DE2347101A1

DE2347101A1 - Dichtungsanordnung fuer drehende teile

Info

Publication number: DE2347101A1
Application number: DE19732347101
Authority: DE
Inventors: Dario Rudolph Gross
Original assignee: Midland Ross Corp
Current assignee: Midland Ross Corp
Priority date: 1972-10-02
Filing date: 1973-09-19
Publication date: 1974-04-18
Also published as: FR2205162A5; US3840166A; BR7307511D0; IT993958B; ES195748U; GB1433627A; DE2347101B2; DE2347101C3; SE397998B; ES195748Y; JPS5063357A; CA989439A

Description

PutentenwSlte Dr. O. Uesenbedt „_/7ini Dipl.-Ing. Stracke 2347101 Dipl.-lng. Loesenbeck

ti Bielefeld, Herford« Sfrifc 17

Midland-Ross Corporation, 55* Public Square, Cleveland,

Ohio 44113, USA

Dichtungsanordnung für drehende Teile

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zwischen relativ zueinander drehbaren Teilen und insbesondere eine Druckdichtungsanordnung zwischen relativ zueinander drehenden Teilen, bei denen eine unter Druck stehende Flüssigkeit von dem einen zum anderen Teil gefördert wird.

Kurvenkompressoren derart, wie sie üblicherweise für die Luftversorgung von Luftbr ems systemen von Nutzfahrzeugen wie Lastwagen, Bussen u» dgl· benutzt werden, werden nicht nur vom lahrzeugmotor angetrieben, sondern erhalten ihre Druckschmierung auch von der gleichen Schmierstoffquelle bzw. Schmierstoffpumpe, die auch für die ordnungsgemässe Schmierung des Fahrzeugmotors sorgt. Bei derartigen Anordnungen wird der Schmierstoff in Durchlässe der drehenden Kurbelwelle des Kompressors eingespeist und von hier zu den Pleuelstangenlagern u. dgl. verteilt. Da die Kurbelwelle in einem Kurbelkasten im wesentlichen bei Atmosphärendruck dreht und da der Schmierstoff unter relativ hohem Druck bis zu etwa 5>6 at angefördert wird, wird es sehr wichtig, zu gewährleisten, daß der Schmierstoff der Kurbelwelle ohne Leckverluste zugeführt wird, da derartige Leckverluste einen Druckverlust bewirken könnten, der eine ordnungsgemässe Schmierung des Kompres-

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sors oder, was noch schlimmer ist, des IFahrzeugmotors selbst, gefährdet.

Bislang vertraut man auf dichtverschlossene Lager oder auf Abdichtungen, die normalerweise in radiale Richtung auf die relativ zueinander drehenden Teile, insbesondere also die Kurbelwelle und den Kurbelkasten, einwirken. Derartige Dichtungen und Dichtungsanordnungen sind jedoch entweder in ihrem Aufbau zu kompliziert und kostspielig und auch störanfällig oder aber sie vermögen Leckverluste und damit einen Druckabfall im Schmierstoff nicht zu verhindern. Darüberhinaus erfordern derartige Dichtungen und Dichtungsanordnungen sowie Lageranordnungen oft ein sehr exaktes axiales Fluchten ζwisehen der Kurbelwelle und dem Kurbelkasten, um eine Ordnungsgemässe Dichtfunktion erfüllen zu können und ein derartiges axiales Fluchten ist oft bei der Herstellung von Kompressoren sehr schwierig zu erreichen,und zwar schon wegen der normalen Herstellungstoleranzen in den Abmessungen der relativ zueinander drehenden Teile, oder' auch, im Betrieb durch die Wärmeausdehnungen oder Kontraktionen der hier zusammenwirkenden Teile des Kompressors.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung für relativ zueinander drehende Teile zu schaffen, die insbesondere auch bei einer vorbestimmten Druckdifferenz eine einwandfreie Abdichtung im Sinne der Verhinderung von Leckverlusten bei denkbar einfachem konstruktiven Aufbau unter Ausgleich der im Betrieb auftretenden Wärmeausdehnungen und unter Ausgleich grosszügiger Herstellungstoleranzen gewährleistet.

