DE2034213A1

DE2034213A1 - Magnetische Flüssigkeitsdichtung

Info

Publication number: DE2034213A1
Application number: DE19702034213
Authority: DE
Inventors: Ronald E Lexington Mass Rosensweig (V St A )
Original assignee: Ferrofluidics Corp
Current assignee: Ferrofluidics Corp
Priority date: 1969-10-10
Filing date: 1970-07-10
Publication date: 1971-05-06
Also published as: JPS519853B1; FR2065847A5; GB1312698A; DE2034213C3; DE2034213B2

Description

Ferrofluidics Corporation US Nr. 865 281 -prio. .1 ο.Oktober 1969

144 Middlesex Turnpike " -prio. 23.Mai 1970

To-49 (b) -7041

Burlington, Massachusetts Hamburg, den 3. Juli 1970 V.St.A.

Magnetische Flüssigkeitsdichtung

Bei gegeneinander beweglichen Teilen, wie beispielsweise zu schmierenden Lagerflächen, ist es häufig erforderlich, zwischen den Flächen Dichtungen vorzusehen, um über dieser Dichtung eine Druckdifferenz aufrechtzuerhalten oder das Abfliessen von Schmiermittel entlang einer der Flächen zu verhindern. Dies ist insbesondere der Fall, wenn eine Welle aus einem Raum mit einem ersten Druck in einen anderen Raum mit einem anderen Druck geführt wird.

Üblicherweise werden mechanische Anordnungen zwischen den abzudichtenden Flächen vorgesehen, so daß der Druckunterschied an den beiden Seiten der Dichtung aufrechterhalten bleibt oder das Abfliessen von Gas oder Flüssigkeit, etwa einem Schmiermittel, verhindert wird. Diese Anordnungen bestehen im allgemeinen aus einer oder mehreren flexiblen Dichtungsscheiben, die aus Gummi oder ähnlichem Material hergestellt sind. Diese Materialien halten jedoch im

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allgemeinen keine lecksiohere Dichtung aufrecht. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, in einem Spalt zwischen derartigen Flächen eine magnetische Flüssigkeit anzuordnen. Normalerweise wird ein Magnet mit einem permeablen Polstück verbunden, um in den ringför₇ migen Spalt zwischen dem Polstück und der Fläche, beispielsweise einer rotierenden Welle, ein Magnetfeld zu erzeugen. Magnetische Flüssigkeit wird in den Spalt eingebracht, wo sie festgehalten wird und als Sperre dient, um einen Druckunterschied aufrechtzuerhalten. Derartige Dichtungen sind beispielsweise in der britischen Patentschrift 785 881 und der US Patentschrift 3 439 961 beschrieben.

Diese Art von magnetischen FlUssigkeitsdichtungen, die die rotierende Welle und/oder das Gehäuse zu dem die Welle gehört, unmittelbar berühren, haben verschiedene Nachteile. So ist es schwierig, zwischen dem Polstück und der Welle einen konstanten Spalt aufrechtzuerhalten, um das Reiben des Polstückes an der Welle zu verhindern. Dies hat seine Ursache darin, daß die Welle von dem Polstück infolge der magnetischen Kräfte angezogen wird oder

daß die Welle etwas exzentrisch läuft oder daß Schwingungen auftreten. Dadurch entsteht eine magnetische Flussigkeitsdichtung mit sich ändernder Stärke, weil sich die Größe bzw. Breite des Spaltes ändert; Außerdem führt das Reiben des Polstückes' an der Welle zu unerwünschter Abnutzung. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist ein komplizierter Lageraufbau erforderlich, der sicherstellt, daß die Exzentrizität der rotierenden Fläche oder der Lagerfläche auf ein Minimum verringert wird.

