DE1805719C3 - Dichtungseinrichtung mit magnetisierbarer Dichtmasse - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Aus der CH-PS 3 83 709 ist bereits eine Dichtungseinrichtung der oben genannten Art bekannt, die eine Dichtungsmasse aus einer Suspension magnetisierbarer Teilchen in einem flüssigen Träger enthält. Das die Dichtmasse verfestigende magnetische Gleichfeld kann mittels eines Permanentmagneten oder eines Elektromagneten, der von einem Strom einstellbarer Größe durchflossen wird, erzeugt werden.

Die bekannte Dichtungseinrichtung läßt in verschiedener Hinsicht zu wünschen übrig, wenn sie zur Abdichtung gegeneinander bewegter Teile verwendet wird. Wenn nämlich das die Dichtmasse verfestigende magnetische Gleichfeld verhältnismäßig stark ist, vermag die Dichtmasse Unregelmäßigkeiten einer abzudichtenden Fläche nicht oder nicht schnell genug zu folgen, und wenn das magnetische Gleichfeld verhältnismäßig schwach ist, können nur enge Spalte überbrückt werden und/oder bei größeren Relativgeschwindigkeiten oder Oberflächenrauhigkeiten treten untragbare Verluste an Dichtmasse auf. In beiden Fällen ist eine einwandfreie Abdichtung über längere Zeiten nicht gewährleistet. .

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß sie auch gegeneinander bewegte Teile einwandfrei abzudichten vermag. ...

Diese Aufgabe wird bei einer Dichtungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1

Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Bei der Dichtungseinrichtung gemäß der Erfindung hat die Dichtmasse ein gewisses Fließvermögen, so daß sie sich an Unregelmäßigkeiten einer vorbeiwandern den abzudichtenden Fläche anzupassen vermag. Gleichzeitig ist im Mittel eine genügende Steifheit gewährleistet, so daß relativ breite Spalte überbrückt und einwandfrei abgedichtet werden können.

Die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, daß die Dichtmasse auch beim Abschalten des Elektromagneten, der im allgemeinen zur Erzeugung des periodisch veränderlichen Magnetfeldes erzeugt werden wird, die Dichtmasse nicht unkontrolliert abfließen kann.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 3 hat den Vorteil, daß Verluste an Dichtmasse laufend ausgeglichen werden können. Bei einer zusätzlichen Weiterbildung gemäß Anspruch 4 zirkuliert die Dichtmasse durch den Abdichtungsbereich, was insbesondere beim Einsatz der Dichtungseinrichtung unter erschwerten Bedingungen von Vorteil ist, wie z. B. bei der Abdichtung der Oberfläche von heiß gewalztem oder stranggepreßtem Halbzeug, das einer Vakuumbehandlung oder -bearbeitung unterworfen werden soll. Ein Beispiel für eine derartige Bearbeitung ist das Schneiden mit Elektronenstrahlen hoher Energie. Die in den Ansprüchen 5 und 6 unter Schutz gestellten Weiterbildungen der Erfindung haben den Vorteil, daß Verluste an Dichtmasse gering gehalten werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, es zeigt

F i g. 1 eine stark vereinfachte, schematische Schnittansicht eines Teiles eines Elektronenstrahlschneidgerates, das mit einer Dichtungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung versehen ist;

F i g. 2 eine vereinfachte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Dichtungseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig.3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 4 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der Dichtungseinrichtung gemäß der Erfindung, bei der die durch die Dichtmasse gebildete Dichtlippe mit einer Schürze umgeben ist.

Die bei der Dichtungseinrichtung gemäß der Erfindung verwendete Dichtmasse ist eine unter dem Einfluf eines Magnetfeldes versteifende und im unmagnetisier ten Zustand plastische Masse.

Die Diuhimasse kann beispielsweise aus einei Suspension eines fein verteilten magnetisierbarer Materials, beispielsweise Eisenpulver, Eisenspäne Eisen-Drahtstückchen u.dgl., in einem nichtmagneti

sehen Träger, ζ. B. Süikonöl, bestehen. Bei Verwendung geeigneter Materialien für die Dichtmasse, beispielsweise einem Träger aus hochtemperaturfestem Silikonöl, ergibt sich eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit. Es ist natürlich auch möglich, eine Dichtmasse zu S verwenden, die bei Zimmertemperatur fest ist und erst bei höheren Temperaturen plastisch oder flüssig wird, wenn die Dichtungseinrichtung ausschließlich gegen erhitzte Bauteile abdichten soll.

