DE19916106A1 - Maschinenelement zur Durchführung von Medien während einer Relativ-Bewegung zweier Maschinenteile - Google Patents

Abstract

Maschinenelement zur Durchführung von Medien, insbesondere gasförmige und flüssige Druckmedien oder Vakuum, über zwei sich relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen mit einer zwischen den Maschinenteilen liegenden Dichtung bestehend aus wenigstens zwei Dichtlippenpaaren, von denen mindestens ein Dichtlippenpaar dynamisch abdichtet. DOLLAR A Die Maschinenteile (1, 2) weisen labyrinthartige Nuten oder Vertiefungen mit je einer Bohrung zur Durchführung eines Mediums auf, in deren Nuten mindestens zwei Dichtlippen einer sich zwischen den beiden Maschinenteilen (1, 2) befindlichen Dichtung (3) statisch oder dynamisch abdichtend hineinragen. Innerhalb der Dichtung (3) befinden sich Bohrungen (6), die die Räume zwischen den Dichtlippenpaaren der beiden Teile (1, 2) miteinander verbinden. DOLLAR A Eine vorteilhaftere Variante dieses Maschinenelements kombiniert eine derartige Durchführung mit einem Wälzlager (1, 18, 2) derart, daß sich die Dichtung (3) als Käfig (16) eines Wälzlagers (18) mit halber Geschwindigkeit der Relativbewegung der beiden Maschinenteile (1, 2) bewegt. DOLLAR A Eine derart gestaltete Durchführung besitzt eine einzige schwimmende Dichtung, baut sehr kompakt und preiswert, verringert den Verschleiß und gestattet darüberhinaus eine Verdopplung der Relativgeschwindigkeit DOLLAR A (Fig. 5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinenelement zwecks Durchfüh­ rung von Medien wie z. B. Gase und Flüssigkeiten während einer Relativbewegung zweier Maschinenteile zueinander gemäß Gat­ tungsbegriff des Anspruchs 1.

Die marktüblichen Durchführungen für derartige Aufgaben sind 4 in der Regel rotationssymmetrisch und besitzen entweder runde Dichtungen (O-Ringe) oder andere federunterstützte Dichtungen, bei denen eine Dichtlippe statisch auf dem feststehenden Teil aufliegt, während die zweite Dichtlippe gegen den rotierenden Teil abdichtet. Daher werden zur Realisierung eines jeden Durchführungskanals jeweils zwei Stück derartiger Dichtungen benötigt, die in einer Reihe zylinderförmig nebeneinander so angeordnet werden, daß die Achse der Dichtung mit der Rota­ tionsachse der Drehdurchführung identisch ist. Somit wächst die Anzahl der erforderlichen Dichtungen und die damit ver­ bunden Kosten sowie die Baulänge derartigen Durchführungen mit dem Faktor zwei der Durchführungskanäle. Dabei nimmt die Be­ lastbarkeit dieses Maschinenelementes, in Bezug auf das trag­ bare Biegemoment, umgekehrt proportional zu der Anzahl der Druckmittelkanäle ab (siehe Katalog der Fa. TSR Anlagenbau GmbH in Hagen).

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei derartigen Durchführungen die Anzahl der Dichtungen zu redu­ zieren, die Baulänge zu verkürzen und das tragbare Biegemoment in Abhängigkeit zur Anzahl der Druckmittelkanäle zu steigern und die Herstellungskosten zu senken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 ange­ gebenen Merkmalen gelöst.

Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.

Zufolge der labyrinthartigen Gestaltung der Durchführung ver­ bunden mit der symmetrischen Ausbildung der zwischen ihren Dichtlippen durchbohrten Dichtung, ausgestaltet mit mindestens zwei Paar Dichtlippen, von denen sich mindestens ein Paar, in Bezug auf die Druckmittelbohrungen symmetrisch gegenüber lie­ gende Dichtlippen, dynamisch abdichten, wird erfindungsgemäß für jede Durchführung unabhängig von der Anzahl der Druckmittelkanäle nur eine einzige labyrinthförmige Dichtung benötigt. Dadurch ändert sich die Baulänge der Durchführung für verschiedene Anzahl von Durchführungskanälen nicht. Ab­ hängig von der Anzahl der Durchführungskanälen ändert sich lediglich der Durchmesser bzw. die Bauhöhe der erfindungsgemä­ ßen Durchführung.

Eine erfindungsgemäße Durchführung für mehrere Druckmittel­ kanäle besitzt demnach eine einzige labyrinthförmige Dichtung, die doppel soviel Dichtlippenpaare besitzt wie Durchführungs­ kanäle vorhanden sind. Die, Bohrungen der Durchführungskanäle liegen alle reihenweise auf parallelen Ebenen bzw. auf konzen­ trischen Zylindern. Die Dichtlippen sind in Bezug auf die ein­ zelnen Kanalbohrungen paarweise symmetrisch.