Ferner war es bei den bisher bekannten magnetischen Fluss igkeit.sdichtungen erforderlich, die magnetische Flüssigkeit am Montageort einzufüllen. Es gab im allgemeinen keine Möglichkeit, den Spalt vorher zu befüllen, so daß es für den Benutzer einen erheblichen Aufwand bedeutete, die magnetische Flüssigkeitsdichtung am Montageort in die Anlage einzubauen. Ferner konnte die Wirksamkeit der Dichtung nicht in der Fabrik überprüft werden. Zusätzlich zu den vorstehend genannten Nachteilen, die sich Jjei den bisher bekannten magnetischen Flüssigkeitsdichtungen ergeben, weil der Spalt

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von den Polstücken und der Welle der Vorrichtung gebildet wird, muß die Welle aus magnetischem Material hergestellt sein,, um einen geschlossenen Kreis für das Magnetfeld zu erzeugen. Für nicht magnetische Wellen sind andere Dichtungsaufbauten notwendig. Dabei entsteht eine weniger wirksame Dichtung, weil die von der Dichtung aufrechterhaltene Druckdifferenz weniger groß ist als wenn eine magnetische Welle verwendet wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine magnetische Flüssigkeitsdichtung zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile vermeidet und insbesondere eine in sich geschlossene Einheit bildet, so daß die gesamte Dichtung ein für sich herzustellendes Bauelement darstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein äußeres Bauteil, in dem ein inneres Bauteil einen Zwischenraum zwischen beiden bildend angeordnet ist, itfobei die beiden Bauteile gegeneinander bewegbar sind, und durch magnetische Elemente, die in mindestens einem der Bauteile im Abstand vom anderen Bauteil einen vom Magnetfluß durchsetzten Spalt zur Aufnahme von magnetischer Flüssigkeit bildend angeordnet sind«

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Diese magnetische Flüssigkeitsdichtung ermöglicht das Anbringen von mehreren Polstüeken, so daß eine Vielzahl von Spalten zwischen einander gegenüberliegenden Flächen entsteht, in die magnetische Flüssigkeit eingebracht werden kann, wobei das Magnetfeld von einem einzigen Permanentmagneten erzeugt wird und im Bereich der Spalte parallel verläuft.

Die erfindungsgemäße Dichtung ist wesentlich zuverlässiger als die bisher bekannten und bewirkt geringere Leistungsverluste.

Zur Dichtung einer rotierenden Welle kann beispielsweise das innere Bauteil aus einem ringförmigen Element bestehen, das flüssigkeitsdicht auf der Außenfläche der Welle befestigt wird, während die äußere Fläche des äußeren Bauteils flüssigkeitsdicht mit dem Gehäuse, das die Welle aufnimmt, verbunden wird. Während des Betriebes dreht sich das innere Bauteil mit der Welle, während beispielsweise das äußere Bauteil festgehalten wird.

Man erkennt ohne weiteres, daß die erfindungsgemäße Flüssigkeitsdichtung, insbesondere auch bei solchen Anlagen verwendet werden kann, bei denen die abzudichtende Welle nicht aus magnetischem Material"'-be-.

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steht. Ferner kann die erfindungsgemäße Flüssigkeitsdichtung auf die Welle oder eine Lagerfläche aufgebracht bzw. von ihr entfernt werden, ohne daß magnetische Flüssigkeit sich auf der Lagerfläche bewegt, wie dies bei den bisher bekannten Dichtungen der Fall war. Bei einer derartigen Berührung der magnetischen Flüssigkeit mit der · Welle oder der Lagerfläche wird nämlich bei Verschiebung ^ senkrecht zur Drehrichtung Flüssigkeit abgestreift und die Welle wird außerdem mit der Flüssigkeit verschtautzt. Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsdichtung bleibt der Spalt grundsätzlich konstant.

Da die erfindungsgemäße Flüssigkeitsdichtung ein in sich geschlossenes Bauteil ist, können evtl. fehlerhafte Dichtungen sehr einfach ausgewechselt und durch andere • ersetzt werden, ohne daß die bisherige Schwierigkeit

des Auffüllens des Spalts am Montageort auftritt«' Die P Flüssigkeitsdichtung gemäß der Erfindung kann an die zu erwartenden Schwingungen und Exzentrizitäten angepasst werden und die magnetische Flüssigkeit ist gegen Berührung mit der Umgebung beim Montieren und Benutzen geschützt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Ausführungsbeispiele zeigenden Figuren näher erläutert :

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel tier Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch die magnetische Flüssigkeitsdichtung gemäß Figur 1.