Die erfindungsgemässe Losung besteht bei einer Dichtungsanordnung zwischen einem Gehäuse als dem einen Teil und einer darin gelagerten drehbaren Welle mit einem freien Ende, durch das ein Schmierstoffdurchtritt geht, als anderem Teil darin, daß an dem freien Ende der Welle, das offene Durchtrittsende umgebend, ein ringförmiger Ansatz vorgesehen ist und ein Dichtungselement gleitfähig in einem Bohrungsabschnitt des Gehäuses angeordnet ist, das darin teilweise eine den Schmierstoff aufnehmende

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Kammer auf der einen Seite des Dichtungselementes bildet, während das Dichtungselement auf der anderen Seite eine Dichtfläche hat, die in Wirkverbindung mit dem ringförmigen Ansatz steht. Dabei hat das Dichtungselement einen Schmierstoffdurchlass, der axial zu dem B ohrungs ab schnitt und dem· ringförmigen Ansatz liegt und der in leitender Verbindung mit der gebildeten Kammer sowie mit dem axialen Durchlass in der Welle steht, wobei schliesslich der Bohrungsabschnitt im Querschnitt grosser ist als der ringförmige Ansatz, wodurch der unter Druck stehende idcliaierstoff in der Kammer die Dichtfläche in Wirkverbindung mit dem ringförmigen Ansatz-presst.

Es ist somit eine Dichtungsanordnung geschaffen, bei der unter Druck stehender Schmierstoff von einer Schmierstoffquelle in ein ortsfestes Gehäuse zu dem Durchtritt in einer relativ zum Gehäuse drehenden Kurbelwelle leckverlustfrei gefördert werden kann, wobei die Abdichtung aufgrund der Druckdifferenz einerseits zwischen dem Schmierstoff und dem andererseits relativ niedrigen Druck in dem Kurbelkasten erfolgt, da hierdurch das Dichtungselement in dichtende Wirkverbindung mit der rotierenden Kurbelwelle gedrückt wird. Die Dichtungsanordnung hat auch einen denkbar einfachen Aufbau. Das Dichtungselement selbst kann praktisch aus einer duiäibohrten Scheibe bestehen.

Hervorzuheben ist ferner, daß bei dieser Ausgestaltung das Dichtungselement entweder relativ zu dem drehenden Teil oder aber auch relativ zu dem ortsfesten Teil drehen kann, was in der Praxis auch beides geschieht, so daß wechselweise benutzte Verschleissflachen vorhanden sind, die die Gesamtlebensdauer des Dichtungselementes beträchtlich erhöhen. _--*

Hervorzuheben ist, daß in optimaler !Funktionsanpassung der Anpressdruck und damit die Abdichtwirkung umso grosser ist, je grosser der abzufangende Schmierstoffdruck ist. Darüberhinaus kann bei dieser Dichtungsanordnung eine sehr grosszügige Herstellungstoleranz einwandfrei abgefangen werden und auch Wärme-

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ausdehnungen während des Betriebes können in jeder möglichen anfallenden Grosse ausgeglichen werden·*·

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird η achstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines Kompressors mit Schnittdarstellung einer Dichtungsanordnung gemäss der Erfindung,

Figur 2 eine vergrösserte Teilschnittdarstellung der Dichtungsanordnungnach Fig. 1.

