DE2034213B2 - Magnetdichtung zur Abdichtung von Dichtungsspalten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetdichtung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Magnetdichtung ist aus der JP-PS 39 13 420 (Figur 6) bekannt, hei der eine magnetisierbare Flüssigkeit in einen zwischen zwei Polstücken vorgesehenen Ringraum gezogen wird. Die magnetisierbare Flüssigkeit füllt dabei den gesamten Ringraum aus. Ein Nachteil der bekannten Magnetdichtung liegt in ihrer einstufigen Ausbildung, wodurch nur eine verhältnismäßig geringe Druckdifferenz abgedichtet werden kann.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, in einfacherer Weise eine Magnetdichtung zu schaffen, die größeren Druckunterschieden als beim Stand der Technik standzuhalten vermag.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Magnetdichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs. Dadurch werden in einfacher Weise mehrere Dichtungsstufen gebildet, bei denen die Flüssigkeitsmenge in den Spalten durch einen Gegendruck stabilisiert wird. Eine derartige mehrstufige Magnetdichtung läßt somit die Möglichkeit zum Aufbau von Zwischendrucken zu, die praktisch »Stützpolster« zur Abstützung der Flüssigkeitsringe bilden. Die dazu erforderlichen Freiräume zwischen den Flüssigkeitsringen können sehr klein sein.

Aus der US'PS 35 01 089 ist ferner eine Labyrinthdichtung mit Schneiden bekannt, welche die Drosselspalte mit dazwischenliegenden Freiräumen aufweist. Durch die Drosselspalte hindurchtretender Dampf soll sich in den Freiräumen entspannen, so daß die Freiräume zwischen den Flüssigkeitsringen ein entsprechend großes Volumen haben müssen. Die bekannte Magnetisierung macht sich daher anders als die Erfindung das Prinzip eines stufenförmig erfolgenden Druckabbaus zunutze.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigt

Fig, t einen vergrößerten Schnitt durch eine einstufige Magnetdichtung; F i g, 2 einen Schnitt durch eine mehrstufige Magnet dichtung;

Fig,3 eine andere Ausführung der Magnetdichtung gemäß F ig, 2;

F i g. 4 und 5 Schnitte durch weitere Ausführungsformen der Erfindung und

ίο F i g. 6 ein Einbaubeispiel einer mehrstufigen Magnetdichtung.

In Fig. 1 sind Einzelheiten einer Dichtung 15 dargestellt, die einen äußeren Ring 16 mit zwei statischen Dichtungen 18 aufweist, die sich an der

is äußeren Umfangsfläche befinden. Diese statischen Dichtungen oder Dichtungsringe 18 berühren flüssigkeitsdicht die Innenwand eines 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 30 begrenzt, die an

der Innenfläche des äußeren Ringes 16 anliegen bzw. an diesem befestigt sind und sich von dort nach innen erstrecken.

Wie dargestellt, erstrecken sich von der Innenfläche

des äußeren Ringes 16 zusätzliche Abdeckplatten 32 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

is 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.

w Die Schneiden der Polstücke 26 sind im geringen Abstand von der Buchse 22 angeordnet und bilden mit dieser die Spalte 34. Es ist jedoch auch möglich, die Polstücke beidseitig oder einseitig abzuschrägen, nach innen V-förmig auszubilden usw., und die Buchse kann

w 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 Flüssigkeit 36 in den Spalten festgehalten. Der durch

μ pfeile angedeutete Magnetfluß führt durch ein Polstück, die magnetische Flüssigkeit im Spalt, die Buchse und zurück zu einem Polstück.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der äußere Ring 16 am Gehäuse 14 befestigt. Die Buchse 20, die