Fig. ■> zeigt ein gegenüber Figur 2 abgewandeltes Ausführungsbeispiel.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Flüssigkeitsdichtung mit Kugellagern.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch eine Einheit mit einer mehrstufigen Dichtung.

Fig. 7 zeigt ein gegenüber Figur 6 abgewandeltes Ausführungsbeispiel.

Figuren 8 und 9 zeigen Schnitte durch weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. 10 zeigt den Einbau einer Flüssigkeitsdichtung gemäß der Erfindung.

Figur 1 zeigt ein Anwendungsbeispiel für die Benutzung der.erfindungsgemäßen magnetischen Flüssigkeitsdichtung. Durch den unteren Teil einer Zentrifuge 10 ist eine Welle 12 geführt, die von einem Motor oder ähnlichem

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(nicht gezeigt) angetrieben wird und sich einerseits in eine atmosphärische Umgebung P₁ außerhalb der Zentrifuge und andererseits durch das Gehäuse 14 der Zentrifuge hindurch in ein Vakuum P₂ erstreckt. Im Gehäuse 14 ist eine die Welle 12 umschließende magnetische Flüssigkeitsdichtung 15 befestigt, die sicherstellt, daß im Durchführungsbereich der Welle keine Luft in den Vakuumbereich eintritt bzw, daß kein Druckausgleich erfolgt.

In Figur 2 sind Einzelheiten der Dichtung I5 dargestellt, die einen äußeren Ring 16 mit zwei statischen Dichtungen 18 aufweist, die sich an der äußeren Umfangsfläche befinden. Diese statischen Dichtungen oder Dichtungsringe 18 berühren flüssigkeitsdicht die Innenwand des Gehäuses 14. Im Abstand zum äußeren Ring 16 ist konzentrisch ein innerer Ring oder eine Buchse 20 vorgesehen. An der inneren Fläche dieser Buchse befinden sich eine oder mehrere statische Dichtungen, wie beispielsweise die Dichtungsringe 22. Diese in der Buchse 20 befestigten Dichtungsringe liegen dichtend an der Welle 12 an. Längsbewegungen der Buchse 20 innerhalb der Dichtung werden durch Drucklager J>0 begrenzt, die an der Innenfläche des äußeren Ringes 16 anliegen bzw. an diesem befestigt sind und sich von dort nach innen erstrecken .

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Wie dargestellt, erstrecken sich von der Innenfläche des äußeren Ringes ljp zusätzliche Abdeckplatten j52 nach innen, um. die gesamte Anordnung während der Montage und des Betriebes zu schützen. Man erkennt, daß diese Dichtungseinheit ganz besonders für den Versand und eine nachträgliche Montage geeignet ist, da die magnetische Flüssigkeit weder sichtbar noch berührbar ist, so daß die Montage an beliebiger Stelle möglich ist und auch ungeübtes Bedienungspersonal diese Flüssigkeitsdichtung ein- und ausbauen kann. An der Innenfläche des äußeren Ringes 16 ist ein Permanentmagnet 24 vorgesehen, an dessen beiden Seiten Polstücke 26 angeordnet sind, die sich nach innen zur Buchse 20 hin erstrecken«

Als Material für Permanentmagneten kann irgendeine Art von geeignetem Material verwendet werden, wie beispielsweise Aluminium, Nickel, Cobalt, Verbindungen wie Alnico V und VIII, Cobalt-Samarium-Materialien, mit Gummi verklebte Magnete, Keramik sowie andere Eisen enthaltende Materialien, wie etwa Magnetite und Ferrite.

Die Schneiden der Polstücke 26 sind im geringen Abstand von der Buchse 22 angeordnet und bilden mit dieser die

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Spalte 3^· Es ist Jedoch auch möglich, die Polstücke beidseitig oder einseitig abzuschrägen, nach innen V-förmig auszubilden usw., und die Buchse kann eine Schneide aufweisen, die gegenüber einem flachen oder schneidenförmigen Polstück angeordnet ist.

