DE69802722T2

DE69802722T2 - Lagerdichtung mit gleichmässiger Flüssigkeitsspülung

Info

Publication number: DE69802722T2
Application number: DE69802722T
Authority: DE
Inventors: Stephen C. Hoeting
Original assignee: Setco Sales Co
Current assignee: Setco Sales Co
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2018-02-06
Also published as: US5727095A; DE69802722D1; EP0860637A1; CA2229669C; CA2229669A1; US5980115A; EP0860637B1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Lagerdichtung und insbesondere eine Lagerdichtung mit verbesserter Isolationsfähigkeit der Lager und anderer innerer Komponenten einer sich drehenden Welle oder Maschine, wie z. B. einer Werkzeugmaschinenspindel.

Hintergrund der Erfindung

Bei einem typischen maschinellen Bearbeitungsvorgang treibt ein Werkzeugmaschinenmotor eine Spindelwelle in einem Lagergehäuse drehbar an, wobei der Motor betriebsfähig mit einem Ende der Spindelwelle verbunden ist. Das gegenüberliegende Ende der Spindelwelle erstreckt sich von dem Lagergehäuse nach außen und trägt ein Futter oder eine andere Vorrichtung zum Halten eines Werkzeuges, die sich mit der Spindelwelle dreht, um einen Bearbeitungsvorgang an einem Werkstück durchzuführen. Für präzise Bearbeitungsvorgänge mit kritischen Fertigungstoleranzen müssen das Lagergehäuse und die drehbare Spindelwelle zusammenwirken, um den Werkzeughalter um eine gewünschte Achse, z. B. vertikal oder horizontal, über relativ lange Zeitperioden präzise zu drehen. Für einige Anwendungen, beispielsweise in der Automobilindustrie, kann ein "Montage"-Band zum maschinellen Bearbeiten nicht weniger als 300 aufeinanderfolgende Bearbeitungsvorgänge umfassen. Wenn eine Werkzeugmaschine ausfällt, beispielsweise aufgrund einer Bearbeitungsungenauigkeit, die aus Problemen mit den Spindellagern oder der Spindel selbst resultiert, wird es bei enormen Kosten für den Hersteller erforderlich, das gesamte Band abzuschalten.
Bei vielen Werkzeugmaschinen stellt die Dichtung zwischen dem Inneren des stationären Lagergehäuses und der drehbaren Spindelwelle, wo sich das Werkzeug haltende Ende der Spindelwelle aus dem Gehäuse nach außen erstreckt, einen anfälligen Bereich dar. Es ist absolut entscheident, an dieser Verbindung eine wirksame Dichtung aufrechtzuerhalten.
Beispielsweise ist es äußerst entscheident, ein Eindringen von verunreinigenden Materialien zu verhindern, wie z. B. Metallspäne oder -splitter von den bearbeiteten Teilen, Werkzeugmaschinenkühlflüssigkeit, die typischerweise von einer Düse zu der Stelle gesprüht wird, wo das Werkzeug das Werkstück berührt, und ebenso die möglicherweise schädlichen Auswirkungen zu vermeiden, die durch Feuchtigkeits-, Druck- und/oder Temperaturschwankungen hervorgerufen werden. Ein derartiger, durch ein Eindringen verursachter Effekt ist Flüssigkeitskondensation. Es ist üblich, das Kühlmittel bei einer relativ konstanten Rate kontinuierlich zu versprühen, wobei dies zu einem Ablenken und Verspritzen des Kühlmittels auf naheliegenden Flächen führt, einschließlich der Verbindung zwischen der sich drehenden Spindel und dem Lagergehäuse. Ferner erfordern viele Bearbeitungsvorgänge mehrere, zu der Spindel zu richtende Kühlmittelströme, um für ein kontinuierliches Wegspülen von Metallstücken zu sorgen, i. e. ein Kühlmittel-"Splitterspülung". Wenn ein Eindringen von Kühlmittel auftritt, kann das Kühlmittel eine starke Beschädigung verursachen, indem es das Schmierfett für die Spindellager auswäscht, was in erhöhten Lagertemperaturen resultieren kann. Bei einigen extremen Fällen kann dies in einem katastrophalen Lagerfehler resultieren.
Insbesondere über die vergangenen 10 bis 15 Jahre ist es üblich geworden, Lagerdichtungen der Labyrinthbauform (Labyrinthdichtungen für Lager) zu verwenden, um die inneren Teile von den äußeren Teilen einer Spindelwelle einer Werkzeugmaschine zu isolieren. Diese Dichtungen umfassen typischerweise einen Stator (manchmal als Kappe bezeichnet), der, wie mittels Presspassung, in dem Lagergehäuse angebracht ist und radial orientierte Labyrinthnuten umfasst. Die Labyrinthpassage könnte durch den Abstand zwischen den stationären und rotierenden Teilen gebildet werden. Ein Rotor sitzt axial in dem Stator, dreht sich mit der Spindel und wird auf dem rotierenden Bauteil durch statische Antriebsringe und/oder eine feste Passung am Platz gehal ten. Die Labyrinthstruktur ist so ausgeführt, dass sie mehrere Änderungen der Fluidflussrichtung zusammen mit begleitenden Veränderungen des Fluiddruckes erfordert, mit dem Ziel, die Möglichkeit eines Eindringens von Kühlmittel in das Lager zu minimieren. Die Struktur umfasst auch eine Auslassöffnung, die ausgelegt ist, um eine Fluidverunreinigung auszustoßen, die sich ihren Weg in die Dichtstruktur bahnen kann. Das U. S. - Patent Nr. 5,378,000 zeigt eine derartige Labyrinthlagerdichtung.
