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Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Maschine, insbesondere eine hydrodynamische Kupplung, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Da hydrodynamische Maschinen mit einer Flüssigkeit wie Öl oder Wasser als Arbeitsmedium betrieben werden und sowohl umlaufende als auch stationäre beziehungsweise mit verschiedenen Drehzahlen umlaufende Bauteile aufweisen, sind Abdichtungen von entsprechenden radialen Ringspalten in der hydrodynamischen Maschine notwendig. Wenn beispielsweise die hydrodynamische Maschine, insbesondere eine hydrodynamische Kupplung mit Wasser als Arbeitsmedium betrieben wird und zugleich zur Lagerung der umlaufenden Bauteile fettgeschmierte Lager aufweist, so müssen die fettgeschmierten Lager vor eindringendem Wasser geschützt werden.
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In der 1 ist eine herkömmliche Lagerabdichtung bei einer hydrodynamischen Kupplung dargestellt, wobei mit den beiden Lagern die Abtriebswelle der hydrodynamischen Kupplung in einem Gehäuse 3 gelagert wird. Die beiden Lager müssen vor einem Eindringen des Arbeitsmediums, insbesondere Wasser, geschützt werden. Die beiden Lager sind mit den Bezugszeichen 1 und 2 gekennzeichnet, die in dem Gehäuse 3 gelagerte Welle ist mit 4 bezeichnet. Es ist nur eine Hälfte der Welle 4 dargestellt.
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Das linke Lager 1 ist mit einem ringförmigen Deckel 5 abgedeckt, der einen mit der Welle 4 umlaufenden Innenring 5.1 und einen am Gehäuse 3 festgeschraubten Außenring 5.2 aufweist. Zwischen dem Innenring und dem Außenring ist ein Radialspalt 6 vorgesehen, der verschiedene in Axialrichtung hintereinander positionierte Dichtelemente aufweist. Ausgehend vom Lager 1 (nach links) ist ein erster Radialwellendichtring 7 vorgesehen, gefolgt von einer sogenannten Entlastung 8. Die Entlastung 8 ist eine in den Außenring 5.2 eingebrachte Nut, die Bohrungen zum Abführen von eventuell eintretendem Wasser aufweist.
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Vom Lager 1 aus gesehen ist hinter der Entlastung 8 ein zweiter Radialwellendichtring 9 vorgesehen, gefolgt von einem dritten Radialwellendichtring 10. Somit ist sichergestellt, dass selbst, wenn der dritte Radialwellendichtring 10 und der zweite Radialwellendichtring 9 im Laufe der Betriebszeit der hydrodynamischen Kupplung verschleißen, Wasser das Lager 1 nicht erreichen kann.
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Zusätzlich zu den genannten Dichtelementen in dem Radialspalt 6 ist bei der gezeigten Ausführung ein weiterer abdichtender radialer Dichtspalt 11 radial außerhalb des Radialspalts 6 vorgesehen, der durch einen mit der Welle 4 umlaufenden axialen Fortsatz und die äußere Umfangsfläche des Außenrings 5.2 begrenzt wird und in dem eine Labyrinthdichtung 12 zur Abdichtung vorgesehen ist. Diese Labyrinthdichtung 12 ist somit einer Strömung des Wassers aus dem Arbeitsraum in Richtung zum Lager 1 vorgeschaltet.
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Bei dem zweiten Lager 2 ist ebenfalls eine Abdichtung zwischen der Welle 4 und dem Gehäuse 3 vorgesehen, die ein Eindringen von Schmutz und Wasser von außen in das Gehäuse 3 in Richtung des Lagers 2 verhindert. Diese Abdichtung weist einen Filzring 13 und einen vierten Radialwellendichtring 14 auf.
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Obwohl somit durch zahlreiche hintereinander positionierte Dichtelemente eine zuverlässige Abschirmung der Lager vor einem unerwünschten Wassereintritt erreicht wird, welcher Fett aus dem Lager ausspülen könnte, was zu einem vorzeitigen Lagerverschleiß führen würde, besteht ein Bedarf darin, die Abdichtung der Lager möglichst noch sicherer und kostengünstiger auszuführen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Maschine, insbesondere eine hydrodynamische Kupplung anzugeben, bei welcher die Abdichtung der Antriebswelle oder Abtriebswelle gegen das Gehäuse oder gegen ein mit Relativdrehzahl zu der Welle umlaufendes Bauteil noch besser und kostengünstiger ausgeführt ist.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Maschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Eine erfindungsgemäße hydrodynamische Maschine, die insbesondere als hydrodynamische Kupplung ausgeführt ist, weist wenigstens ein beschaufeltes angetriebenes Primärrad und ein beschaufeltes angetriebenes oder stationäres Sekundärrad auf. Das wenigstens eine Primärrad und das wenigstens eine Sekundärrad bilden gemeinsam wenigstens einen torusförmigen mit einem Arbeitsmedium, insbesondere Öl oder Wasser, befüllbaren oder befüllten Arbeitsraum aus, in welchem durch Antreiben des Primärrades eine hydrodynamische Kreislaufströmung des Arbeitsmediums erzeugt wird, über welche Antriebsleistung oder Drehmoment vom Primärrad auf das Sekundärrad übertragen wird.