Der Magnetfluß führt durch die Spalte und über die Buchse. Durch den Magnetfluß wird magnetische Flüssig keit 36 in den Spalten festgehalten. Der durch Pfeile angedeutete Magnetfluß führt durch ein Polstück, die magnetische Flüssigkeit im Spalt, die Buchse und zurück zu einem Polstück.

Bei diesem AusfUhrungsbeispiel ist der äußere Ring 16 am Gehäuse 14 befestigt. Die Buchse 20, die magnetisierbar ist, ist auf der Welle 12 befestigt und rotiert mit dieser.

Die Polstücke, durch die der Magnetfluß geführt wird, bestehen aus magnetisierbarem Material, das im allgemeinen leicht magnetisch oder sehr empfindlich für Magnetismus ist, d.h. das eine hohe magnetische Sättigung bei geringer Koerzitivkraft hat. Derartige eisenhaltige

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Stoffe sind beispielsweise Eisen wie Schmiedeeisen; Gußeisen usw., aber auch Eisenlegierungen, wie beispielsweise rostfreier Stahl.

Die Linie R-R zeigt die Rotationsfläche und man erkennt deutlich, daß die magnetische Flüssigkeit eine vollständig druckdichte Dichtung bildet, die entweder stationär ist oder rotiert. Bei Drehung der Welle bleibt die Dichtung druckdicht, da die magnetische Flüssigkeit dauernd in den Spalten festgehalten wird. Demgemäß liegt immer eine Dichtung zwischen den verschiedenen Räumen zu beiden Seiten der magnetischen Dichtung, unabhängig davon, ob die Welle rotiert oder stillsteht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird also der Verlust von Flüssigkeit auf der Welle infolge Abstreifens als auch das Verschmutzen der Welle durch magnetische Flüssigkeit vermieden. Ferner braucht die Welle 12 nicht magnetisch zu sein, um als Pfad für das Magnetfeld zu dienen, das die magnetische Flüssigkeit im Spalt festhält.

In der erfindungsgemäßen Dichtung kann irgendeine Art von magnetischer Flüssigkeit verwendet werden. Dies können beispielsweise magnetische Flüssigkeiten sein, die eine Trägerflüssigkeit, wie etwa Wasser, Kohlenwasserstoffe, Fluorkohlenstoffe usw., ein oberflächenaktives Mittel wie

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Fettsäuren, beispielsweise eine monoungesättigte Fettsäure wie Ölsäure, und magnetartige Teilchen enthalten, beispielsweise eisenhaltige Stoffe wie Ferrit, Chromdioxid, Magnetit usw. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Innenfläche des inneren Ringelementes mindestens teilweise durch die Verwendung von ,statischen Dichtungen, beispielsweise Dichtungsringen, auf der Welle befestigt. P Das innere Ringelement kann jedoch auch auf andere Weise befestigt werden. So kann die Dichtung zwischen den Flächen beispielsweise durch einen unmittelbaren flüssigkeitsdichten Sitz, wie etwa einen Pressitz, erreicht werden. Ferner können zwischen den Flächen andere Stoffe angeordnet werden, wie etwa Leimverbindungen oder Dichtungs ■ material, wie beispielsweise Loctite.

Obwohl die erfindungsgemäße magnetische Flüssigkeitsdichtung in einem Ausführungsbeispiel zur Abdichtung eines Vakuums gegenüber atmosphärischem Druck beschrieben wurde, ist es klar, daß eine derartige Dichtungseinheit als Dichtung zwischen verschiedensten Räumen verwendet werden kann, beispielsweise zur Abdichtung von Flüssigkeit gegenüber Gas oder von Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten und/oder Zusammen Setzungen sowie zur Verhinderung des Abfliessens von Schmiermitteln. So kann die erfindungsgemäße Flussig--