Obwohl sich Labyrinthlagerdichtungen für einige Anwendungen als geeignet erwiesen haben, zeigen sie bei anderen wichtigen Anwendungen auch Schwächen. Eine Ursache für diese Schwächen steht mit einem Anstieg bei den Erwartungen hinsichtlich der Leistung von Lagerdichtungen für Werkzeugmaschinenspindeln im Zusammenhang. Insbesondere gab es in den letzten 5 bis 10 Jahren eine erhöhte Aufmerksamkeit für die möglichen Risiken einer Überexposition menschlicher Bediener hinsichtlich Werkzeugmaschinenkühlmittel und der durch eine maschinelle Bearbeitung erzeugten Partikel/Splitter. Aus diesem Grund und weil nahezu alle Werkzeugmaschinenkühlmittel vom Umweltgesichtspunkt als gefährliche Stoffe klassifiziert sind, gab es eine Tendenz dahingehend, den Bearbeitungsbereich von Werkzeugmaschinen zu umschließen, üblicherweise mit einem Typ einer bewegbaren oder verschließbaren Abdeckung oder einer Umschließung. Die Abdeckung reduziert die Exposition des menschlichen Bedieners hinsichtlich möglicherweise gefährlicher Materialien, wie z. B. flüssigem Kühlmittel, Werkzeugmaschinenschmieröl oder Metallsplitter, die bei Bearbeitungsvorgängen erzeugt werden.
Leider hat die vermehrte Verwendung derartiger Abdeckungen einige nicht beabsichtigte nachteilige Folgen hervorgerufen. Beispielsweise ist eine bemerkenswerte Auswirkung dieser Werkzeugmaschinenabdeckungen die Tendenz von Werkzeugmaschinenherstellern und/oder -bedienern, der Menge an zum Einsatz notwendigem Kühlmittel weniger Aufmerksamkeit zu widmen, da die Abdeckung den Bediener vor verspritztem oder versprühtem Kühlmittel schützt. Im Allgemeinen resultiert dies in einer erhöhten Kühlmittelverwendung mit einer entsprechenden Erhöhung der Eindringanfälligkeit der Lagerdichtung aufgrund dieses größeren KühlmittelRaums. Dies trifft auch für die Verwendung der Kühlmittelsplitterspülung zu, die die Splitter in Richtung zu der Dichtung treiben kann.
Abhängig von dem speziellen Bearbeitungsvorgang kann die Ausrichtung und/oder Form der Abdeckung auch eine Erhöhung bei der Ansammlung von Metallsplittern in der Nähe der Lagerdichtung verursachen. Auch wenn die relativ großen Metallsplitter zu groß sein können, um sich ihren Weg hinter die Abdichtung zu bahnen, können sie in hinreichender Weise die ordnungsgemäße Wirkung der Dichtung stören, so dass die Struktur bei Verwendung für ein Eindringen von Kühlmittel anfälliger wird.
Auch wenn eine Labyrinthlagerdichtung für eine umfassende Verwendung für eine spezielle Werkzeugmaschine geeignet sein kann, die unter Bedingungen betrieben wird, die vor 10 Jahren vorherrschend waren, kann somit die gleiche Lagerdichtung für die gleiche Werkzeugmaschine unter heute vorherrschenden Betriebsbedingungen nicht mehr hinreichend funktionieren. Sie kann dem erhöhten KühlmittelRaum, verbunden mit der erhöhten Ansammlung von Metallsplittern, einfach nicht standhalten.
Die Labyrinthdichtung hat weitere Nachteile. Aufgrund der relativ komplexen Labyrinthstruktur und den engen Toleranzen sind die Bearbeitungskosten für Labyrinthdichtungen relativ hoch. Da die Labyrinthstruktur offen bleibt, gibt es dort ferner immer eine Möglichkeit eines Eindringens von Kühlmittel in das Labyrinth und schließlich in die Lager. Die meisten Labyrinthdichtungen umfassen wenigstens eine Ausgabeöffnung, um zu ermöglichen, dass Schmutzstoffe abfließen. Leider stellt die Ausgabeöffnung eine weitere Eintrittsmöglichkeit für Metallsplitter dar.
Für Spindeln wurden andere Lagerdichtungen verwendet, wie z. B. "Gummidichtungen, die typischerweise eine Gummilippe umfassen. Ein Vorteil einer Gummidichtung ist der formschlüssige Kontakt in Umfangsrichtung entlang der Dichtverbindung. Aufgrund einer übermäßigen Erwärmung durch Reibung, die die Spindelleistung nachteilig beeinflusst, weisen Gummidichtungen jedoch Drehzahlbegrenzungen auf.