Die Dichtungsanordnung wird nachfolgend im Zusammenhang mit einem Kolbenkompressor 10 beschrieben, der einen Kurbelkasten hat, in dem eine Kurbelwelle 14 horizontal liegend drehbar gelagert ist. Die Kurbelwelle 14 wird wie üblich, beispielsweise über KeiMemen, angetrieben. Eine entsprechende Keilriemenscheibe wird auf dem Zapfen 15 der Kurbelwelle 14 befestigt. Als Kraftquelle für den Drehantrieb der Kurbelwelle dient ein Fahrzeugmotor (nicht dargestellt). Die drehende Kurbelwelle 14 überträgt ihre Bewegung auf eine Pleuelstange 16, die in üblicher Weise zur Hin- und Herbewegung eines nicht dargestellten Kolbens vorgesehen ist. Das eine Ende der Kurbelwelle 14 ist drehbar in einem Kugellager 18 gelagert, das in einer Wand 20 des Kurbelkastens 12 sitzt. Das Kugellager 18 wird von einer mit als Gehäuse dienenden Verschlussplatte 22 gehalten, die mit der Wand 20 des Kurbelkastens 12 verschraubt ist und die eine Durchtrittsöffnung 24 hat, in die der flüssige Schmierstoff durch eine Leitung 26 eingeleitet wird, die von einer Schmierstoffquelle 28 kommt. Die Schmierstoffquelle 28 kann eine Schmierstoffpumpe sein, die dem Fahrzeugmotor, der auch den Kompressor 10 treibt, zugeordnet ist. Der flüssige Schmierstoff " wird unter Druck von der Durchtrittsöffnung 24 durch eine Dichtungsanordnung 30 zu einem axialen Durchlass 32 in dem Ende der Kurbelwelle 14 gefördert, wobei der Durchlass 32 mit einem win-

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kelförmig gebohrten Durchtrittskanal 3^ in Verbindung stellt, um den Schmierstoff zu dem Lager 35 zwischen der Pleuelstange 16 und der Kurbelwelle 14 zu fördern. Ein anderer gebohrter Durchtrittskanal 36 verbindet den Schmierstoff, der sich an dem Pleuellager 35 befindet, mit einem weiteren Pleuellager, das nicht dargestellt ist.

Die Dichtungsanordnung 30, durch die der Druck des flüssigen Schmierstoffes zwischen dem relativ ortsfesten Kurbelkasten und der iotierenden Kurbelwelle 14 aufrecherhalten bleibt, ergibt sich insbesondere aus Fig. 2. Die Verschlussplatte 22 ist mit einem verbreiterten axialen Bohrun^sabschnitt 38 versehen, der in leitender Verbindung mit der Durchlassöffnung 24 steht und in den der Schmierstoff unter Druck eingefördert wird. In das offene Ende des Bohrun&.sabschnittes 38 ragt ein ringförmiger Ansatz 40, der einstückig an die eine Stirnfläche 42 der Kurbelwelle 14 angeformt ist. Der ringförmige Ansatz ist im Durchmesser wesentlich kleiner als der Bohrungsabschnitt 38, so daß der Ansatz 40 in radialer Richtung weit abständig von der Wandung des Bohrungsabschnittes 38 liegt.

Die Dichtungsanordnung beinhaltet ein Dichtungselement 46 in Form einer flachen ringförmigen Scheibe, die vorzugsweise aus einem stabilen Kunststoff wie beispielsweise Nylon besteht. Das Dichtungselement 46 ist so in dem Bohrungsabschnitt 38 angeordnet, daß es mit seinem Aussenumfang 48 in gleitfähiger Berührung mit der zylindrischen Wandung des Bohrungsabschnittes 38 steht. Das Dichtungselement 46 bildet auf seiner einen Seite in dem Bohrungsabschnitt 38 eine den flüssigen Schmierstoff aufnehmende Kammer 50, die in leitender Verbindung mit der Durchtrittsöffnung 24 steht. Das Dichtungselement ist mittig mit einer Durchlassöffnung versehen, die kleiner ist als der ringförmige Ansatz 40 und die fluchtend zu der Durchtrittsöffnung sowie dem axialen Durchlass 32 in der Kurbelwelle 14 liegt. 'Das Dichtungselement 46 wird, bezogen auf die zeichnerische Dar-

