehäuses 11 geleitet.
- (3) Ausdehnung des Spalts t: 0,5 mm
Breitenausdehnung × Tiefenausdehnung
der Dekompressionskammer 26 = 20 mm × 20 mm
Ölschleudernut
an der Drehwelle: keine
Durchmesserausdehnung der Abflußleitung:
18 mm ⌀
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Als
Ergebnis des obigen Versuchs wurden die folgenden Tatsachen beobachtet.
Nämlich,
daß die
Ursachen des Ölaustritts,
wenn der Druck in der Kammer erhöht
wurde, darin lagen, daß (a)
die Luft aus dem Gehäuse 21 durch
den Abfluß 30 zurück in die
Dekompressionskammer 26 floß und sodann das Öl, welches
in den Abfluß 30 tropfte,
aus dem Abflußanschluß 30' nach oben gesprüht wurde,
was einen Austritt durch Hochsprühen
bewirkte; und (b) das Öl, welches
durch den Spalt t lief, mit einer spezifischen Durchflußgeschwindigkeit
in der Richtung der Welle ausgestoßen wurde, was zu einem Austritt
durch Ausstoßen
führte.
Auf Basis der Entdeckung der Ursache (a) des oben erwähnten Ölaustritts
ist es im Hinblick auf die Abdichtungsleistung umso günstiger, je
größer der
Durchmesser des Rohrs der Abflußleitung 30 ist.
Ferner ist es in dem Fall, daß eine
Vielzahl von Öldichtungsvorrichtungen
vorgesehen ist, im Hinblick auf die Dichtungsleistung günstig, wenn die
Abflußleitungen
unabhängig
voneinander mit dem Gehäuse
verbunden sind.
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(Versuchsbeispiel 2)
-
Auf
Basis des oben beschriebenen Ergebnisses wurde, wie in 4 dargestellt, als vorbeugende Maßnahme gegen
den Austritt durch Ausstoßen
eine Struktur, wobei Ölschleudernuten 32 an
der Drehwelle 22 gegenüber
der Dekompressionskammer 26 ausgebildet waren, vorbereitet.
Unter Verwendung der oben erwähnten
Struktur wurden Tests in der gleichen Weise wie bei dem oben beschriebenen
Versuchsbeispiel 1 durchgeführt.
Die Testergebnisse wurden mit denen bei der Struktur, welche in 3B dargestellt
ist, verglichen.
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Dabei
waren an der äußeren Umfangsfläche der
Drehwelle 12 bei einer Position, welche der Dekompressionskammer 26 entsprach,
die drei Ölschleudernuten 32 ausgebildet.
Drei Ölschleudernuten 32 waren
ausgebildet, und der Wert von Breitenausdehnung × Tiefenausdehnung betrug jeweils
3 mm × 3
mm; so wurden die Versuche durchgeführt.
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Die
Ergebnisse eines Vergleichs zwischen dem Fall mit einer Nut und
dem Fall ohne Nut sind in einem Diagramm in 4B dargestellt.
Vorausgesetzt, daß 0,002
MPa = 1, ist der Druck unter Verwendung relativer Werte dargestellt.
Es wurde festgestellt, daß in
dem Fall mit den Ölschleudernuten
(als Nuten bezeichnet) an der Drehwelle der Anfangsdruck eines Austritts
durch Ausstoßen
bei langsamer Drehung 4mal so hoch wie der in dem Fall ohne Nut war.
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Ferner
wurde beobachtet, daß die
hervorstehenden Abschnitte an den Kanten der Nuten das Öl aufgrund
der Oberflächen spannung
entfernen. Es wurde nämlich
festgestellt, daß winkelförmige Kanten
an den Nuten günstiger
waren.
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Ferner
war der Dauerdruck bei schneller Drehung aufgrund der Tatsache,
daß das Öl von der Welle
aufgrund der Zentrifugalkraft entfernt wird, selbst dann hoch, wenn
keine Nut ausgebildet war. Somit wurden selbst dann, wenn die Ölschleudernuten
ausgebildet waren, keine Änderungen
des Anfangsdrucks eines Austritts durch Ausstoßen festgestellt.