Einige Dichtkonfigurationen wurden so adaptiert, dass sie die Merkmale der Labyrinthdichtung und der Gummidichtung umfassen, wobei der Labyrinthteil näher an der Verbindung als die Gummidichtung angeordnet ist. Im Bemühen, ein Eindringen von Kühlmittel oder anderen möglichen Schmutzstoffen zu verhindern, wird bei einigen dieser Konfigurationen beim Betrieb ein Reinigungsfluid von dem Lagergehäuse zwischen dem Labyrinthdichtteil und dem Gummidichtteil eingebracht. Während das Reinigungsfluid die Effektivität des Labyrinthdichtteiles verbessern kann, bleibt die Labyrinthdichtverbindung weiterhin offen, wenn das Reinigungsfluid abgeschaltet wird; so dass der Labyrinthteil der Dichtung weiterhin für ein Eindringen von Flüssigkeit anfällig ist. Dieses Problem liegt auch bei einer Labyrinth/Minimaze-Dichtung vor. Außerdem löst die Verwendung von Reinigungsfluid in Kombination mit einer Labyrinth/Gummi- Dichtstruktur noch immer nicht das Erwärmungsproblem der Gummidichtung, so dass dort weiterhin Drehzahlbegrenzungen vorliegen.
US-4,225,144 offenbart eine Vorrichtung, um ein Eindringen von Staub von der Außenseite nach innen in einen ringförmigen Spalt zwischen einem Schneidarm einer Schneidmaschine und einem drehbaren, auf dem Arm getragenen Schneidekopf zu verhindern. Eine Dichtung ist in dem genannten Spalt und einer Zufuhrleitung für unter Druck stehendes Fett angeordnet, die in der Schneidarmöffriung in dem genannten Spalt an der Innenseite der genannten Dichtung angeordnet ist. Beim Betrieb des Schneidkopfes fließt Fett nach außen durch den genannten Spalt und verhindert einen Eintritt von Staub in den genannten Spalt. Das unter Druck stehende Fett wird in der Richtung der Rotationsachse des Schneidkopfes zugeführt. Auch wenn eine recht gute Vorbeugung erreicht wird, ist der Fettfluss nach Außen durch den Spalt in Umfangsrichtung unregelmäßig. Somit wird eine Isolierung der Dichtung gegen eine Verunreinigung durch Staub nicht gewährleistet, insbesondere wenn höhere Drehgeschwindigkeiten erreicht und andere Fluids als Fett verwendet werden sollen.
Eine andere, in dem U.S. -Patent Nr. 4,565,378 offenbarte Lagerdichtung verwendet ein Labyrinth in Kombination mit einer drehbaren Kontaktdichtung, wobei komprimiertes Gas zwischen den sich berührenden Flächen eingeführt wird, um die Dichtung anzuheben und ein Gaskissen zwischen den Flächen zu bilden. Bei einem Betrieb mit niedriger Drehzahl verlässt man sich auf die Kontaktdichtung, um ein Eindringen zu verhindern. Bei einem Betrieb mit hoher Drehzahl verlässt man sich auf das Gaskissen. Der Erfolg dieser Dichtung hängt von den Zentrifugalkräften ab, die verursachen, dass sich die Dichtung vom Kontakt mit der gegenüberliegenden kontaktierenden Fläche wegbewegt, wobei das komprimierte Gas herausströmt, das das Gaskissen bildet. Es scheint jedoch keine Struktur zu geben, um eine Gleichmäßigkeit bei einer Dichtbewegung oder eine Gleichmäßigkeit beim Abfluss vorn Fluid entlang des Umfangs zu gewährleisten oder aufrecht zu erhalten.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, die Tauglichkeit und Zuverlässigkeit der Dichtung für eine Lagerdichtung einer Werkzeugmaschine, wie z. B. einer Spindellagerdichtung, unter statischen und dynamischen Zuständen zu verbessern.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Eindringen von Schmutzstoffen durch eine Lagerdichtung, insbesondere bei ungünstigen Zuständen, wie z. B. einer sehr umfangreichen Verwendung von Werkzeugmaschinenkühlmittel oder einer sehr starken Ansammlung von Metallsplittern, aktiv zu verhindern.
Es ist ferner eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Eindringen von Schmutzstoffen bei einer Lagerdichtung zu verhindern, aber in einer Weise, die nicht gegenläufig andere mögliche Spindelbetriebsprobleme einführt.
Weiterhin ist es eine andere Aufgabe dieser Erfindung, die Gesamtstruktur einer zuverlässigen Lagerdichtung zu vereinfachen, um ein Wiedereinsetzen von versagten Dichtungen auf diesem Gebiet zu erleichtern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung erreicht die oben genannten Ziele mittels einer Lager-Gehäuse/Dicht-Struktur mit einem tangentialen Fluiddurchlass, der in dem Ende des Gehäuses ausgebildet ist, um in tangentialer Richtung Reinigungsfluid in den ringförmigen Raum einzubringen, der eine drehbare Welle umgibt, um in Umfangsrichtung einen Fluss des Reinigungsfluids und einen radial gleichmäßigen Druckgradienten für das Reinigungsfluid um die Welle zu erzeugen. Bei ausreichendem Druckaufbau gewährleistet dieser radial gleichmäßige Druckgradient um die Welle ein peripher gleichmäßiges Ausströmen des Reinigungsfluids durch die Dichtung.