Die beiden relativ zueinander beweglichen Teile der Durchfüh­ rung weisen jeweils labyrinthartige Nuten und Vertiefungen auf, in die je ein Paar symmetrische Dichtlippen hineinragen. Die Vertiefungen der beiden Teile liegen sich derart gegen­ über, daß ein Doppeldichtlippenpaar eines Durchführungskanals mit seinen zwischen den Lippenpaaren liegenden Kanalbohrungen das Transportmedium während der Relativbewegung der beiden Teile zueinander und zu der Dichtung von einem Teil zum ande­ ren ohne Leckage durchlassen kann.

Die labyrinthartigen Nuten und Vertiefungen besitzen Bohrun­ gen, durch die das Transportmedium zu anderen Maschinenteilen gelangt.

In einfachster Ausführung besitzt die erfindungsgemäße Durch­ führung zwei gegeneinander rotierende Teile mit je einer rechteckigen Nut, in die je ein Paar Dichtlippen einer Dich­ tung hineinragen. Während ein Dichtlippenpaar in der Nut eines Teils fest sitzt und gegen diesen Teil statisch abdichtet, dichtet das zweite Dichtlippenpaar in der Rechtecknut des zweiten Teils dynamisch ab.

Zwischen den beiden Dichtlippenpaaren befinden sich zusätzlich zu den Bohrungen für den Durchfluß des Mediums weitere federn­ de Elemente, die dafür sorgen, daß selbst ohne Druckmedium die Dichtlippenpaare gegen die Wandung der Nut gedrückt werden und gut abdichten. Im Falle eines Druckmediums als Transportmedium übernimmt das Druckmedium selbst diese Aufgabe.

Zwecks geringerer Abnutzung der Dichtlippen werden beide Dichtlippenpaare eines Durchführungskanals dynamisch abdich­ tend gestaltet, so daß die Dichtung gegenüber beiden abzudich­ tenden Maschinenteilen eine Relativbewegung aufweist. Eine derartig gestaltete Dichtung schwimmt somit zwischen den bei­ den abzudichtenden Maschinenteilen. Hierdurch verteilen sich Verschleiß und Abnutzung gleichmäßig auf beide Dichtlippenpaa­ re eines jeden Durchführungskanals. Die Lebensdauer der Dich­ tung und der rotierenden Teile verdoppelt sich bei gleichen Parametern und Betriebsbedingungen.

Ebenfalls kann die Drehzahl bei gleicher Relativgeschwindig­ keit zwischen den beiden Maschinenteilen verdoppelt werden.

Erfindungsgemäß wird für eine Durchführung unabhängig von der Anzahl der Durchführungskanälen nur eine einzige Dichtung benötigt. Eine derart konzipierte Durchführung baut stets sehr flach und läßt sich für beliebig lange oder beliebig große Durchmesser als profilierte Meterware bzw. als labyrinthartige Scheiben einfach und preiswert herstellen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Dichtung einen Steg oder Kranz aufweist, der als Käfig eines Wälzlagers dient, das zwischen den beiden bewegten und abzudichtenden Maschinenteilen angeordnet ist. Der Dich­ tungskranz besitzt Bohrungen bzw. rechteckige Löcher, die zur Aufnahme von Wälzkörpern, Kugeln, Zylindern, Tonnen oder Na­ deln dienen. Die Relativgeschwindigkeit der beiden abzudich­ tenden Maschinenteile zueinander versetzt die Wälzkörper, die sich zwischen den beiden Maschinenteilen befinden, in Bewegung mit halber Geschwindigkeit. Durch die Bewegung der Wälzkörper wird die Dichtung gezwungen, sich mit der halben Relativge­ schwindigkeit der beiden Maschinenteile zu bewegen.

Durch entsprechende Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Durch­ führung mit einem Wälz- oder Gleitlager, wobei die beiden vorhandenen Teile der Durchführung direkt als Innen- und Au­ ßenring der Lagerung eines Radial- oder Axiallagers ausgebil­ det werden, entsteht ein neues und sehr kompaktes Maschinen­ element, das in der Industrie eine breite Anwendung besitzt.

Der bewegliche Teil dieses kompakten Maschinenelementes erhält eine Art Verzahnung oder keilförmige Nuten, um direkt als Antrieb mittels einer Zahnrad-Zahnstange, Mehrkeil- oder Zahn­ riemen zu dienen. Die Labyrinthe der beiden Teile dieses Ma­ schinenelementes werden nach der Dichtung weiter, jedoch mit engerem Spalt, fortgesetzt, um als berührungslose Dichtung gegen Schmutzeintritt zu dienen.