Die Eigenschaften der Dichtmasse hängen weitgehend auch von der Art der suspendierten Teilchen ab, insbesondere von deren Form. So können beispielsweise Pulver, Küßelchen, Späne, Fäden oder Borsten im Träger suspendiert sein und es leuchtet ein, daß für eine vorgegebene magnetische Feldstärke beispielsweise bei Verwendung von kugelförmigen Pulverteilchen eine geringere Verfestigung eintreten wird als bei Dichtmassen, bei denen die suspendierten Teilchen unregelmäßige Formen haben.

Im Betrieb der Dichtungseinrichtung wird die Dichtmasse einer zeitlich veränderlichen Magnetisierung unterworfen.

Die Veränderungen der Magnetisierung der Dichtmasse verlaufen im Vergleich zur Geschwindigkeit der Relativbewegung der gegeneinander abzudichtenden Teile verhältnismäßig rasch zwischen Werten, bei denen die Dichtmasse versteift bzw. erweicht. Es wird dann durch das abwechselnde Versteifen und Erweichen der Dichtmasse ein quasi-elastisches Verhalten hervorgerufen; dieses Verhalten unterscheidet sich jedoch von dem Verhalten üblicher elastischer Massen dadurch, daß keine bestimmte Oberflächengestalt der durch die Dichtmasse gebildeten Dichtlippe als Ruhelage vorgegeben ist. Um zu verhindern, daß die Dichtmasse bei ausgeschalteter magnetischer Wechselerregung wegfließt, kanr. dem veränderlichen Magnetfeld ein konstantes Magnetfeld überlagert sein, das ausreicht, um die Dichtmasse im versteiften Zustand zu halten. Die Änderungen des Magnetfeldes im Betrieb der Dichtung müssen dann dieses konstante Magnetfeld in jeder Periode der Schwingung so weit abschwächen, daß die Dichtmasse vorübergehend in den erweichten Zustand übergeht.

In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform der vorliegenden Dichtungseinrichtung bei der Anwendung beim Schneiden eines Werkstücks, beispielsweise einer heiß extrudierten Stahlstange, mit Hilfe eines Elektronenstrahls 80 dargestellt. Im Sinne der F i g. 1 bewegt sich der Elektronenstrahl 80 von rechts nach links, so daß der Schneidspalt 82 ebenfalls von rechts nach links fortschreitet. Ein kreiszylindrischer unterer Endteil eines Elektronenstrahlerzeugers 84 ist unter Zwischenlage einer Ringdichtung 86 in das obere Ende eines zylindrischen Polstücks 88 eingeschraubt. Dieses erste Polstück 88 ist außen von einem ebenfalls zylindrischen zweiten Polstück 90 umgeben; dieses kann auch aus zwei halbzylindrischen Teilen bestehen, die durch eine (nicht dargestellte) Klemmvorrichtung zusammengehalten werden. In dem ringförmigen Raum zwischen den Polstücken 88 und 90 ist eine Anzahl von Erregerwicklungen 92 vorgesehen; jede Wicklung sitzt auf einem Joch 94, das auch als Abstandshalter zwischen den Polstücken 88 und 90 dient. Jedes Joch 94 hat eine zentrale Bohrung. Durch diese sowie eine entsprechende Bohrung im Polstück 90 erstreckt sich eine Befestigungsschraube 96, die in ein Gewindeloch 98 im Polstück 88 eingeschraubt ist. Nahe an ihren unteren Enden sind die Polstücke 88, 90 mit inneren Vertiefungen 100, 102 versehen. Diese Vertiefungen dienen zur schnappartigen Befestigung eines Einsatzkörpers 104 aus nicht oder nur schwach magnetisierbarem Material, beispielsweise Bronze. Der dargestellte Einsatzkörper hat die Form eines Ringkanals mit einem über die freien Enden der Polstücke vorstehenden Austrittsabschnitt 106, der eine Austrittsöffnung 108 begrenzt. Der Einsatzkörper wird durch ringförmige Vorsprünge, die in die Vertiefungen 100,102 eingreifen, an Ort und Stelle gehalten. Nahe an seinem oberen Ende ist der Einsatzkörper 104 mit wenigstens einer Nachschubleitung UO versehen. Um den Zusammenbau des Einsatzkörpers 104 und der Polstücke 88, 90 zu erleichtern, kann das äußere Polstück an Stellen, wo die Nachschubleitung 110 liegt, mit axialen Schlitzen versehen sein, und diese Schlitze können nach dem Einbau des Einsatzkörpers 104 durch besondere Füllstücke geschlossen werden, die in irgendeiner (nicht dargestellten) Weise am Polstück 90 befestigt werden.