Die Struktur umfasst eine Dichtung mit einer flexiblen Lippe, die eine gegenüberliegende Fläche eines Flansches der drehbaren Welle kontaktiert, an einem axialen Ende eines hohlen ringförmigen Raums, der sich zwischen dem Gehäuse und der Welle befindet. Die Lippe kontaktiert die Welle für einen radialen Abstand, der größer als die radiale Abmessung des Übrigen des ringförmigen Raums ist, wo der Fluiddruckaufbau am größten ist. Der Aufbau von Reinigungsfluiddruck in dem ringförmigen Raum verursacht schließlich, dass sich die elastische Lippe der Dichtung von der Flanschfläche wegbiegt. Dies öffnet den ringförmigen Raum zur Atmosphäre, was zu einem nach außen gerichteten Fluss von Reinigungsfluid in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Weise um den gesamten Umfang des Schaftes führt, aufgrund des gleichmäßigen Druckgradienten, der durch ein Einführen des Reinigungsfluids in tangentialer Richtung durch den tangentialen Durchlass hervorgerufen wird.
Diese Erfindung verbessert die Tauglichkeit und Zuverlässigkeit der Dichtung von Lagerdichtungen, wie z. B. Spindellagerdichtungen, indem aktiv und gleichmäßig ein Eindringen von Schmutzstoffen entlang des gesamten Umfangs der Spindel unter statischen und dynamischen Zuständen verhindert wird. Der gleichmäßige nach außen gerichtete Fluss von Reinigungsfluid verhindert in positiver Weise ein Eindringen von Schmutzstoffen auch unter ungünstigen Bedingungen, wie z. B. einem starken und kontinuierlichen Kühlmittelfluss oder einem starken Aufbau von Metallsplittern.
Zusätzlich verhindert diese Erfindung in positiver Weise ein Eindringen von Schmutzstoffen in einer Weise, die einen normalen Drehvorgang einer Welle, wie z. B. einer Präzisionsspindel, nicht ungünstig beeinflusst, in erster Linie weil die Dichtstruktur einen in Umfangsrichtung gleichmäßigen Druckgradienten für das Reinigungsfluid unterstützt. Aufgrund der relativ einfachen strukturellen Konfiguration der Dichtkomponenten stellt diese Erfindung auch eine relativ kostengünstige Lagerdichtung dar, die an Spindeln und für andere Anwendungen und zum Wiedereinsetzen dieser Dichtungstypen in dem Gebiet auf einfache Weise angepasst werden kann.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Lagerdichtung eine ringförmige Lagerkappe, eine Dichtung mit einer elastischen Lippe und einen Spindelflansch. Die Lagerkappe ist ausgelegt, um an einem Lagergehäuse gesichert zu werden, wo die Spindelwelle das Gehäuse verlässt. Die Dichtung sitzt in einer Aufnahme, die in einer äußeren Fläche der Kappe eingearbeitet ist, und die elastische Lippe erstreckt sich von dort nach außen in einer Richtung von dem Lagergehäuse weg. Der Spindelflansch ist von der Kappe beabstandet, wird aber von der Lippe angegriffen. Die Kappe und das Lagergehäuse weisen maschinell hergestellte Bohrungen auf, die gemeinsam einen externen Durchlass in Fluidverbindung mit dem ringförmigen Raum definieren, der die Spindelwelle umgibt. Der externe Durchlass endet an seinem innersten Ende mit einem Abschnitt, der im Wesentlichen tangential zu dem ringförmigen Raum orientiert ist. Der die Spindelwelle umgebende, ringförmige Raum weist drei getrennte Abschnitte unterschiedlicher Radien auf, die sich alle in Fluidverbindung befinden, wie durch die radial innen liegende Konfiguration der Lagerkappe definiert. Die radiale Abmessung ist aber für jeden Abschnitt kleiner als die radiale Abmessung des Umfangsbereiches, wo die Dichtlippe an dem Spindelflansch angreift. Der tangentiale Abschnitt des Durchlasses führt das Reinigungsfluid dem Abschnitt des ringförmigen Raums zu, der sich axial am weitesten entfernt von dem Flansch befindet.
Bei anfänglichen Bedingungen ist die Lippe aufgrund ihres Eingriffs seitens des Spindelflansches leicht komprimiert. Dies resultiert in einer formschlüssigen Abdichtung des inneren ringförmigen Raums entlang des gesamten Umfangs der Spindel. Wenn über eine Fluiddruckquelle, die betriebsfähig mit dem externen Durchlass verbunden ist, unter Druck stehendes Reinigungsfluid in den ringförmigen Raum gefördert wird, entweder bei einem Rotationsvorgang der Spindel oder auch während Zeiten ohne Ration, verursacht der tangentiale Abschnitt des Durchlasses, dass das Reinigungsfluid in Umfangsrichtung um den ringförmige Raum fließt, der die Spindelwelle umgibt. Es gibt dort auch eine spiralförmige Bewegung des Reinigungsfluids, da das Reinigungsfluid an einem axialen Ende des ringförmigen Raums zugeführt wird, das der Lippe gegenüber liegt. Das tangentiale Einführen von Reinigungsfluid über diese Struktur ruft in Umfangsrichtung einen gleichmäßigen Reinigungsfluiddruck innerhalb des ringförmigen Raums hervor.
