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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Wellendichtung mit einem an
einer Welle angeordneten radialen inneren Dichtungselement, das
mindestens einen Ring aufweist, und einen an einem Rollenkörper angeordneten
radialen äußeren Dichtungselement,
das mindestens einen Ring aufweist, der im Wesentlichen parallel
zu dem mindestens einen Ring des inneren Dichtungselementes ausgerichtet
ist, wobei an einem Ring eines der beiden Dichtungselemente ein
ringförmig
umlaufender zu einem Ring des anderen Dichtungselementes weisender
Vorsprung vorgesehen ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Rolle für Förderer,
insbesondere Gurt- oder
Bandförderer,
mit einem hohlzylindrischen Rollenkörper und einer in mindestens
zwei Lagern gelagerten Welle, wobei an den Lagern jeweils eine Wellendichtung
angeordnet ist.
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Derartige
Wellendichtungen sind hinreichend bekannt und werden, wenn die inneren
und äußeren Dichtungselemente
einander nicht berühren,
allgemein als Labyrinthdichtung bezeichnet. Ein Beispiel einer derartigen
Labyrinthdichtung ist in der
DE 43 09 813 C2 offenbart. Prinzipiell wird
die Dichtwirkung zwischen einer in einem Gehäuse rotierenden Welle durch
geeignete Anordnung der Ringe auf der Welle er zeugt, die in entsprechenden
Nuten am feststehenden Gehäuse
laufen. Hierdurch wird der Dichtweg um ein Vielfaches verlängert. Die
Verlängerung
des Dichtweges bewirkt einen Druckabbau durch die auftretende Reibung
des in dem Dichtweg befindlichen Mediums, der so groß sein muss,
dass am Ende des Dichtweges kein oder annähernd kein Druckunterschied
mehr zum Druck außerhalb
der Wellendichtung besteht.
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Der
Dichtweg weist einander wechselweise abfolgend mehrere Kammern auf,
die über
jeweils einen Labyrinthspalt miteinander verbunden sind, die Drosselstellen
bilden. Die in den Labyrinthspalten teilweise in kinetische Energie
umgewandelte Druckenergie wird in den nachfolgenden Kammern abgesenkt,
da sie teils durch Wirbelbildung, teils als Wärme aufgezehrt wird und somit
der Druckenergie verloren geht. Eine Abfolge von mehrere hintereinander geschalteten
Kammern und Labyrinthspalten senkt somit ein hohes Druckniveau vor
der Wellendichtung auf ein tiefes Druckniveau dahinter ab.
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Aufgrund
des hohen Strömungswiderstandes
in dem langen Labyrinthspalt kann nur eine geringe, tolerierbare
Gas- oder Flüssigkeitsmenge durch
die Labyrinthdichtung austreten. Eine absolute Dichtheit ist mit
dieser berührungsfreien
Konstruktion aber nicht möglich.
Die austretende Fluidmenge kann weiter reduziert werden, indem die
Breite des Labyrinth- bzw. Dichtspaltes relativ schmal ausgebildet
ist.
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Die
DE 100 47 307 A1 offenbart
eine Dichtungsanordnung, die zwischen einer um eine Rotationsachse
rotierenden Baugruppe mit mehreren schneidförmigen Elementen und einer
statischen Baugruppe mit einer Gegenlauffläche ausgebildet ist, bei der
bei der Rotation die schneidförmigen
Elemente spanabhebend in die Gegenlauffläche eingreifen. Aus der
DE 11 43 068 B ist eine
Abdichtung zwischen zwei relativ zueinander drehenden Teilen bekannt, bei
der sich ein Gegenlaufring aus einem abriebfesten Stoff in den ersten
Betriebsstunden in einem Ring aus einem abreibbaren Stoff einarbeitet
und danach annähernd
reibungsfrei in der von ihm eingearbeiteten Ausnehmung umläuft.
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In
dem Fall einer feststehenden Welle bzw. Achswelle, um die herum
ein Rollenkörper
rotiert, führt
eine Belastung der Rolle durch ein Fördergut zu Verformungen und Geometrieveränderungen
sowohl des Rollenkörpers
als auch der Wellendichtung. Bei einer aufliegenden Last und einer
vertikal nach unten wirkenden Kraft, beispielsweise die Schwerkraft
des Fördergutes,
wird das äußere Dichtelement
oberhalb der Achswelle in die Richtung des inneren Dichtelementes
geneigt. Unterhalb der Achswelle wird das äußere Dichtungselement von dem
inneren Dichtungselement fortgeneigt.