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Zum Antrieb des wenigstens einen Primärrades ist wenigstens eine Antriebswelle vorgesehen. Wenn das Sekundärrad ebenfalls als umlaufendes beschaufeltes Rad ausgeführt ist, ist ferner eine Abtriebswelle vorgesehen. Die Antriebswelle steht mit dem Primärrad in einer Triebverbindung oder trägt dieses und die Abtriebswelle steht mit dem Sekundärrad in einer Triebverbindung oder trägt dieses.
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Die hydrodynamische Maschine weist ferner ein Gehäuse auf, das das Primärrad und/oder das Sekundärrad umschließt. Vorteilhaft kann dabei das Primärrad oder das Sekundärrad selbst eine Gehäuseschale aufweisen oder an einer solchen angeschlossen sein, die das jeweilige andere Rad umschließt und somit als umlaufende Gehäuseschale ausgeführt ist. Diese Gehäuseschale kann das genannte Gehäuse der hydrodynamischen Maschine ausbilden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist jedoch zusätzlich zu der umlaufenden Gehäuseschale ein stationäres Gehäuse vorgesehen, das die umlaufende Gehäuseschale umschließt und das dann als Gehäuse der hydrodynamischen Maschine bezeichnet wird.
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Es ist ferner wenigstens ein Wellendichtring vorgesehen oder es ist eine Vielzahl von Wellendichtringen vorgesehen, der/die die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle gegen das Gehäuse oder ein anderes mit Relativdrehzahl zu der jeweiligen Welle umlaufendes Bauteil abdichtet, beispielsweise gegen die genannte umlaufende Gehäuseschale.
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Erfindungsgemäß weist der wenigstens eine Wellendichtring eine Vielzahl von in Axialrichtung der Antriebswelle oder Abtriebswelle hintereinander angeordnete Dichtlippen auf.
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Durch die erfindungsgemäße mehrfache Dichtlippenanordnung kann eine besonders zuverlässige Abdichtung erreicht werden, die beispielsweise die zum Stand der Technik zuvor beschriebenen beiden äußeren Radialwellendichtringe auf der einen Seite und den Radialwellendichtring und den Filzring auf der anderen Seite ersetzt. Ferner können durch den erfindungsgemäßen Wellendichtring der Wärmeeintrag im Bereich der Dichtung und der Verschleiß reduziert werden.
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Besonders vorteilhaft weist der Wellendichtring zwei oder drei oder noch mehr hintereinander angeordnete Dichtlippen auf, wobei sich drei Dichtlippen als vorzuziehende Ausführungsform erwiesen haben.
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Günstig ist es, wenn alle Dichtlippen einteilig mit dem Wellendichtring hergestellt sind.
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Die Dichtlippen und insbesondere der gesamte Wellendichtring können vorteilhaft aus PTFE (Polytetrafluorethylen) hergestellt sein. Eine Ausführungsform sieht vor, dass nur die Dichtlippen aus PTFE, der Rest des Wellendichtrings aus einem anderen Werkstoff, insbesondere Kunststoff hergestellt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Wellendichtring in eine Nut oder einen Absatz der Welle (Antriebswelle oder Abtriebswelle) oder des Gehäuses (beziehungsweise des mit Relativdrehzahl umlaufenden Bauteils) eingesetzt und besonders günstig gegen eine Schulter des Absatzes mittels einem an das Gehäuse oder die Welle angeschlossenen, insbesondere angeschraubten Klemmrings eingeklemmt. Dabei muss die Nut oder der Absatz nicht unmittelbar in der Welle oder dem Gehäuse eingebracht sein, sondern diese können auch in ein an dem Gehäuse oder der Welle montierten Bauteil vorgesehen sein, beispielsweise dem zum Stand der Technik genannten Innenring oder Außenring des das Lager abdeckenden Deckels.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist in dem Radialspalt zwischen der Welle und dem Gehäuse beziehungsweise zwischen der Welle und dem mit Relativdrehzahl zu der Welle umlaufenden Bauteil, der durch den erfindungsgemäßen Wellendichtring abgedichtet wird, wenigstens ein weiteres Dichtelement vorgesehen, insbesondere wenigstens ein weiterer Dichtring, der dem Wellendichtring zur Abdichtung des Radialspalts vor- oder nachgeschaltet ist. Der weitere Dichtring kann beispielsweise als Radialwellendichtring mit einer mittels einer Federkraft zur Überbrückung des Radialspalts beaufschlagten Dichtlippe ausgeführt sein. Die Dichtlippe kann insbesondere als PTFE-Dichtlippe ausgeführt sein und der Dichtring kann als Membranwellendrichtring ausgeführt sein.