Wenn sich der Reinigungsfluiddruck in dem ringförmigen Raum aufbaut, wobei dieser Druck bei dem äußeren Gebiet am größten ist, wo die Dichtlippe die Innenfläche des Spindelflansches berührt, biegt sich die Lippe schließlich von der Flanschfläche der Spindel weg. Dies öffnet den ringförmigen Raum zur Atmosphäre, aber mit einem einhergehenden nach außen gerichteten Fluss von Reinigungsfluid, um ein Eindringen von Schmutzstoffen aktiv zu verhindern. Wesentlich ist, dass, aufgrund des in Umfangsrichtung gleichmäßigen Fluiddrucks in dem ringförmigen Raum, dieser nach außen gerichtete Fluss von Reinigungsfluid gleichmäßig entlang des Umfangs der Spindel auftritt. Bei einer Drehung der Wendel führt eine Kombination eines Fluiddruckaufbaues und einer Zentrifugalkraft zu einem Wegbiegen der Lippe.
Unter dynamischen Bedingungen, bei ausreichendem Druck, verhindert das gleichmäßige Ausströmen von Reinigungsfluid aktiv ein Eindringen von Schmutzstoffen. Unter einigen statischen Bedingungen verhindert die Dichtung selbst aktiv ein Eindringen von Schmutzstoffen über einen Flächenkontakt zwischen der Lippe und dem Flansch. Ferner ist es bei einigen anderen statischen Bedingungen vorteilhaft, das Reinigungsfluid weiterhin zu verwenden, um ein Eindringen zu verhindern, aufgrund eines kontinuierlichen Flusss von Kühlmittel und zum Wegspülen von Splittern.
Die strukturelle Gestaltung der Kappe, der Dichtung und des Spindelflansches einschließlich des externen Durchganges und die Flussparameter, 1. e. die Flussrate, Druck, Temperatur, Feuchtigkeitsniveau, Partikelniveau oder Volumen, etc. können in Abhängigkeit von den speziellen Betriebsumständen variiert werden. Beispielsweise sieht die Erfindung vor, die Dichtung an dem Flansch, i. e. dem Rotor, anstelle der Kappe, i. e. dem Stator, anzubringen, um den gleichen Dichteffekt bei statischen und dynamischen Zuständen hervorzurufen. Insbesondere zum Wiedereinsetzen oder auch für eine ursprüngliche Ausrüstung sieht die Erfindung auch vor, den Stator/Dichtung/Rotor als einzeln verfügbare Komponente herzustellen. Der Stator könnte strukturell so ausgelegt sein, dass er in das Ende eines Lagergehäuses passt, wobei sich vorzugsweise der externe Durchgang vollständig durch den Stator erstreckt. Der Rotor könnte dann so bemessen sein, dass er entlang des äußeren Umfanges der Welle ortsfest gesichert ist, i. e. mittels einer Gewindeverbindung oder einem Presssitz, wo die Welle das Gehäuse verlässt. Alternativ körnte die Kappe selbst vielmehr ein baueinheitlich integriertes Teil des Lagergehäuses als eine einzelne Komponente darstellen. In anderen Worten, die Kappe bezieht sich auf das Ende des Lagergehäuses, unabhängig davon, ob sie eine abnehmbare Komponente darstellt oder nicht.
Außerdem sieht die Erfindung verschiedene Typen von Reinigungsfluids vor, entweder eine Flüssigkeit (mit unterschiedlichen Viskositäten) oder ein Gas. Ferner sieht die Erfindung andere Anwendungen für diese Lagerdichtung vor, da die Prinzipien eines in Umfangsrichtung gleichmäßigen Reinigungsfluiddrucks und eines peripher gleichförmigen nach außen gerichteten Reinigungsfluidflüsses bei einer großen Anzahl von Vorrichtungen angewendet werden können, die eine drehbare, durch Lager gehaltene Welle verwenden und einen Lagerschutz gegen einen Austritt von Lagerschmiermittel, typischerweise Fett oder kleine Ölreservoirs, und ein Eindringen von Schmutzstoffen erfordern.
Falls gewünscht, könnten eine oder mehrere zusätzliche Durchgänge verwendet werden, wobei Reinigungsfluid durch diese tangential eingebracht wird. Das Reinigungsfluid könnte in der Richtung der Wellendrehung oder entgegengesetzt dazu oder auch in beiden Richtungen fließen.