Die Nachschubleitung 110 dient zur Einführung einer magnetisierbaren Dichtmasse in den kanalartigen Einsatzkörper 104 und zur Ausübung eines vorbestimmten Druckes auf die Dichtmasse, um sie nach außen zu drücken, so daß sie eine mit der Oberfläche 6 des abzudichtenden Teils 4 in Berührung tretende Dichtlippe 8 bildet.

Die innere Kammer 112 der Dichtungseinrichtung, durch die der Elektronenstrahl 80 läuft, wird durch (nicht dargestellte) Pumpeinrichtungen evakuiert, gegebenenfalls über eine zum Elektronenstrahlerzeuger 84 führende Durchgangsöffnung 114.

Um Verluste an Dichtmasse bei ausgeschalteten Erregerwicklungen 94 zu verhindern, enthält bei der Ausführungsform nach F i g. 1 die Magnetisiereinrichtung zusätzlich einen ringförmigen Dauermagneten 116, der auch aus mehreren teilringförmigen Stücken bestehen kann und in Radialrichtung magnetisiert ist. Der Dauermagnet 116 besteht aus keramischem Material niedriger Permeabilität, so daß er die Magnetisierungswirkung der Wicklung 94 nicht merklich stört, obwohl er die Polstücke 88, 90 überbrückt. Obwohl bei der dargestellten Ausführungsform der größte Teil des von dem Dauermagneten 116 gelieferten magnetischen Flusses durch das Joch 94 kurzgeschlossen wird, ist es auf diese oder ähnliche Weise doch möglich, die Dichtmasse so weit zu magnetisieren, daß sie teilweise oder ganz verfestigt ist. Die Erregerwicklung 92 kann dann so betrieben werden, daß die Wirkung des Dauermagneten mehr oder weniger aufgehoben wird. Der Dauermagnet kann natürlich auch an anderen Stellen des magnetischen Teiles angeordnet sein; beispielsweise kann ein ringförmiger Dauermagnet zwischen den unteren Enden der Polstücke 88 und 90 angeordnet und von diesen Polstücken durch schmale Spalte getrennt sein, durch die Dichtmasse passieren kann.

Bei Verwendung der Dichtungseinrichtung als Bewegungsdichtung werden besondere Vorteile dadurch erzielt, daß die Magnetisierung der Dichtmasse zeitlich periodisch erfolgt. Wenn bei der in F i g. 1 dargestellten Dichtungseinrichtung die Erregerwicklung 92 mit einem Wechselstrom oder einem pulsierenden Strom erregt und mit Hilfe der Nachschubleitung 110 ein Überdruck auf die Dichtmasse ausgeübt wird, so wird während jedes Zeitintervalls, in welchem die von der Erregerwicklung 92 hervorgerufene Magnetisierung nicht zur Verfestigung der Dichtmasse ausreicht, die Dichtmasse nach außen fließen.

In denjenigen Zeitintervallen jedoch, in welchen der Magnetisierungsstrom durch die Erregerwicklung 92 einen bestimmten Wert überschreitet, ist die Dichtmasse fest oder zumindest halbfest, und ferner werden auch Teile der Dichtlippe 8, die durch Reibung oder andere Wechselwirkung mit der Oberfläche 6 des abzudichtenden Teils 4 verlorengegangen sind, magnetisch angezogen und wieder mit der Hauptmenge der Dichtmasse vereinigt. Wenn die Veränderungen der Magnetisierung der Dichtmasse im Vergleich zur Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen der Dichtungseinrichtung und dem abzudichtenden Teil 4 verhälnismäßig rasch erfolgen, folgt die Dichtlippe quasi-elastisch sämtlichen Unregelmäßigkeiten der Oberfläche 6. Durch den Dauermagneten 116 wird erreicht, daß beim Abschalten der Wechselerregung die Dichtmasse genügend fest ist, um nicht wegzulaufen. Natürlich könnte man anstelle eines Dauermagneten einen konstanten Anteil des magnetischen Flusses auch dadurch erzeugen, daß man die Erregerwicklung 92 mit einem Strom speist, der eine Gleichstromkomponente aufweist; auch die Verwendung zweier getrennter Wicklungen für Gleich- bzw. Wechselstrom ist natürlich möglich.