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keitsdichtung beispielsweise dazu benutzt werden, um das Eintreten von Wasser in den Motor einer Entwässerungspumpe zu verhindern, wenn sowohl die Pumpe als auch ein Teil des Motors in Wasser eingetaucht sind und das steigende Wasser eine verformbare Membran am Boden des Motors berührt. Der Motor wird dann mittels eines federbelasteten Schalters angelassen und die Pumpe läuft an. Die Dichtung kann benutzt werden, um das Eindringen von Wasser' in das Motorgehäuse an derjenigen Stelle zu verhindern, an der die Welle vom Motor zur Pumpe durch die Membran hindurchtritt. Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsdichtung kann auch dort verwendet werden, wo in der Atmosphäre. Teilchen vorhanden sind, die die magnetische Flüssigkeit verunreinigen könnten. So· ist beispielsweise in Figur j5 eine Anordnung gezeigt, in der an einem Ende der magnetischen Flüssigkeitsdichtung ein schwaches Magnetfeld aufgebaut wird. An dieser Stelle können beispielsweise Eisen feilspäne gesammelt werden, so daß ihr Eindringen in die Dichtung und damit eine Verschmutzung der magnetischen Flüssigkeit verhindert wird.

Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsdichtung kann auch verwendet werden, um unterschiedliche, auf gleichem Druck befindliche Gase voneinander getrennt zu halten oder um das Abf Hessen von Kühlgas und Schmiermittel

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aus einem Kurbelgehäuse zu verhindern, beispielsweise in über Antriebswellen getriebene Klimaanlagen. Ferner kann die erfindungsgemaße Flüssigkeitsdichtung zum hermetischen Abdichten von Dämpfen und Flüssigkeiten innerhalb einer Dampfmaschine benutzt werden, so daß ihr Austreten in die Atmosphäre oder umgekehrt das Eintreten · des Sauerstoffs der Atmosphäre in die Dampfmaschine verhindert wird.

Figur 4 zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Buchse, die auf einer abgesetzten Welle zwischen Polstücken 38 und 40, die schneidenförmige Kanten haben, befestigt ist.

Bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zur Festlegung der Buchse Kugellager verwendet. Die inneren Lagerringe' der Lager sind fest auf der Buchse befestigt, während die äußeren Lagerringe am äußeren Ring angebracht sind. Durch die Verwendung dieser Lager wird eine bessere konzentrische Anordnung von Welle und Polstücken erreicht, wodurch wiederum Abrieb und das Aneinanderreihen der gegeneinander beweglichen Teile'/ wie Polstücke, Kanten und Buchse vermieden wird.

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Die Reibung und die Kraft zur Drehung der Buchse oder der Welle bezüglich dem Gehäuse werden stark verringert. Die Buchse 20 ist mittels statischer Dichtungen 22 flüssigkeitsdicht auf der Welle 12 befestigt. Innerhalb der eigentlichen Flüssigkeitsdichtung befinden sich zwei Kugellager, deren äußere Lagerringe 42 am äußeren Ring 16 befestigt sind. Dieser äußere Ring ist seinerseits an einem Gehäuse mit sich bewegender oder feststehender Fläche angebracht. An der Buchse 20 sind dichtend «jeweils die inneren Lagerringe 44 befestigt und zwischen den inneren und äußeren Lagerringen befinden sich die Lagerkugeln 46. An jedem Ende der Dichtungseinheit ist eine Abdeckplatte 48 vorgesehen. Zwischen den Kugellagern ist ein Permanentmagnet 50 befestigt, an dessen beiden Seiten bis zur Außenfläche der Buchse 20 reichende Polstücke 52 angeordnet sind. Diese Polstücke sind nach innen V-förmig ausgebildet, können jedoch auch andere Formen haben. Sie bilden zusammen mit der äußeren Fläche der Buchse 20 Spalte 54, in denen magnetische Flüssigkeit 56 mittels des Magnetflusses gehalten wird, der durch die Polstücke über den Spalt durch die magnet i.-sierbare Buchse 20 und zurück über den Spalt und ein Polstück zum Permanentmagneten 50 geführt wird. Es ist