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden angesichts der folgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen einfacher verstanden, die eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschreiben und veranschaulichen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenlängsansicht, teilweise im Querschnitt, die eine Spindel, ein Spindelgehäuse und eine Spindellagerdichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch darstellt.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittlängsansicht des in Fig. 1 mit Klammern versehenen Bereiches.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht in Querrichtung entlang der Linien 3-3 von Fig. 2.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Querschnittlängsansicht, vergleichbar zu Fig. 2, die eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 5 ist eine andere vergrößerte Querschnittlängsansicht, vergleichbar zu Fig. 2 und 4, die eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 stellt eine im Ganzen durch das Referenzzeichen 10 bezeichnete Werkzeugmaschine schematisch dar, die auf einer Auflagefläche 11 aufliegt und von einer Abdeckung 12 zum Aufnehmen des Bearbeitungsbereiches teilweise umschlossen ist. Die Werkzeugmaschine 10 umfasst eine Spindelwelle 14, die in einem Spindelgehäuse 16 untergebracht und mittels beabstandeter Lager 18 relativ dazu drehbar ist. Ein erstes Ende 20 der Spindelwelle 14 ist betriebsfähig mit einem drehbaren Antriebsmechanismus verbunden. In Fig. 1 ist das erste Ende 20 mit einem Band 22 betriebsfähig verbunden, das wiederum mit einem Motor (nicht gezeigt) verbunden werden kann, um die Spindelwelle 14 um eine Achse 23 drehbar anzutreiben. Auch wenn Fig. 1 die Spindelwelle 14 als durch ein Band 22 angetrieben darstellt, ist es auch verständlich, dass die Erfindung dadurch nicht eingeschränkt wird. Beispielsweise kann die Spindelwelle 14 durch einen baueinheitlich integrierten Motor oder durch Zahnräder drehbar angetrieben sein, die wiederum mit einem Zahnradmotor oder einer anderen Ausführung eines Mechanismus zum drehbaren Antrieb betriebsfähig verbunden sind, die in dem Gehäuse 16 angeordnet sein könnten.
Ein gegenüberliegendes zweites Ende 24 der Spindelwelle 14 umfasst ein Futter 26 oder eine andere Vorrichtung zum Halten eines Werkzeuges, die wiederum ein Werkzeug 28 zum Bearbeiten des Werkstückes 30 hält. Fig. 1 stellt ein röhrenförmiges Werkstück 30 und ein Werkzeug 28 dar, das zur Versorgung des röhrenförmigen Werkstückes 30 geformt ist. Es ist jedoch verständlich, dass die Erfindung verschiedene andere Typen von Bearbeitungswerkzeugen 28 oder Vorrichtungen 26 zum Halten von Werkzeugen vorsieht, die an dem Bearbeitungsende 24 einer Spindelwelle 14 angeordnet sind.
Die Werkzeugmaschine 10 umfasst einen Kühlmittelschlauch 32, der benachbart zu dem Bearbeitungsbereich angeordnet ist, um einen Fluss eines Kühlmittelstromes 34 zu der Stelle zu richten, wo das Werkzeug 28 das Werkstück 30 kontaktiert, um Reibung und Erwärmung beim Bearbeiten des Werkstückes 30 zu reduzieren. Beim Bearbeiten ist es üblich, dass Metallsplitter 35 in alle Richtungen von dem Werkstück 30 wegfliegen. Dies kann zu einer Ansammlung der Splitter 35 in der Nähe von horizontalen Flächen führen, wie z. B. der Oberfläche des Spindelgehäuses 16, wie in Fig. 1 dargestellt.
Das zweite Ende 24 der Spindelwelle 14 umfasst einen Flansch 36, der von einer ringförmigen Lagerkappe 38 axial beabstandet ist, die mittels Bolzen 40 an dem Spindelgehäuse 16 fest gesichert ist. In diesem Zusammenhang betrifft der Ausdruck "ringförmig" die radial innere Form, notwendigerweise nicht das Äußere. Ein ringförmiger, flacher in der Form eines Ringes gestalteter Raum 42 sitzt zwischen einer Innenfläche 50 des drehbaren Flansches 36 und der ortsfesten Lagerkappe 38. Eine Dichtung 44 sitzt in einer komplementär geformten Aufnahme 45 in der Lagerkappe 38, und die Dichtung 44 umfasst eine flexible Lippe 46, die den Raum 42 überspannt und einen Bereich 58 der nach innen gerichteten Fläche 50 des Flansches 36 kontaktiert. Die Abmessungen der radial innen liegenden Fläche der Lagerkappe 38 definieren einen ringförmigen Raum 48 zwischen der Spindelwelle 14 und der Lagerkappe 38 oder insbesondere dem Teil der Spindelwelle 14, der innerhalb des Gehäuses 16 liegt. Ein externer Durchgang 70 erstreckt sich von dem ringförmigen Raum zu der Außenfläche des Lagergehäuses 16.
Beim Überprüfen der Erfindung verwendete der Anmelder eine Lagerkappe 38 aus 4142-Hardstock-Stahl (Stahl mit mehr als 0,3% Kohlenstoff), auch wenn angenommen wird, dass jeder einer Anzahl anderer Typen von Stahl oder anderen Materialien geeignet wäre. Der verwendete Spindelflansch 36 bestand aus 4142- Hardstock-Stahl, obwohl, wie bei der Kappe 38, angenommen wird, dass jeder einer Anzahl anderer Stähle oder anderer Materialien geeignet wäre.