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Daraus
resultiert, dass die Dichtungselemente oberhalb der Achswelle in
Kontakt miteinander kommen und aneinander reiben, während unterhalb
der Achswelle das Spaltmaß sich
vergrößert. Dies
führt bei
Rotation zu einem Pumpeffekt, so dass Luftfeuchtigkeit und/oder
Staub über
den äußersten Labyrinthspalt
in den Dichtweg hineingezogen werden können. Durch die Spaltmaßveränderung
und insbesondere den Kontakt oberhalb der Achswelle entsteht eine
Bremswirkung und ein Reibschluss, so dass die Wellendichtung vorzeitigt
verschleißt.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine verbesserte Wellendichtung mit hoher Zuverlässigkeit und langer Lebensdauer
auch bei vertikaler Belastung anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Wellendichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und eine Rolle für
einen Förderer
mit den Merkmalen gemäß Anspruch
9 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist bei
einer Wellendichtung der eingangs beschriebenen Art vorgesehen, dass
der Vorsprung bei einem Zusammenbau der Wellendichtung in Kontakt
mit dem Ring des anderen Dichtungselementes ist und nach Beginn
einer Rotationsbewegung der Welle und/oder des Rollenkörpers sich
abschleift, bis ein schmaler Ringspalt zwischen dem Vorsprung und
dem Ring des anderen Dichtungselementes ausgebildet ist.
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Die
wesentliche Idee besteht darin, dass die Wellendichtung zunächst eine
Kontaktdichtung ist, die eine Soll-Verschleißstelle aufweist. Nach einer bestimmten
Zeitdauer der Rotationsbewegung ist der Vorsprung zum Teil abgeschliffen.
Zwischen dem Vorsprung und dem gegenüberliegenden Ring wird folglich
ein schmaler Ringspalt gebildet, der im gesamten Umfang der Wellendichtung
berührungsfrei ist.
Somit ist nach einer bestimmten „Einrollzeit" eine berührungsfreie
Labyrinthdichtung ausgebildet. Der Vorsprung wird nur in dem Maß abgeschliffen,
wie es für
einen berührungsfreien
Betrieb erforderlich ist, da das Abschleifen genau dann automatisch
beendet wird. Ein vergleichsweise schmaler Ringspalt ist bei üblichen
Wellendichtungen nur mit einer hochpräzisen Fertigungs- und Montagegenauigkeit
möglich, die
die Herstellungskosten für
eine derartige Wellendichtung erheblich ansteigen lässt.
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Die
erfindungsgemäße Rolle
für einen
Förderer
weist eine erfindungsgemäße Wellendichtung auf.
Sobald die Wellendichtung berührungsfrei
läuft, ist
eine gleichmäßige Rotation
der Förderrolle
gewährleistet.
Dies führt
zu einem deutlich reduzierten Verschleiß des Rollenmantels, da aufgrund
der gleichmäßigen Geschwindigkeit
ein Anheben des Gurtes (bei einem Gurtförderer) und anschließendes herunterfallen
vermieden wird. Ferner ist gerade bei Förderanlagen mit einer Vielzahl
an Förderrollen,
um eine bis zu mehrere Kilometer lange Förderstrecke zu bilden, wichtig,
dass die Herstellung der Rollen inklusive der Abdichtungen preiswert
möglich
ist und die Rollen eine hohe Lebenszeit aufweisen.
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Damit
die Reibung gerade zu Beginn der Rotationsbewegung keine allzu große Bremswirkung entfaltet,
verjüngt
sich der Vorsprung bevorzugt. Der spitzförmig zulaufende Vorsprung bildet
einen Kompromiss zwischen der Forderung einer geringen Reibung und
einer ausreichenden Stabilität
und der Abschliff bildet eine stumpfe Spitze an dem Vorsprung aus.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wellendichtung sieht vor,
dass die Welle als Stator und der Rollenkörper als Rotor vorgesehen ist.
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Vorteilhafterweise
ist vorgesehen, dass in der Wellendichtung ein mehrere jeweils über Spalte verbundene
Kammern aufweisender Dichtweg vorgesehen ist, bei dem von zwei jeweils
gegenüberliegenden
Begrenzungswänden
eine dem inneren Dichtungselement und die andere dem äußeren Dichtungselement
zugeordnet ist.
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Um
eine optimale Verlängerung
des Dichtweges zu erzielen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ringe
des inneren Dichtungselementes und die Ringe des äußeren Dichtungselementes
in Axialrichtung der Welle einander abwechselnd angeordnet sind.