Bei translatorischer Bewegung zweier Maschinenteile werden die Enden der erfindungsgemäßen profilierten Dichtung mit einem Stopfen abgedichtet, damit das Flußmedium seitlich nicht aus­ tritt.

Bei Durchfluß von Vakuum als Medium werden aus Nuten und Ver­ tiefungen Wülste und herausragende Stege und Kränze, die in die Dichtlippenpaare hineinragen. Die Dichtlippen dichten dann nach innen auf den Stegen ab.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf schema­ tisch dargestellte Figuren näher erläutert.

Konstruktiv einander entsprechende oder äquivalente Teile sind mit gleichen Bezugsnummern versehen.

Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durch­ führung mit einer Dichtung bestehend aus zwei dyna­ misch wirkenden Dichtlippen für einen Druckmittel­ kanal,

Fig. 2 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durch­ führung mit einer Dichtung bestehend aus vier dyna­ misch wirkenden Dichtlippen für zwei Druckmittelka­ näle und einem dritten Kanal für Medien mit gerin­ gerem Druck bis hin zum Vakuum,

Fig. 3 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durch­ führung mit einer Dichtung bestehend aus vier dyna­ misch wirkende Dichtlippen für einen Druckmittelka­ nal,

Fig. 4 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durch­ führung mit einer Dichtung bestehend aus acht dyna­ misch wirkende Dichtlippen für zwei Druckmittelka­ näle und einem dritten Kanal für Medien mit gerin­ gerem Druck bis hin zum Vakuum,

Fig. 5 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durch­ führung mit einer Dichtung bestehend aus acht dyna­ misch wirkende Dichtlippen für zwei Druckmittelka­ näle und einem dritten Kanal für Medien mit gerin­ gerem Druck bis hin zum Vakuum sowie einem mittleren Kranz als Käfig eines axialen Wälzlagers,

Fig. 6 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durch­ führung mit einer Dichtung bestehend aus acht dyna­ misch wirkende Dichtlippen für zwei Druckmittelka­ näle und einem dritten Kanal für Medien mit gerin­ gerem Druck bis hin zum Vakuum sowie einem seitlichen Kranz als Käfig eines radialen Wälzla­ gers.

Gemäß Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Durchführung (1, 2, 3) dargestellt. Zwischen den zwei gegeneinander rotatorisch oder translatorisch beweglichen Teile (1, 2), durch die ein Medium strömt, ist in einem Labyrinth eine Dichtung (3) angeordnet. Die Dichtung (3) besitzt zwei Dichtlippenpaare bzw. ein Dop­ peldichtlippenpaar bestehend aus vier Dichtlippen, von denen sich ein Dichtlippenpaar in dem einen Teil (1) befindet und gegen diesen dynamisch abdichtet und das zweite Dichtlippen­ paar fest in dem zweiten Teil (2) sitzt und gegen diesen sta­ tisch abdichtet.

Die Dichtlippenpaare sind vorteilhafterweise in Bezug auf ihre Mittelebene symmetrisch gestaltet. Zwischen den Dichtlippen­ paaren befinden sich parallel zur Symmetrieebene der Dichtung (3) Bohrungen (6), die zum Durchfluß von Medien, wie z. B. Gase, Druckluft, Öl, Wasser oder anderen Medien, dienen.

Zwischen den Dichtlippenpaaren werden vorteilhafterweise fe­ dernde Elemente (15) angebracht, die dafür sorgen, daß sich die Dichtlippenpaare sich stets an die beiden Teile (1, 2) fest andrücken.

Die relativ zueinander beweglichen Teile (1, 2) sind selbstän­ dige Teile eines Maschinenelements als Durchführungselement. Sie können jedoch auch Teile von Maschinen sein, durch die ein Medium während der Relativbewegung strömt. Die beiden Teile (1, 2) sind gegeneinander auf Wälzkörpern (17) geführt und mit Sicherungsringen (13, 14) gegen axiale Verschiebung gesichert.

Das Medium fließt durch die Bohrung (4) des einen Teils (2) über die Bohrungen (6) der Dichtung (3) in die Bohrung (5) des zweiten Teils (1). Der Teil (1) besitzt Keilrippen (19) oder eine Verzahnung, die zum Antrieb von außerhalb dient. Der Antrieb kann jedoch auch in der Mitte zwischen den beiden Teilen (1, 2) angeordnet werden. Um das Eindringen von Schmutz und Verunreinigungen in die Dichtung zu vermeiden, wird das Labyrinth der Dichtung nach außen weiter fortgesetzt und mit einem engen Spalt (20) versehen.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Durchführung (1, 2, 3) beste­ hend aus den beiden Maschinenteile (1, 2) sowie einer Dichtung (3) mit zwei übereinander angeordneten Doppeldichtlippenpaare zum Durchlaß zweier Medien. Die beiden Maschinenteile (1, 2) besitzen je drei Bohrungen (5, 7, 11) und (4, 8, 10) zum Durchlaß von drei Medien. Die Dichtung besitzt drei Reihen von Bohrun­ gen (6, 9, 12), die jeweils zwischen den Dichtlippenpaaren par­ allel zu einander verlaufen. Das erste Medium strömt durch die Bohrung (4) des Teils (2) über die Bohrungsreihe (6) der Dich­ tung (3) in die Bohrung (5) des Teils (1). Das zweite Medium fließt durch die Bohrung (10) des Teils (2) über die zweite Bohrungsreihe (12) der Dichtung (3) in die Bohrung (11) des Teils (1).