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Stellung, nach links gedrückt, so daß eine auf der einen Seite des Dichtungselementes befindliche Dichtfläche 54 in Wirkverbindung mit der stirnseitigen Dichtungsfläche 56 des ringförmigen Ansatzes 40 liegt. Das Andrücken geschieht mittels einer gewölbten Federscheibe 58. Die Federscheibe 58 wird zwischen einer Fläche 60 des Dichtungselemente 46, die der Dichtfläche 54 auf der anderen Seite gegenüberliegt und dem Ende des Bohrungsabschnittes 38. Die Federscheibe wirkt eine geringe Kraft aus, lediglich um zu gewährleisten, daß das Dichtungselement schon anfänglich an dem entsprechenden Ende der Kurbelwelle anliegt, wenn der Druck in der Kammer 50 recht niedrig ist, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn die Schmierstoff pumpe 28 mit der Förderung des Schmierstoffes zum Kompressor 10 beginnt.

Im Betriebszustand des Kompressors 10, wenn die Sehmierstoffpumpe 28 den Schmierstoff zu ihm heranfördert, wird der Druck des Schmierstoffes über die Leitung 26 zu der Durchtrittsöffnung 24 und in die Kammer 50 cLes Bohrun gs ab schnitt es 38 übertragen .

Aus der Kammer 50 gelangt der Schmierstoff durch die Durchtrittsöffnung 52 in dem Dichtungselement 46 direkt zu dem axialen Durchlass 32 der Kurbelwelle 14. Der Druck des Schmierstoffes, der oft bis zu 5?6 at betragen kann, wirkt auf das Dichtungselement 46 über eine Wirkzone ein, die gleich ist dem ringförmigen Bereich, wie ihn der Durchmesser des Bohrungsabschnittes 38 definiert, abzüglich des Bereiches, der von der Zone umschrieben ist, die durch den Kontakt der Dichtfläche 56 des ringförmigen Ansatzes 40 mit der Dichtfläche 54 des Dichtelementes 46 gebildet wird. Dieser so definierte Bereich wird von dem Druck in der Kammer 50 beaufschlagt, so daß das Dichtungselement 46, bezogen auf die Zeichnung, nach links gedrückt wird, und zwar entgegen einer relativ geringen Kraft, die nach rechts wirkt. Diese nach rechts gerichtete Kraft entsteht durch den Druck im Kurbelkasten,· der für die Belange der Praxis als etwa

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dem AtmoSphärendruck entsprechend angesehen werden kann. Die Grosse der Kraft_s mit der das Dichtungselement in Berührung mit der Kurbelwelle gedrückt wird, ist direkt proportional dem Druck, der im Schmierstoff herrscht, so daß die Dichtflächen 54 und 56 bei hohen Schmierstoffdrücken fester zusammengedrückt werden als bei niedrigen Schmierstoffdrücken.

Die axialen Abmessungen der Kurbelwelle können während Wärmeausdehnungen und -kontraktionen der relativ zueinander drehenden Teile variieren, so daß die ;Lage der Stirnfläche 42 der Kurbelwelle in ihrem Abstand von der Verschlussplatte 22 variiert. Die Kurbelwelle kann auch infolge der Herstellungstoleranzen in ihren Abmessungen verlieren. In jedem Fall wird aber das Dichtungselement 46 die gleiche Dichtwirkung sowohl zu dem Kurbelkasten wie auch zu der Kurbelwelle ausüben.

Im Betriebszustand des Kompressors 10 und während der Förderung des Schmierstoffes zu ihm kann das Dichtungselement 46 axial in dem Bohrungsabschnitt 38 bewegt werden und es können Relativdrehungen zwischen dem ringförmigen Ansatz 40 und dem Dichtungselement 46 auftreten. Wenn jedoch einmal eine momentane Reibung, beispielsweise infolge eines ubermässigen Druckaufbaus, zwischen den zusammenwirkenden Dichtungsflächen 54 und 56 auftreten sollte, kann das Dichtungselement 46 frei zusammen mit der Kurbelwelle 14 und relativ zu der Wandung des Bohrun^sabschnittes 38 drehen und dabei zu gleicher Zeit eine dichtende Wirkverbindung zwischen dem Aussenumfang 48 und der Wandung des Bohrungsabschnittes 38 aufrecherhalten. Diese Ausgestaltung, die eine Relativdrehung zwischen dem Dichtungselement 46 und der Kurbelwelle 14 oder zwischen dem Dichtungselement 46 und dem Kurbelkasten gewährleistet, bewirkt eine lange Lebensdauer für das Dichtungselement 46.