An dem ersten Ende 20 der Spindelwelle 14 können vergleichbare Komponenten verwendet werden, um die Spindelwelle T4 in dem Spindelgehäuse 16 zu umschließen. Daher werden gleiche Nummern verwendet, um vergleichbare Komponenten zu identifizieren, auch wenn der Suffix "a" diesen hinzugefügt wurde, um anzugeben, dass die Form und/oder Abmessung dieser vergleichbaren Komponenten variiert werden kann, um leicht unterschiedliche strukturelle Abmessungen an dem ersten Ende 20 der Spindelwelle 14 unterzubringen. Das Zusammenwirken dieser vergleichbaren Komponenten entspricht den Komponenten an dem zweiten Ende 24, und daher wird keine separate Erläuterung dieser Komponenten geliefert.
Fig. 2 stellt den Flansch 36, die Lagerkappe 38 und die Dichtung 44 detaillierter dar. Es ist verständlich, dass sich die in Fig. 2 gezeigten Dichtungsmerkmale, i. e. in erster Linie der Flansch 36 und die Lippe 46, in Umfangsrichtung entlang der Spindelwelle 14 erstrecken. Insbesondere stellt Fig. 2 die Dichtung 44 in einer statischen Position dar, wobei sich die Lippe 46 in Kontakt mit der Innenfläche 50 des Flansches 36 befindet, während eines Zustandes eines zum Bewirken einer Auslenkung unzureichenden inneren Fluiddruckes. In Durchsicht stellt Fig. 2 ebenfalls mittels des Bezugszeichens 54 eine ausgelenkte Position der Lippe 46 dar, um dessen Fähigkeit anzugeben, sich aus einem Kontakt mit der Innenfläche 50 des Flansches 36 zu biegen. Dies tritt unter ausreichendem Reinigungsfluiddruck in dem ringförmigen Raum 48 oder während einer Drehung der Welle 14 unter ausreichendem Druckaufbau in Kombination mit einer Zentrifugalkraft auf. Ferner fängt der offene Raum hinter der Lippe 46 Splitter und verhindert ein unerwünschtes Eindringen.
Verschiedene Bauformen von Dichtungen 44 können für diese Erfindung geeignet sein, solange die Dichtung 44 eine flexible Lippe 46 umfasst, die sich von der Berührungsstelle mit dem Flansch 36 nach außen wegbiegen kann: Bis heute hat der Anmelder beim erfolgreichen Testen der Erfindung einen von C. R. Seals gelieferten V-Dichtring verwendet, insbesondere C. R.- Warennummer 401104, von dem der Anmelder annimmt, dass er aus einem Material hergestellt ist, das unter dem Namen Viton® von DuPont kommerziell verfügbar ist. Nach bestem Wissen des Anmelders wurden diese V-Dichtringe zuvor nicht an dem stationären Teil oder Stator einer Lagerdichtung angebracht. Vielmehr ist die Struktur zur Befestigung an dem Rotor ausgelegt, da die durch Drehung der Dichtung 44 (anders als die Lippe 46) verursachte Zentrifugalkraft das ist, was den wegbiegenden Effekt für die Lippe 46 hervorruft. Es ist wichtig, dass sich der Kontaktbereich 58 und die Lippe 46 an einer Position radial außerhalb des ringförmigen Raumes 48 berühren. Somit berührt die Lippe 46 den Flansch 36 bei einem radialen Maß, das vorzugsweise größer als jedes andere radiale Maß des ringförmigen Raumes 48 ist.
Aufgrund der Form der Dichtung 44 wird ein Kühlmittel- oder Sclhmutzstofffluss unmittelbar in den Raum 42 die Lippe 46 kontaktieren, wodurch die Lippe 46 in Kontakt mit dem Bereich 58 gebracht wird. Dies hat die Auswirkung, dass die Dichtung 44 steifer gemacht wird, um die lokalisierte Effektivität der Dichtung 44 zu verbessern und ein Verhindern eines Eindringens von Schmutzstoffen in den Raum 48 zu unterstützen. Wenn die Dichtung 44 und die Lippe 46 aus einem relativ steifen Material hergestellt sind, wird dort bei höherem Druck in den Raum 48 ein geringerer nach außen gerichteter Fluss, ein in Umfangsrichtung geringerer Fluidfluss vorliegen. Wenn das Material der Lippe 46 flexibler ist, werden der Druck in dem Raum 48 etwas geringer und der nach außen gerichtete Fluss von Reinigungsfluid und der Fluss in Umfangsrichtung größer sein.
An einem axialen Ende ist der Hohlraum 48 von einer Umfangsrippe 49 umschlossen, die mit der Welle 14 ein relativ eng bemessenes Spiel, i. e. etwa 0,0508 mm (0,002"), aufweist, um einen übermäßigen Luftfluss zwischen dem Raum 48 und dem Lager 18 zu Verhindern.
Vorzugsweise weist der ringförmige Raum 42 sein kleinstes axiales Maß benachbart zu dem Außenumfang des Flansches 36 auf. Die Außendurchmesser der Kappe 38 und des Flansches 36 sind gleich, um eine Ablenkung von Splittern in den Raum 42 zu minimieren. Sie können auch nach außen gebogen ausgebildet sein, um das Auftreten eines Eindringens von Splittern weiter zu minimieren. Die Innenfläche 50 des Flansches 36 umfasst gleich peripher außerhalb eines Kontaktbereiches 58 der Innenfläche 50 eine Fase 56. Mit einem dünneren Außenabschnitt des flachen ringförmigen Raumes 42 wird der Raum für ein mögliches Eindringen von Schmutzstoffen minimiert, wobei die Fase 56 eine Ablenkfläche für nach außen ausgestoßene Schmutzstoffe bereitstellt und ferner für einen zusätzlichen Raum zwischen dem Flansch 36 und der Kappe 38 sorgt, um ein Wegbiegen der Lippe 46 der Dichtung 44 zuzulassen.