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auch möglich, beide Kugellager an einer Seite'des Magneten, anzuordnen,oder ein oder mehrere Kugellager an jeder Seite des Magneten oder nur an einer Seite vorzusehen.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen waren innerhalb einer Einheit jeweils ein oder zwei eigentliche magnetische Dichtungen vorhanden. Es ist jedoch auch häufig erwünscht, innerhalb einer Einheit eine größere Anzahl von Dichtungen vorzusehen, um die Druckdifferenz, die die magnetische Flüssigkeitsdichtung aufnehmen kann, zu vergrößern. Entsprechend ist in Figur 6 eine Vielzahl von Polstücken 58 dargestellt, die jeweils an einer Seite eines Magneten 60 an einem äußeren Ring 62 befestigt sind. Die Schneiden dieser Polstücke befinden sich im Abstand von der Außenfläche der Buchse 20, so daß in der vorstehend beschriebenen Weise Spalte gebildet werden. Dabei können die Schneiden auch aus einem einzigen Stück hergestellt sein. In jedem Spalt zwischen den Polstücken und der Buchse 20 befindet sich magnetische Flüssigkeit. Bei einer derartigen Anordnung, addieren sich im wesentlichen die Wirkungen der einzelnen Dichtungen aus magnetischer Flüssigkeit über die gesamte Dichtungseinheit, so daß diese eine

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wesentlich größere Druckdifferenz aufnehmen kann.

Bei dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind, die Schneiden 66 Teile der Buchse 68 und im Abstand von den Polstücken 70 angeordnet, so daß zwischen ihnen die vorstehend beschriebenen Spalte gebildet werden.

Obwohl die Erfindung vorstehend im wesentlichen an Hand , von Ausführungsbeispielen beschrieben wur$e, bei denen, sich eine Welle zusammen mit der Buchse bewegte, während das äußere Ringelement der Dichtung zusammen mit einem Gehäuse stillstand, ist es klar, daß sich auch das äußere Ringelement mit gleicher, größerer oder geringerer Geschwindigkeit als die Buchse, und zwar in der gleichen oder in entgegengesetzter Richtung bewegen kann. Ferner kann das innere Ringelement eine Einheit mit der Welle bilden.

In Figur 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel 72 der | Erfindung dargestellt, bei dem eine zentrisch angeordnete Welle 74 vier Bereiche mit Schneiden 76, 78, 80 und 82 aufweist, die als Teil der Welle Jk dargestellt sind, jedoch auch aus getrennten Ringelementen aus magnetischem Material bestehen können, welche durch Pressitz oder auf andere Weise auf der Welle befestigt sind. Zur direkten Kopplung sind an den Enden der Welle Keilnuten" 84 und 86

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vorgesehen. Im Abstand von den Schneiden sind Polstücke 88, 90, 92 und 94 angeordnet, so daß zwischen diesen Polstücken und den entsprechenden Schneidenbereichen Spalte gebildet werden, in denen magnetische Flüssigkeit (nicht gezeigt) gehalten wird. Zwischen inneren, auf der Welle 74 befestigten Lagerringen 100 und 102 und äußeren, am' äußeren Element I08 befestigten äußeren Lagerringen 104 und I06 befinden sich Lagerkugeln 96 und 98. An einem Ende der Einheit ist ein Gewindeansatz 110 mit Schlüsselflächen 112 vorgesehen.

Figur 9 zeigt ein gegenüber Figur 8 abgewandeltes Aus- . führungsbeispiel, bei dem die Lagerkugeln 98, die inneren und äußeren Lagerringe 102, I06, die Polstücke 92, 94, der Magnet 90 und die Schneiden 80 und 82 aus Figur 8 fehlen und dieser gesamte Teil durch ein Traglager 114 ersetzt ist. Zwischen der inneren Fläche dieses Traglagers und der Außenfläche der Welle befindet sich ein trockenes Schmiermittel, beispielsweise ein Kunststoff schmiermittel, wie beispielsweise Polyimid. Figur 10 zeigt im Prinzip den Einbau eines magnetischen Flüssigkeitslagers gemäß Figur 9 in einem Behälter gemäß Figur 1.