Fig.2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1, jedoch mit einem abzudichtenden Teil 4 in Form einer Platte, die auf beiden Seiten abgedichtet werden muß. Jeder Seite 38 bzw. 40 ist je eine Zuführvorrichtung 42 bzw. 44 mit je einer Austrittsöffnung 46 bzw. 48 zugeordnet, so daß sich auf beiden Seiten je eine Dichtlippe 8 bildet. Außerdem sind in F i g. 2 noch Teile von Wicklungen 50 und 52 angedeutet, die zur Magnetisierung dienen. Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel noch Borsten 54,56 aus magnetisierbarem Material vorgesehen, die besonders bei Verwendung der Dichtungseinrichtung als Bewegungsdichtung zweckmäßig sind. Wenn beispielsweise bei der in F i g. 2 dargestellten Anordnung der abzudichtende Teil 4 sich relativ zu den Teilen der Dichtungseinrichtung nach links bewegt, verwendet man zweckmäßig die dargestellten Borsten, die von der im Sinne der Relativbewe- gung vorderen Seite der Dichtlippe 8 aus schräg nach hinten verlaufen und am abzudichtenden Teil 4 schleifend anliegen. Diese Borsten bewirken eine magnetische Aufnahme der am abzudichtenden Teil 4 hängenbleibenden Anteile der die Dichtlippe 8 bildenden Dichtmasse.

Zusätzlich zu den Borsten 54,56 oder unabhängig von diesen kann im Abstand von den Austrittsöffnungen 46, 48 je eine Aufnahmeeinrichtung 30 (nur oben dargestellt) zum Aufnehmen und Ableiten ausgetriebener Dichtmasse vorgesehen sein. Diese Aufnahmccinrichtung ist besonders dann zweckmäßig, wenn die Dichtungseinrichtung als Bewegungsdichtung verwendet wird. In F i g. 2 ist dies durch den Pfeil 32 angedeutet, d. h„ daß der mit der Dichtungseinrichtung versehene Teil zusammen mit der Zuführvorrichtung für die Dichtmasse und der Aufnahmeeinrichtung 30 in Richtung des Pfeiles 32 relativ zum anderen Teil 4 bewegt wird. Bei der beschriebenen Relativbewegung zwischen den Teilen 2 und 4 bleibt Dichtmassc am Teil 4 hängen. Mit fortschreitender Relativbewegung vermindert sich die auf diese Anteile der Dichtmassc einwirkende magnetische Feldstärke, so daß die Masse ihre Steifigkeit verliert und von der mit Abstand von der Austrittsöffnung 46 nachfolgenden Aufnuhmcinrichtung 30 aufgenommen werden kann. Die Aufnahmccinriehtung 30 besteht bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform im wesentlichen aus einem Aufnah merohr 34, das an eine nur angedeutete saugende Fördereinrichtung 36 angeschlossen ist. Die Fördereinrichtung fördert das vom Rohr 34 aufgenommene Material wieder zurück in einen Vorratsraum 26.

In vielen Fällen ist es möglich oder zweckmäßig das auf die Dichtmasse einwirkende Magnetfeld zwischen einem mit dem einen Teil 2 verbundenen Polstück und dem abzudichtenden Teil 4 aufzubauen, insbesondere bei abzudichtenden Teilen aus magnetisierbar Werkstoffen.

Es ist oft vorteilhaft, wenn die Magnetisiereinrichtung so ausgebildet wird, daß auf die aus der Austrittsöffnung ausgetretene Dichtmasse eine die Masse in die Austrittsöffnung zurücktreibende magnetische Kraft ausgeübt werden kann. Wenn man bei einer derartigen Ausführungsform die Dichtmasse unter Überdruck aus der Austrittsöffnung austreibt, kann man das Verhältnis der vom Überdruck ausgeübten austreibenden Kraft und der vom Magnetfeld ausgeübten zurücktreibenden Kraft so einstellen, daß die Dichtlippe mit einer gewissen Kraft gegen die Oberfläche des abzudichtenden Teils gedrückt wird.

Die in F i g. 3 dargestellte Dichtungseinrichtung enthält einen Magnet 58 mit einem in zwei Polstücke 60, 62 auslaufenden Kern 64 aus magnetisierbarem Material, beispielsweise Weicheisen, das auch lamelliert sein kann. Auf einem Jochteil 66 des Magneten ist eine Erregerwicklung 68 angeordnet. Der vom Kern 64 und einer nichtmagnetischen Trennwand 70 umschlossene Raum 72 ist vorzugsweise nur über den Spalt zwischen den Polstücken 60,62 mit der Umgebung verbunden. In den Raum 72 mündet eine Nachschubleitung 74, die zum Nachliefern ausgetretener Dichtmasse dient; ferner kann über diese Leitung der als Vorratsraum für die Dichtmasse wirkende Raum 72 gewünschtenfalls unter Überdruck gesetzt werden. Solange die Dichtmasse fließfähig ist. wird sie unter dem Einfluß eines derartigen Überdrucks oder einfach durch Schwerkraft durch den Spalt zwischen den Polstücken 60,62 fließen und an der Unterseite der Polstücke einen Tropfen bilden, der mit der Oberfläche 6 des abzudichtenden Teils 4 in Berührung tritt. Der Kern 64 ist natürlich in irgendeiner Weise mit dem (nicht dargestellten) einen Teil der Dichtungsanordnung abgedichtet verbunden.