*⁵ 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 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 od-r 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 Dichtung kann jede Art von magnetischer Flüssigkeit verwendet werden. Dies können beispielsweise magnetische Flüssigkeiten sein, die eine Träger- flüssigkeit, wie etwa Wasser, Kohlenwasserstoffe, Fluorkohlenstoffe usw., ein oberflächenaktives Mittel wie Fettsäuren, beispielsweise eine monoungesättigte Fettsäure wie ölsäure, und magnetartige Teilchen enthalten, beispielsweise eisenhaltige Stoffe wie Ferrit, so 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 Das innere Ringelement kann ii jedoch auch auf andere Weise befestigt weiden. So kann die Dichtung zwischen Welle und innerem Ringelement beispielsweise durch einen unmittelbaren flüssigkeitsdichten Sitz, wie etwa einen Preßsitz, erreicht werden. Ferner können hier auch andere Stoffe angeordnet werden, wie etwa Leimverbindungen oder Dichtungsmaterial.

Obwohl die magnetische Flüssigkeitsdichtung in dem Ausführungsbeispiel zur Abdichtung eines Vakuums gegenüber atmosphärischem Druck beschrieben wurde, ist es klar, daß eine derartige Dichtungseinheit als Dichtung zwischen unterschiedlichen Räumen verwendet werden kann, beispielsweise zur Abdichtung von Flüssigkeit gegenüber Gas oder von Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten und/oder Zusammensetzungen sowie zur Verhinderung des Abfließens von Schmiermitteln. So kann die beschriebene Flüssigkeitsdichtung 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 m> 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 beschriebene Flüssigkeitsdichtung kann auch dort verwendet werden, wo in der Atmosphäre Teilchen μ vorhanden sind, die die magnetische Flüssigkeit verunreinigen könnten.

Die Flüssigkeitsdichtung kann auch verwendet

werden, um unterschiedliche, auf gleichem Druck befindliche Gase voneinander getrennt zn halten oder um das Abfließen von Kühlgas und Schmiermittel aus einem Kurbelgehäuse zu verhindern, beispielsweise an Antriebswellen in Klimaanlagen. Ferner kann die 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 Sauerstoffes der Atmosphäre in die Dampfmaschine verhindert wird.

In Fig.2 ist 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 wesentlich größere Druckdifferenz aufnehmen kann.

Bei d-m in F i g. 3 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel 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 Magnetdichtung vorstehend im wesentlichen an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, 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 F i g. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel 72 dargestellt bei dem eine zentrisch angeordnete Welle 74 vier Bereiche mit Schneiden 76, 78, 80 und 82 aufweist, die als Teil der Welle 74 dargestellt sind, jedoch auch aus getrennten Ringebmenten aus magnetischem Material bestehen können, welche durch Preßsitz oder auf andere Weise auf der Welle befestigt sind. Zur direkten Kopplung sind an den Enden der Welle Keilnuten 84 und 86 vorgesehen. Im Abstand von den Schneiden sind Polstücke 88, 90, 92 und 94 angeordnet so daß zwischen diesen Polstücken und den entsprechenden Schneidenbereichen Spalte gebilde. 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 1OK befestigten äußeren Lagerringen 104 und 106 befinden sich Lagerkugeln 96 und 98. An einem Ende der Einheit ist ein Gewindcansatz UO mit Schlüsselflächen If? vorgesehen.

F i g. 5 zeigt ein gegenüber F i g. 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem die Lagerkugeln 98, die inneren und äußeren Lagerringe 102, 106, die Polstücke 92, 94, der Magnet 90 und die Schneiden 80 und 82 aus Fig.4 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 Kunstsloffschmiprmittpl u/ip p_f>lvi.,..rl r; .. c

zeigt im Prinzip den Einbau eines magnetischen Fliissigkeitslagers in einem Behälter.