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Ferner
ist bei einer erfindungsgemäßen Wellendichtung
bevorzugt, dass bei mehreren vorgesehenen Vorsprüngen diese nur einem der beiden
Dichtungselemente zugeordnet sind. Dann kann durch eine geeignete,
unterschiedliche Materialauswahl für die beiden Dichtungselemente
ein Abschleifen der Vorsprünge
ohne eine Beschädigung
der gegenüberliegenden
Ringe sichergestellt werden.
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Für einen
vereinfachten Aufbau und eine zuverlässige Montage der Wellendichtung
sind vorteilhafterweise das innere Dichtungselement und/oder das äußere Dichtungselement
jeweils einstückig
vorgesehen.
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Da
die erfindungsgemäße Wellendichtung auch
unter einer Belastung zuverlässig
funktioniert, kann sie bevorzugt für eine Rolle eines Förderers, insbesondere
eines Gurt- oder Bandförderers,
Verwendung finden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung unter Bezug
auf die beigefügte
Zeichnung beispielhaft näher
erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Wellendichtung.
Die Darstellung der Figur ist ein teilweiser Längsschnitt in Axialrichtung
einer Förderrolle
mit einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Rollenkörper 1 und
einer Achswelle 2, die an dem Rollenkörper 1 gelagert ist.
In der Figur ist nur eine Seite der Förderrolle gezeigt und üblicherweise
ist die gegenüberliegende
Seite symmetrisch hierzu ausgebildet. Das Ende des Rollenkörpers 1 ist
nach innen umgeformt, um einen Lagersitz 3 für ein Wälzlager 4 zu
bilden. Zu dem von dem Rollenkörper 1 umschlossenen
Hohlraum ist der Lagerbereich mit dem Wälzlager 4 mit einem
ringförmigen
Lagerdeckel 5 abgeschlossen. Die in die entgegengesetzte Richtung
bzw. zur Umgebung weisende Seite des Lagerbereiches ist durch die
erfindungsgemäße Wellendichtung
abgeschlossen.
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Die
Wellendichtung weißt
ein an der Achswelle 2 angeordnetes inneres Dichtungselement 6 auf.
Das innere Dichtungselement 6 ist aus einem ersten inneren
Hohlzylinder und einem zweiten inneren Hohlzylinder zusammengesetzt,
der an der Außenseite
des ersten Hohlzylinders anliegt. An dem ersten Hohlzylinder ist
ein erster innerer Ring 7 angeordnet, so dass auf beiden
Seiten der Mittelachse 8 ein im Wesentlichen L-förmiger Längsschnitt
bzw. Profil gebildet ist. An dem zweiten Hohlzylinder ist ein zweiter
innerer Ring 9 derart angeordnet, dass zwischen dem ersten
inneren Ring 7 und dem zweiten inneren Ring 9 ein
Nut-förmiger
Zwischenraum 10 entsteht.
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An
dem zweiten inneren Ring 9 ist als Verlängerung desselben ein dritter
innerer Ring 11 angeordnet, der eine geringere Dicke als
der zweite Ring 9 aufweist. Die drei inneren Ringe 7, 9, 11 weisen
jeweils mit ihrem freien Ende nach radial außen. An der zur Umgebung zeigenden
Seite des inneren Dichtungselementes 6 befindet sich ein
Dichtungsdeckel 12.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der erste Hohlzylinder einstückig
mit dem ersten inneren Ring 7 ausgebildet. Ferner ist der
zweite Hohlzylinder zusammen mit dem zweiten und dritten inneren
Ring 9, 11 einstückig ausgebildet. Es ist klar,
dass auch das gesamte innere Dichtungselement 6 einstückig ausgebildet
sein kann. Das Material für
das innere Dichtungselement 6 kann ein glasfaserverstärktes Polyamid,
beispielsweise PA66 GF30, sein.
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Ein äußeres Dichtungselement 13 ist
an dem Rollenkörper 1 angeordnet
und führt
in dem dargestellten Beispiel einer Förderrolle gemeinsam mit dem
Rollenkörper 1 eine
Rotationsbewegung relativ zu der Achswelle 2 und dem inneren
Dichtungselement 6 aus. Das äußere Dichtungselement 13 ist
aus einem ringförmigen
Element mit einem im Wesentlichen Y-förmigen Profil im Längsschnitt
und einem ersten äußeren Ring 14 zusammengesetzt.
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Der
erste äußere Ring 14 ist
an einem Arm des Y angrenzend angeordnet und weist mit seinem freien
Ende nach radial innen. Ein zweiter äußerer Ring 15 wird
durch das Bein des Y gebildet. Auch der zweite äußere Ring 15 weist
mit seinem freien Ende nach radial innen, d.h. zur Mittelachse 8.