Aus obigem ergibt sich, daß eine Dichtungsanordnung geschaffen wurde, deren Wirkung aus dem Differenzdruck des Schmierstoffes

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und des Bereiches resultiert, der die relativ zueinander drehenden Teile umgibt, so daß der Schmierstoff ohne einen Druckabfall zur Gewährleistung einer ordnungsgemässen Schmierung der verschiedenen Teile des Kompressors übertragen werden kann. Die Dichtungsanordnung gleicht ohne weiteres axiale Lagevariationen zwischen der rotierenden Kurbelwelle und dem nicht rotierenden Kurbelkasten aus und gewährleistet darüberhinaus eine Eelativdrehung zwischen entweder dem Dichtungselement und der Kurbelwelle oder zwischen dem Dichtungselement und dem Kurbelkasten oder einer Kombination dieser beiden Relativdrehungen.

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Claims

,Patentansprüche

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Γ 1-j Dichtungsanordnung zwischen relativ zueinander drehenden xeilen, von denen das eine ein Gehäuse oder ein Kasten mit einer Durchbohrung ist und das andere eine drehbare Welle mit einem freien Ende ist, wobei durch dieses freie Ende ein axialer Durchlass geführt ist, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem freien Ende der Welle (14) ein das offene Ende des axialen Durchlasses (32) umgebender ringförmiger Ansatz (40) vorgesehen ist und ein. Dichtungselement (46) gleitend in einem Bohrungsabschnitt (38) des Gehäuses (20, 22) angeordnet ist und in diesem Bohrungsabschnitt (38) auf seiner einen Seite eine ein flüssiges Medium aufnehmende Kammer (50) definiert, wobei das Dichtungselement (46) auf der anderen Seite eine Dichtfläche (54) aufweist, die in Wirkverbindung mit dem ringförmigen Ansatz (40) bringbar ist, wobei ferner das Dichtelement eine Durchtrittsöffnung (52) hat, die axial zu dem Bohrungsabschnitt (38) und dem ringförmigen Ansatz (40) liegt und mit der Kammer (50) und dem axialen Durchlass (32) in der Welle (14) in leitender Verbindung steht und wobei schliesslich der Bohrungsabschnitt (38) einen grösseren Querschnitt als der ringförmige Ansatz (40) hat derart, daß das unter Druck stehende flüssige Medium in der Kammer (50) die Dichtfläche (54) in Wirkverbindung mit dem ringförmigen Ansatz (40) drückt.
2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (46) einen Aussenumfang (48) hat, der sowohl für eine axiale Verschiebebewegung wie auch für eine Drehbewegung in Wirkverbindung mit der Bohrungswandung des Bohrungsabschnittes (38) steht.

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JIM: -
3· Dichtungsanordnung nach Ansprmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bohrungsabschnitt (38) eine das Dichtungselement (46) in Wirkverbindung mit dem ringförmigen Ansatz (40) drückende Feder (58) angeordnet ist.
4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (52) in dem Dichtungselement (56) einen kleineren Querschnitt hat als der ringförmige Ansatz (40).
5. Dichtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement als einzelne flache ringförmige Scheibe (46) ausgebildet ist, die mittig eine öffnung hat, die die Durchtrittsöffnung (52) bildet.
6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Welle (14) eine ringförmige Dichtungsfläche (56) bildet und daß der Bohrungsabschnitt (38) einen Querschnitt hat, der grosser ist als der Teil der Dichtungsfläche (54), der in Wirkverbindung mit der ringförmigen Dichtungsfläche (56) steht derart, daß das unter Druck stehende flüssige Medium in der Kammer (50) auf das einzelne Dichtungselement (46) im Sinne seiner Andrückung an die rotierende Welle (14) einwirkt .

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