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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung eines Polstüekes gegenüber einer Fläche, wobei das Polstück oder die Fläche eine Vielzahl von schneidenförmigen Kanten aufweist, die eine Vielzahl von Spalte für die Aufnahme von magnetischer Flüssigkeit bilden, wie dies in den Figuren 6, "J, 8 und 9 dargestellt ist. Dieser Vielzahl von Spalte, also Dichtungsspalte, beispielsweise schneidenförmigen Kanten, wird ein Magnetfeld zugeführt, das von einem einzigen Permanentmagneten erzeugt wird. Wie in den Figuren 7, 8 und 9 dargestellt ist, ist auf der Welle oder der Wellenbuchse eine Vielzahl -von Schneiden vorgesehen, während gemäß Figur 6
die Schneiden in den die Welle oder die Buchse umschliessenden Polstücken vorgesehen sind.

Bei den.bisher bekannten magnetischen Flussigkeits■
dichtungen mit mehreren einzelnen Dichtungen entlang
einer einzigen Welle oder sich bewegenden Fläche .'wurde für jede Stufe ein getrennter Magnet benutzt, wie dies beispielsweise in der britischen Patentschrift 7.8? 881 beschrieben ist.

Die Erfindung ermöglicht also die Anordnung der Spalte zu parallelen magnetischen Pfaden, so daß das Magnet--

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feld eines dünnen Magneten ausreicht, um allen Spalten ein magnetisches Feld zuzuführen. Bei einer drelMgstufigen Dichtung, wie sie in Figur 8 dargestellt ist, ergibt sich dadurch eine Längeneinsparung in der Größenordnung von 5 bis 400$ gegenüber einer dreißigstufigen Anordnung gemäß der vorstehend genannten britischen Patentschrift. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Verringerung der Anzahl der Magnete und Polstücke für eine derartige vielstufige Einheit. Da keine getrennten Magnete und nicht scjviele Polstücke erforderlich sind, vermeidet die Erfindung die statische Abdichtung jedes einzelnen an der jeweiligen Fläche befestigten Elementes. Außerdem kann die magnetische Flüssigkeit einfach auf die Welle aufgestrichen oder aufgebracht werden und die Welle kann in die gewünschte Lage geschoben werden. Befindet sie sich in dieser Lage, so bringt das magnetische Feld die Flüssigkeit in den jeweiligen Spalt, so daß in jedem Spalt eine ringförmige magnetische Flüssigkeitsdichtung erzeugt wird. Dieser mehrpolige Aufbau erfordert nur geringe Gasdurchtrittsöffnungen zur Erzeugung von Zwischenstufen-Drücken, da zwischen den Stufen nur geringe Volumina ν or hand en sind. Es ergibt sich somit ein. ge ringerer Widerstand und die Leistung zur Bewegung der einen Fläche gegenüber der anderen kann vermindert xverden, da

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bei Zwischenstufen-Drücken eine weniger viskose Flüssigkeit benutzt werden kann, ohne daß Flüsigkeitsverluste durch Sprühen oder Atomisierung zu befürchten wäre. Die weniger viskose Flüssigkeit bewirkt andererseits eine Verminderung des Widerstandes und der Kraft bei jeder Rotationsgeschwindigkeit der Welle, da der Widerstand von den Viskositätsscherkräften abhängt. Ein weiterer Vorteil besteht in der niedrigeren Betriebstemperatur.

Die erfindungsgemäße Dichtung ist verhältnismäßig billig herzustellen, da alle Schneiden an einem Polstück in einem Arbeitsgang durch spanabhebende Verformung hergestellt werden können und sich die Toleranzen leicht kontrollieren lassen. Die maschinelle Herstellung von Dichtungsnuten wird an vielen Stellen vermieden, und die spanabhebende Bearbeitung oder das Schleifen einer Anzahl von Flächen, wie dies bei getrennten Polstücken erforderlich ist, kann eingespart werden. Ferner wird die Lebensdauer der Dichtung vergrößert, da die kleinen Gasdurchlaßöffnungen der mehrstufigen Dichtung zyklisch viele Male unter Druck gesetzt und entlastet werden können, ohne daß Flüssigkeit aus den Spalten entfernt wird. Obwohl die Schneiden, wie beschrieben, nach innen oder außen V-förmig oder abgeschrägt sein können, ist es klar, daß die verwendeten Schneiden oder Anordnungen zur Erzeugung einer Vielzahl von Spalten, verschiedenste Formen haben können,

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solange sie nur den Magnetfluß im Bereich der Spalte konzentrieren, so daß diese Spalte alle im wesentlichen parallel zueinander liegen. Obwohl eine Vielzahl von im Abstand parallel zueinander angeordneten ringförmigen Spalten beschrieben wurde, sind auch andere Formen möglich. So können die schneidenförmigen Kanten beispielsweise die Form von zwei oder mehr einander überlappenden Schraubenflachen haben oder als andere dicht benachbarte Kurvenformen ausgebildet sein.