Der zur Umgebung weisende Arm des Y bildet einen dritten äußeren Ring 16,
der im Gegensatz zu den ersten beiden inneren Ringen 14 und 15 mit
seinem freien Ende nach radial außen weist.
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An
den drei äußeren Ringen 14, 15 und 16 ist jeweils
ein Vorsprung 17, 18 und 19 vorgesehen.
Dabei ist der spitzförmig
zulaufende Vorsprung 17 des ersten äußeren Ringes 14 zu
dem ersten inneren Ring 17 hin ausgerichtet. Der zweite
Vorsprung 18 an dem zweiten äußeren Ring 15 ist
auf den zweiten inneren Ring 9 weisend ausgerichtet. Schließlich ist der
dritte Vorsprung 19 an dem dritten äußeren Ring 16 derart
angeordnet, dass seine Spitze zu dem dritten inneren Ring 11 zeigt.
In dem dargestellten Beispiel ist das äußere Dichtungselement 13 aus
einem im Vergleich zu dem Material des inneren Dichtungselementes 6 relativ
weichen bzw. abschleifbaren Material, beispielsweise POM bzw. Polyazetat,
hergestellt.
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Bei
der Montage der Wellendichtung sind die Vorsprünge 17, 18 bzw. 19 in
Reibkontakt mit dem ersten inneren Ring 7, dem zweiten
inneren Ring 9 bzw. dem dritten inneren Ring 11.
Nach Aufnahme der Rotationsbewegung des Rollenkörpers 1 bezogen auf
die Achswelle 2 reibt das äußere Dichtungselement 13 an
dem inneren Dichtungselement 6 und es werden die jeweiligen
Spitzen der Vorsprünge 17, 18 und 19 aufgrund
der Reibung abgeschliffen, bis jeweils ein schmaler Ringspalt ausgebildet
ist. Nachdem die Ringspalte gebildet worden sind, läuft die Wellendichtung
berührungsfrei.
Dieser „Einroll"-Vorgang bis die
Wellendichtung berührungsfrei
läuft, dauert
einige wenige Tage, erfahrungsgemäß in etwa zwei Tage.
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Es
ist klar, dass in der Einrollzeit eine höhere Leistung für die Rotation
der Förderrolle
aufgebracht werden muss, da die Reibverlustenergie ausgeglichen
werden muss. Sobald die Ringspalte gebildet sind, wird eine entsprechend
geringe Leistung des Antriebssystems benötigt.
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Wenn
auf den Rollenkörper 1 eine
Last, beispielsweise durch ein Fördergut,
aufgebracht wird, bewirkt die Verformung der Rolle ein Verkippen
bzw. Neigen der äußeren Ringe 14, 15 und 16 in
Bezug auf die inneren Ringe 7, 9 und 11.
In diesem Fall werden die Vorsprünge 17, 18 und 19 weiter
abgeschliffen, bis wieder ein berührungsfreier Lauf stattfinden kann.
Der Wechsel von einem belasteten Rollenkörper 1 zu einem unbelasteten
Rollenkörper 1 bewirkt dann
lediglich eine Veränderung
des Spaltringes, ohne dass ein Reibkontakt hergestellt wird. Dadurch wird
der so genannte Pumpeffekt vermieden.
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Der
Labyrinthspalt der Wellendichtung ist vorzugsweise mit einem Schmier-
bzw. Dichtmittel, beispielsweise ein Fett, gefüllt. Durch die Rotation des
Rollenkörpers 1 wird
das Fett nach radial außen geschleudert
und sammelt sich insbesondere in dem Labyrinthspalt in den Raum
um das freie Ende des ersten inneren Ringes 7 herum an.
Dadurch wird der Labyrinthspalt zwischen dem ersten inneren Ring 7 und
dem äußeren Dichtungselement 13 wirksam
abgedichtet.
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Bei
einem Stillstand des Rollenkörpers 1 entfällt die
das Fett nach außen
wirkende Schleuderkraft. Das vorzugsweise relativ zähe Fett
setzt sich ab und „fließt" langsam in der Wellendichtung
aufgrund der Schwerkraft nach unten. D.h. im unteren Anteil der
Wellendichtung dichtet das Fett den Labyrinthspalt in dem Raum um
das freie Ende des inneren Ringes 7 ab. Im oberen Bereich
der Wellendichtung füllt
das Fett den Raum um das freie Ende des zweiten äußeren Ringes 15 auf
und dichtet den Labyrinthspalt dort ab. Auf diese Weise ist ein
Schutz vor eindringendem Schmutz und eindringender Feuchtigkeit
sowohl im Betrieb als auch im Stillstand des Rollenkörpers 1 ermöglicht.