Zwischen den beiden Doppeldichtlippenpaaren befindet sich eine weitere Bohrungsreihe (9), die gemeinsam mit der Bohrung (8) im Teil (2) sowie der Bohrung (7) im Teil (1) ein drittes druckschwacheres Medium, wie z. B. Abluft oder Abwasser, wäh­ rend der Bewegung der beiden Teile (1, 2) durchströmen läßt.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Durchführung (1, 2, 3) beste­ hend aus den beiden Maschinenteilen (1, 2) und einer Dichtung (3) mit einem zweifach symmetrischen Doppeldichtlippenpaar, bei dem alle vier Dichtlippen dynamisch abdichten. Das Druck­ medium gelangt durch die Bohrung (4) des einen Maschinenteils (2) über die Bohrungsreihe (6) der Dichtung in die Bohrung (5) des zweiten Maschinenteils (1). Ein Kranz in der Mitte der Dichtung (3) sorgt dafür, daß die Dichtung (3) einigermaßen mittig bleibt. Die Dichtung (3) ist somit zwischen den Maschinenteilen (1, 2) schwimmend untergebracht.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Durchführung (1, 2, 3), bei der die schwimmende Dichtung (3) aus zwei dynamisch abdichten­ den symmetrischen Doppeldichtlippenpaaren zur Durchführung zweier Medien besteht. Zwischen den beiden Doppeldichtpaaren befindet sich eine weitere Reihe von Bohrungen (9), die ge­ meinsam mit der Bohrung (8) des Maschinenteils (2) sowie der Bohrung (7) des Maschinenteils (1) ein drittes druckschwache­ res Medium durchströmen läßt.

Fig. 5 und 6 zeigen jeweils eine Ausführung der erfindungs­ gemäßen Durchführung (1, 2, 3) mit einer schwimmenden Dichtung (3), die einen Zwischensteg bzw. einen Kranz (16) aufweist. Der Zwischensteg der Dichtung (3) dient zur Aufnahme von Wälz­ körpern (18) eines Axial- bzw. Radialwälzlagers. Dabei können die beiden gegeneinander beweglichen Maschinenteile (1, 2) selbst und unmittelbar als Laufbahnen der Wälzkörper gestaltet sein. Die Wälzlager können linear, axial, radial oder kombi­ nierte sein.

Die in den vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirkli­ chung der Erfindung von Bedeutung sein. Alle offenbarten Merk­ male sind erfindungswesentlich.

Claims (5)

1. Maschinenelement zur Durchführung von Medien, insbesondere gasförmige und flüssige Druckmedien oder Vakuum, über zwei sich relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen mit einer zwischen den Maschinenteilen liegenden Dichtung bestehend aus wenigstens zwei Dichtlippenpaaren, von denen mindestens ein Dichtlippenpaar dynamisch abdichtet, dadurch gekennzeichnet,
daß die Maschinenteile (1, 2) labyrinthartige Nuten oder Ver­ tiefungen mit je einer Bohrung zur Durchführung eines Mediums aufweisen, in deren Nuten mindestens zwei Dichtlippen einer sich zwischen den beiden Maschinenteilen (1, 2) befindlichen Dichtung (3) statisch oder dynamisch abdichtend hineinragen, und
daß sich innerhalb der Dichtung (3) Bohrungen (6) befinden, die die Räume zwischen den Dichtlippenpaaren der beiden Teile (1, 2) miteinander verbinden.

2. Maschinenelement zur Durchführung von Medien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippenpaare der Dichtung (3) doppelt oder mehr­ fach über oder nebeneinander angeordnet sind.

3. Maschinenelement zur Durchführung von Medien nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Dichtlippenpaaren Bohrungsreihen (9) be­ finden, die ebenfalls zum Durchfluß von gasförmigen oder flüs­ sigen Medien dienen.

4. Maschinenelement zur Durchführung von Medien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtung (3) mit allen ihrer Dichtlippenpaaren dyna­ misch abdichtet und selbst zwischen den beiden abzudichtenden Maschinenteilen (1, 2) schwimmt.

5. Maschinenelement zur Durchführung von Medien nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (16) der Dichtung (3) als Käfig eines Wälzlagers (18) dient.