Fig.3 zeigt weiter eine einfache Möglichkeit zur Veränderung der Vormagnetisierung der Dichtmasse mit Hilfe einer Stellvorrichtung, die hier einfach als Stellwiderstand 76 in der elektrischen Verbindung zwischen der Erregerwicklung 68 und einer Quelle 78 ausgeführt ist.

Fig.4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Dichtlippe 8 von einer die Dichtmassc zusammenhaltenden flexiblen Schürze 118 umgeben ist, die abgedichtet an einem Polstück 120 (bzw. zwei gegenüberliegenden Polstücken wie in Fig. 1) befestigt ist. Die Schürze 118 kann beispielsweise aus Plastikfolie, Gummifolie, Asbestpapier od. dgl. bestehen. In bestimmten Fällen ist es auch möglich, eine Schürze 118 in Form eines feinen Drahtnetzes zu verwenden. Die Verwendung einer Schürze gemäß der Ausführungsform nach Fig.4 ist besonders dann von Vorteil, wenn der abzudichtende Teil 4 eine verhüUnismig hohe Temperatur oberhalb des Curic-Punktcs der in der Dichtmasse suspendierten mngnclisierburcn Teilchen aufweist. Es werden dann die Anteile der Dichtlippc 8, die in unmittelbarer Berührung mit der heißen Oberflüche 6 stehen, nicht mehr von dem magnetischen Feld der Magnetisiereinrichtung ungezogen und aufgesammelt. Wenn dagegen eine Schürze

vorgesehen ist, können keine Verluste an Dichtmasse auftreten, und es ist ohne weiteres möglich, mit Hilfe (nicht dargestellter) Mittel genügend Kühlung, beispielsweise durch Turbulenz in der Dichtmasse, zu erzeugen, um ein Aufheizen der Dichtmasse auf eine Temperatur oberhalb des Curie-Punktes zu verhindern. Die geschilderten Störungen bei zu hoher Temperatur des abzudichtenden Teils 4 können natürlich auch mit Hilfe einer Aufnahmevorrichtung vermieden werden, die die zu hoch erhitzten Anteile der Dichtlippe absaugt und nach Kühlung wieder dem Vorrat an Dichtmasse hinzufügt. Ein Beispiel einer derartigen Aufnahmevorrichtung ist im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Dichtungseinrichtung, insbesondere für eine Energiestrahl-Bearbcitungsvorrichtung mit im Vakuum laufendem Energiestrahl, zur Abdichtung zwischen relativ zueinander bewegten Teilen mittels einer Dichtmasse, welche durch ein mittels einer Magnetisierungseinrichtung erzeugtes magnetisches Gleichfeld steif wird und im unmagnetischen Zustand plastisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem magnetischen Gleichfeld ein periodisch veränderliches, der Dichtmasse eine quasi-elastisches Verhalten verleihendes Magnetfeld überlagert ist.

2. Dinhtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des magnetischen Gleichfeldes ein Dauermagnel (116) aus einem Material niedriger Permeabilität dient, der zwischen Polstücken (88, 90) eines zur Erzeugung des Wechselfeldes dienenden Elektromagneten angeordnet ist.

3. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Dichtstelle eine Zuführeinrichtung (104,110) mit einer sich über den Dichtbereich erstreckenden Austrittsöffnung für die Dichtmasse vorgesehen ist.

4. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine mit Abstand von der Austrittsöffnung angeordnete Aufnahmeeinrichtung (30) zum Aufnehmen und Ableiten von ausgetriebener Dichtmasse aus der Umgebung der Stelle, wo die aus der Dichtmasse gebildete Dichtung an der Oberfläche (6) des bezüglich der Austrittsöffnung und Aufnahmeeinrichtung beweglichen Teiles (4) anliegt.

5. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, . dadurch gekennzeichnet, daß die Magne'.isierungseinrichtung so ausgebildet ist, daß auf die aus der Austrittsöffnung (24) ausgetretene Dichtmasse ein diese in die Austrittsöffnung zurücktreibende magnetische Kraft ausübbar ist

6. Dichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Magnetisierungseinrichtung Borsten (54) angebracht sind, die im Betriebszustand die Dichtmasse (8) durchsetzen.