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Claims

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1. Magnetische Flüssigkeitsdichtung, gekennzeichnet durch ein äußeres Bauteil (z.B. 16), in dem ein inneres Bauteil (20) einen Zwischenraum zwischen beiden bildend angeordnet ist, wobei die beiden Bauteile (16, 20) gegeneinander bewegbar sind,und durch magnetische Elemente (24, 26), die in mindestens einem der Bauteile (16) im Abstand vom anderen Bauteil (20) einen vom Magnetfluß durchsetzten Spalt (34) zur Aufnahme von magnetischer Flüssigkeit (36) bildend angeordnet sind.

2. Flüssigkeitsdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Bauteil (z.B. 20) aus einem ringförmigen Element besteht und konzentrisch im Abstand zur ringförmigen Innenfläche des äußeren Bauteils (16) angeordnet ist und daß ein Magnet (24) mit mindestens einem Polstück (26) vorgesehen ist, das im Abstand von der Außenfläche des inneren Bauteils (20) angeordnet den Spalt (34) begrenzt.

3· Flüssigkeitsdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Bauteil aus einer magnetischen Buchse (z.B. 20) besteht und daß ein Magnet (24) mit zwei an seinen Seiten angeordneten Polstücken (26)

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vorgesehen ist, die jeweils mindestens eine Schneide im Abstand von der Außenfläche der Buchse (20) aufweisen.

4. Flüssigkeitsdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3>> dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des äußeren und des inneren Bauteils (z. b. 16, 20) Lager (^0) vorgesehen sind.

5. Flüssigkeitsdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager zu beiden Seiten des Magneten

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(25) am äußeren Bauteil befestigte Drucklager (j50) sind.

6. Flüssigkeitsdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager zu beiden Seiten des Magneten (50) angeordnete Kugellager (42, 44, 46) sind, deren innere Lagerringe (44) am inneren Bauteil und deren äußere Lagerringe (42)- am äußeren Bauteil befestigt s ind. *

7. Flüssigkeitsdichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Magneten (60) eine Vielzahl von Polstücken (58) ange ordnet sind, die schneidenförmige Kanten aufweisen,

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welche im Abstand zur Außenfläche des inneren Bauteils (20) angeordnet sind.

8. Plüssigkeitsdichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das als Buchse ausgebildete ■ innere Bauteil (68) an der Außenfläche eine Vielzahl von Schneiden aufweist, die im Abstand von den am äußeren Bauteil befestigten Polstücken (70) angeordnet sind.

9· Plüssigkeitsdichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, · dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Lager zur Verbindung der beiden Bauteile flüssigkeitsdicht mit der Innenfläche des äußeren Bauteils und die Innenfläche dieser Lager flüssigkeitsdicht mit der Außenfläche des inneren Bauteils verbindbar ist.

10. Plüssigkeitsdichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, da'ß zur flüssigkeitsdichten Dichtung der Lagerflächen Dichtungsringe vorgesehen sind.

11. Plüssigkeitsdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Bauteil eine Welle aufweist.

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12. Flüssigkeitsdichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Elemente aus einer Anzahl von am äußeren Bauteil befestigter Magnete bestehen, an deren beiden Seiten jeweils mindestens ein Polstück angeordnet ist, und dass auf der Oberfläche der Welle im Abstand von den Polstücken Schneiden vorgesehen sind.

Ij5. Plussigkeitsdichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager zur Verbindung des äußeren und des inneren Bauteils aus einer Kombination von Kugellagern (96, 1O4) und Traglagern besteht.

14. Flüssigkeitsdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere und das innere Bauteil gegeneinander drehbar sind.

su:br

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