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Vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Wellendichtring insbesondere gemeinsam mit dem weiteren Dichtelement neben einem Lager, insbesondere Wälzlager, positioniert, mittels welchem die Welle (Antriebswelle und/oder Abtriebswelle) in dem Gehäuse oder dem mit Relativdrehzahl zu der Welle umlaufenden Bauteil gelagert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Welle (Antriebswelle und/oder Abtriebswelle) eine Vielzahl, insbesondere zwei Wellendichtringe mit mehreren hintereinander angeordneten Dichtlippen auf, wobei insbesondere je ein Wellendichtring im Bereich jeweils eines axialen Endes der Welle, und/oder jeweils neben einem Lager positioniert ist.
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Vorzugsweise sind die mehrfachen Dichtlippen des Wellendichtringes derart lang und vorteilhaft elastisch biegsam ausgeführt, dass diese den Radialspalt zwischen der Welle und dem Gehäuse beziehungsweise zwischen der Welle und dem mit Relativdrehzahl zu der Welle umlaufenden Bauteil vollständig überbrücken und insbesondere unter elastischer Verformung auf einer gegenüberliegenden Fläche des Radialspaltes zum Anliegen kommen.
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Die hydrodynamische Maschine kann beispielsweise als hydrodynamische Doppelkupplung ausgeführt sein, das heißt, diese weist zwei, vorzugsweise in Axialrichtung nebeneinander angeordnete Arbeitsräume auf. Dabei kann das Primärrad jeweils eine Hälfte der beiden Arbeitsräume ausbilden und das Sekundärrad kann die jeweils anderen Hälften der beiden Arbeitsräume ausbilden.
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Die hydrodynamische Maschine, insbesondere die hydrodynamische Kupplung, ist vorteilhaft als füllungsgesteuerte Maschine beziehungsweise Kupplung ausgeführt, das heißt, dass der Arbeitsraum mehr oder minder mit dem Arbeitsmedium befüllt werden kann, um das übertragene Drehmoment beziehungsweise die übertragene Antriebsleistung vom Primärrad auf das Sekundärrad gezielt einzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann dem Wellendichtring, welcher einen Radialspalt überbrückt, eine Axialdichtung vor- oder nachgeschaltet sein.
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Die Erfindung soll nachfolgend eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
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Es zeigen:
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1 eine Dichtung gemäß dem Stand der Technik;
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2 einen Axialschnitt durch eine hydrodynamische Doppelkupplung mit erfindungsgemäßer Wellenabdichtung;
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3 ein Detail der Wellenabdichtung aus der 2.
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In der 2 ist eine hydrodynamische Doppelkupplung dargestellt, die ein äußeres Gehäuse 3 aufweist, das stationär ist. In dem Gehäuse 3 ist die Welle 4 mittels der beiden Lager 1 und 2 gelagert, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel die Welle 4 als Abtriebswelle ausgeführt ist, welche das Sekundärrad 15 der hydrodynamischen Kupplung trägt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Schaufelkränze 16, die in einer Back-to-Back-Anordnung positioniert sind und welche gemeinsam das Sekundärrad 15 ausbilden, an einem Flansch 17 der Welle 4 angeschraubt.
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Das Primärrad 30 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel von der Antriebswelle 18 getragen und weist zwei Schaufelkränze 19 auf, welche die beiden Schaufelkränze 16 in Axialrichtung zwischen sich derart einschließen, dass je ein Schaufelkranz 19 einem Schaufelkranz 16 in Axialrichtung gegenübersteht und jeweils einen Arbeitsraum 20 ausbildet. Eine Befüllung des Arbeitsraums 20 erfolgt über den Zulauf 21 und das Arbeitsmedium wird aus der hydrodynamischen Kupplung mittels der Staudruckpumpe 22 ausgetragen.