Die Magnetdichtung kann ferner in der Verwendung eines Polstückes gegenüber einer Fläche bestehen, wobei das Polstück oder die Fläche eine Vielzahl von schneidcnförmigen Kanten aufweist, die eine Vielzahl von Spalte für die Aufnahme von magnetischer Flüssigkeit bilden, wie dies in den F i g. 2 bis 5 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 Fig. 3 bis 5 dargestellt ist, ist auf der Welle oder der Wellenbuchse eine Vielzahl von Schneiden vorgesehen, während gemäß Fi g. 2 die Schneiden in den die Welle oder die Buchse umschließenden Polstücken vorgesehen sind.

Es wird also die Anordnung der Spalte zu parallelen magnetischen Pfaden ermöglicht, so daß das Magnetfeld eines dünnen Magneten ausreicht, um allen Spalten ein magnetisches Feld zuzuführen. Bei einer dreißigstufigen Dichtung, wie sie in Fig.4 dargestellt ist, ergibt sich dadurch eine Längeneinsparung in der Größenordnung von 300 bis 400%, (gegenüber einer dreißigstufigen Anordnung gemäß der vorstehend genannten britischen Patentschrift). Außerdem wird die Anzahl der Magnete und Polstücke für eine derartige vielstufige Einheit verringert. Da keine getrennten Magnete und nicht so viele Polstücke erforderlich sind, wird die statische Abdichtung jedes einzelnen an der jeweiligen Fläche befestigten Elementes vermieden. Außerdem kann die magnetische Flüssigkeit einfach auf die Welle aufgestrichen oder aufgebracht und die Welle 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 vorhanden sind. Es ergibt sich somit ein geringerer Widerstand, und die Leistung zur Bewegung der einen Fläche gegenüber der anderen kann vermindert werden, da bei Zwischenstufen-Drücken eine weniger viskose Flüssigkeit benutzt werden kann. > ohne dall Flüssigkeitsverluste durch Sprühen oder Atomisierung zn befürchten wäre. Die weniger viskose Flüssigkeit bewirkt andererseits eine Verminderung des Widerstandes und der Kraft bei jeder Rctationsgeschwindigkeit der Welle, da der Widerstand von den

κι Viskositätsscherkräften abhängt. Dies ergibt auch eine niedrigere Betriebstemperatur.

Die beschriebene Dichtung ist verhältnismäßig billig herzustellen, da alle Schneiden an einem Polstück in einem Arbeitsgang durch spanabhebende Verformung

r> 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 eingC'par! 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

2=i 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 ein»''· Vielzahl von Spalten unterschiedliche

so Formen haben können, 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,

J5 sind auch andere Formen möglich. So können die schneidenförmigen Kanten beispielsweise die Form von zwei oder mehr einander überlappenden Schraubenflächen haben oder als andere dicht benachbarte Kurvenformen ausgebildet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   1, Magnetdichtung zur Abdichtung von Dichtungsspalten zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Bauteilen mittels einer im Dichtungsspalt magnetisch gehaltenen, roagnetisJerbaren Flüssigkeit mit einem an dem einen Bauteil befestigten Magneten, mit dessen Magnetpolen jeweils ein dem aus magnetisierbarer!! Material bestehenden anderen Bauteil zugewendete, mit diesem den Dichtungsspa't bildendes Polstück verbunden ist, wobei im Bereich des Dichtungsspaltes eine Schneide ausgebildet ist, welche in die magnetisierbar Flüssigkeit eintaucht und diese im Bereich ihres Scheitels hält, dadurch gekennzeichnet, daß an dem magnetisierbaren anderen Bauteil (20; 68) und/oder an den Polstücken (58; 70) jeweils im Bereich ihres Dichtungsspaltes mehrere Schneiden mit zwischen ihnen ausgebildeten Rillen ausgebildet sind, so daß in dem Dichtungsspalt jeweils mehrere Dichtungsstufen aus an den Schneiden gehaltenen Flüssigkeitsringen und zwischen diesen ausgebildeten Gasringen gebildet sind.
2. 2. Magnetdichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (58) jeweils aus mehreren, die Schneiden ausbildenden Scheiben zusammengesetzt sind.