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(Versuchsbeispiel 3)
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Als
nächstes
wurde, wie in 5A dargestellt, anstelle des
Bauteilabschnitts 26A, welcher mit der Dekompressionskammer
ausgebildet war, in der Prüfvorrichtung,
ein Bauteilabschnitt 26B angebracht, welcher einen Abschnitt 26 mit
Dekompressionskammern 26 und 26' an zwei Stellen umfaßte, und
eine Vielzahl von Ölschleudernuten 32 entsprechend
den Dekompressionskammern 26, 26' wurden an der äußeren Umfangsfläche der
Drehwelle 22 ausgebildet. Unter Verwendung der oben erwähnten Struktur
wurden Tests in der gleichen Weise wie bei dem oben beschriebenen
Versuchsbeispiel 1 durchgeführt.
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Die
Anfangsdrücke
eines Austritts durch Ausstoßen
wurden gemessen, wobei zwei Kombinationen der Dekompressionskammern
und der Schleudernuten eingerichtet waren. Als Ergebnis wurde festgestellt,
daß, wie
in einem Diagramm in 5B dargestellt, wenn die Dichtungsvorrichtungen
an zwei Stellen eingerichtet waren, der Anfangsdruck eines Austritts
durch Ausstoßen
4mal so hoch, und infolgedessen war der Anfangsdruck eines Austritts
durch Ausstoßen
16mal so hoch wie der in dem Fall der Welle ohne Nut an der Drehwelle
bei niedriger Geschwindigkeit.
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Wie
oben beschrieben, war der Anfangsdruck eines Austritts durch Ausstoßen ungefähr 16mal
so hoch wie der, welcher durch die Abdichtungsweise, wobei keine
Nut an der Drehwelle ausgebildet war, gehalten werden konnte. Anders
ausgedrückt,
wird, verglichen mit herkömmlichen Öldichtungsvorrichtungen
des kontaktlosen Typs, selbst dann, wenn eine große Druckdifferenz
zwischen dem Inneren des Gehäuses
und der Außenseite
der hervorstehenden Drehwelle in einer Rotationsmaschine erzeugt
wird, verhindert, daß das Öl ausgestoßen wird,
was zu einer verbesserten Dichtungswirkung führt.
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Somit
erzielt die vorliegende Erfindung dadurch eine Wirkung, daß diese
auf einen Dichtungsabschnitt einer Drehwelle, welche sich mit einer
niedrigen Geschwindigkeit dreht, angewandt wird. Demgemäß ist zu
erwarten, daß die
vorliegende Erfindung dadurch eine befriedigende Wirkung liefert,
daß diese
auf einen Rotationsabschnitt von Gerätschaften angewandt wird, welche
an einem erhöhten
Ort montiert sind, wie etwa einer Windkraftgeneratorvorrichtung,
wobei schwerlich ein Wartungsdienst an dem Antriebsabschnitt ausgeführt wird.
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[INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT]
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Die
vorliegende Erfindung kann geeignet als Dichtungsvorrichtung einer
Rotationsmaschine verwendet werden, welche eine langfristige Haltbarkeit erfordert.
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung geeignet als Dichtungsvorrichtung
für Rotationsvorrichtungen
verwendet werden, welche zur Energieerzeugung durch Windkraft und ähnliches
verwendet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle, welche in einer Rotationsmaschine vorgesehen ist,
welche eine Drehwelle 12 und ein Gehäuse, welches mit einem Gehäuseloch 3 zum
drehbaren Halten der Drehwelle 12 ausgebildet ist, aufweist,
wobei die Drehwelle 12 über
einen Spalt t, durch welchen ein Schmiermittel geleitet wird, in dem
Gehäuseloch 3 gehalten
wird, so daß die
Drehwelle 12 in einer kontaktlosen Weise in dem Gehäuseloch 3 gehalten
wird, wobei die Öldichtungsvorrichtung
des kontaktlosen Typs für
eine Drehwelle umfaßt:
eine Ölsammelkammer 4,
welche an der inneren Umfangsfläche
des Lochs 3 entlang der Umfangsrichtung der Drehwelle 12 zum
Sammeln des Schmieröls ausgebildet
ist, und mehrere Ölschleudernuten 5, welche
an der äußeren Umfangsfläche der
Welle 12 entlang der Umfangsrichtung davon bei Positionen gegenüber der Ölsammelkammer 4 angeordnet
sind, wobei die mehreren Ölschleudernuten 5 geeignet ausgebildet
sind, um innerhalb der Breitenausdehnung der Ölsammelkammer 4 in
der Wellenrichtung aufgenommen zu werden.