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Das erste Lager 1 ist auf der dem Arbeitsraum 20 zugewandten Seite durch eine erste Dichtung 23 abgedichtet und das zweite Lager 2 ist auf seiner dem Arbeitsraum 20 abgewandten Seite, das heißt der zur Umgebung gerichteten Seite durch die zweite Dichtung 24 abgedichtet. Beide Dichtungen sollen einen Eintritt von Wasser und bei der zweiten Dichtung 24 auch von Schmutz verhindern. Die erste Dichtung 23 weist eine Entlüftung auf, die nachfolgend noch näher beschrieben wird und die mit 25 bezeichnet ist. Die Entlüftung 25 wird durch einen Kanal im Gehäuse 3 gebildet, der in der ersten Dichtung 23 mündet und außerhalb des Gehäuses 3 mündet.
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In der 3 sind nun die beiden Dichtungen 23 und 24 im Detail dargestellt. Die erste Dichtung 23, die das erste Lager 1 gegen Eindringen von Wasser aus dem Arbeitsraum schützt, begrenzt den Radialspalt 6 und weist entsprechend der eingangs dargestellten Beschreibung einen Deckel 5 mit einem Innenring 5.1 und einem Außenring 5.2 auf. Ausgehend vom Lager 1 in Richtung des Arbeitsraumes (nicht dargestellt), das heißt entgegen der vermeintlichen Strömungsrichtung des Arbeitsmediums, insbesondere Wasser, ist ein erster Radialwellendichtring 7 vorgesehen, gefolgt von einer axial daneben positionierten Entlastung 8. Die Entlastung 8, eine Nut in dem Außenring 5.2, wird über die in der 2 dargestellte Entlüftung 25 entlüftet, das heißt in die Nut eindringendes Wasser wird über die Entlüftung 25 abgeführt.
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Neben der Entlastung 8 ist nun auf der dem Lager 1 abgewandten Seite ein erfindungsgemäß ausgeführter Wellendichtring 26 mit einer Vielzahl von hintereinander positionierten Dichtlippen 27 vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei in Axialrichtung hintereinander positionierte Dichtlippen 27 vorgesehen.
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Der Wellendichtring 26 ist in einen Absatz des Außenrings 5.2 eingesetzt und mittels eines Klemmrings 28 gegen eine Schulter des Absatzes im Außenring 5.2 verklemmt. Die Dichtlippen 27 weisen eine derartige Länge auf, dass sie umbiegend auf der äußeren Umfangsfläche des Innenrings 5.1 zum Anliegen kommen.
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Der Klemmring 28 ist stirnseitig auf den Außenring 5.2 aufgeschraubt. Ferner ist stirnseitig auf dem Außenring 5.2 eine Axialdichtung 29 vorgesehen, welche zur Schmutzabweisung dient.
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Zu erwähnen ist noch, dass der erste Radialwellendichtring 7 im Vergleich zum entsprechenden Radialwellendichtring gemäß dem Stand der Technik aus der 1 umgekehrt eingebaut ist, sodass eine Öffnung von dem Lager 1 weg weist. Diese Öffnung kann mit Fett gefüllt sein.
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Der ersten Dichtung 23 ist ferner eine Labyrinthdichtung 12 vorgeschaltet, die den radialen Dichtspalt 11 zwischen der radial äußeren Umfangsfläche des Außenrings 5.2 und einem axialen Fortsatz der Welle 4 abdichtet.
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Die zweite Dichtung 24 weist ebenfalls einen an das Gehäuse 3 angeschraubten Deckel 5 auf, der mit der Welle 4 einen Radialspalt 6 beidseitig begrenzt. Vom Lager 2 ausgehend gesehen ist in dem Radialspalt 6 zunächst ein Radialwellendichtring 14 entsprechend dem vierten Radialwellendichtring 14 aus der 1 vorgesehen, jedoch erfindungsgemäß gefolgt von einem Wellendichtring 26 mit einer Vielzahl von Dichtlippen 27, vorliegend ebenfalls drei Dichtlippen 27.
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Auch dieser Wellendichtring 26 ist in einem Absatz im Deckel 5 zwischen einer Schulter des Absatzes und einem Klemmring 28 beidseitig in Axialrichtung eingeklemmt.