Vorzugsweise wird dieser Umfangskontaktbereich 58 des Flansches 36 vor einem Zusammenbau mit einer keramischen Oberflächenbehandlung versehen. Als vorbereitende Maßnahme wird dieser Bereich 58 mit einem selbstklebenden Pudern, wie z. B. Metco 447NS®, thermisch besprüht, das eine Mischung aus Aluminium, Nickel und Molybdän ist. Danach wird der Bereich 58 mit einem keramischen haftenden Pudern, wie z. B. Metco-Keramikpuder Nr. 102 , oder einem anderen Material thermisch besprüht, von dem angenommen wird, dass es ein Äquivalentes ist, wie z. B. PAC 702e, ein Titandioxidpuder. Diese Sprühmittel sind kommerziell verfügbar. Vorzugsweise wird bei beiden Sprühmaßnahmen das Puder mit Wärme versprüht, wie z. B. mit einer Wärmesprühpistole, wobei außer dem Bereich 58 der Rest der Innenfläche 50 des Flansches 36 maskiert wird, um dadurch diese Oberflächenbehandlung auf den Bereich 58 zu begrenzen. Danach wird der Bereich 58 mit einem Feinschliff versehen. Diese Behandlung sorgt für eine keramische Beschichtung in Umfangsrichtung mit einer Dicke von etwa 0,254 - 0,3048 mm (0,010 - 0,012") für den Bereich 58 des Flansches 36. Diese keramische Beschichtung reduziert die Abnutzung zwischen der Innenfläche 50 und der Lippe 46, die im Laufe der Zeit aufgrund eines Betriebes der Spindelwelle 14 ohne einen zum Auslenken der Lippe 46 ausreichenden Reinigungsfluiddruck auftreten würde. Behandlungen dieser Art werden typischerweise in der Industrie verwendet, um die Oberflächenabnutzung zu minimieren, wenn Gummidichtungen verwendet werden. Vorzugsweise werden alle anderen Flächen mit einer Ausrüstung (Oberflächenbehandlung) versehen.
Wie zuvor angemerkt, sieht die Erfindung vor, die Dichtvorrichtung 44 viel mehr an dem Rotor, 1. e. dem Flansch 36, als an dem Stator, i. e. der Kappe 38, anzubringen. Diese Variation würde es jedoch wahrscheinlich erforderlich machen, dass etwas anderes als der V-Ring als Dichtung 44 verwendet wird, da eine Drehung des V-Ringes ein Wegbiegen der Lippe 46 verursacht.
Fig. 2 zeigt auch, dass der ringförmig gestaltete Innenraum 48, der zwischen der Spindelwelle 14 und der Lagerkappe 38 liegt, tatsächlich drei unterschiedliche Bereiche aufweist, einen ersten Bereich 62, einen zweiten Bereich 64 und einen dritten Bereich 66. Wiederum weist jeder dieser Bereiche 62, 64, 66 ein radiales Maß auf, das kleiner als das radiale Maß ist, wo die Lippe 46 den Flansch 36 berührt. Der erste Bereich 62 des Raumes 48 weist das größte radiale Maß auf. Die optimale Wirksamkeit des Reinigungsfluids sollte bestimmt werden, indem die Parameter dieser Bereiche variiert werden. Wenn der Bereich 62 oder ein anderer Teil des Raumes 48 ein zu großes radiales Maß aufweist, können dort ein übermäßiger Druck in Umfangsrichtung und eine eingeschränkte Gesamtflussrate des Reinigungsfluids vorliegen. Andererseits kann ein zu kleines radiales Maß verhindern, dass ein gleichmäßiger Druckgradient in dem ringförmigen Raum 48 erreicht wird.
Das Lagergehäuse 16, das die Kappe 38 tatsächlich umfasst, weist einen im Ganzen durch das Bezugszeichen 70 bezeichneten, äußeren Durchgang auf, der sich von dem Innenraum 48 zu der Außenseite des Gehäuses 16 erstreckt. Insbesondere umfasst der externe Durchgang 70 an seinem innersten Abschnitt eine tangential ausgerichtete Bohrung 74 (tangential zu dem ersten Bereich 62, am besten in Fig. 3 dargestellt) und eine axial ausgerichtete Bohrung 76 auf, die in der Lagerkappe 38 ausgebildet ist. Die axial ausgerichtete Bohrung 76 ist mit einer axial ausgerichteten Bohrung 78 in dem Lagergehäuse 16 ausgerichtet, und ein O-Ring 82 wird an der Schnittstelle zwischen dem Lagergehäuse 16 und der Lagerkappe 38 komprimiert, um die ausgerichteten Axialbohrungen 76 und 78 zu umgeben. Die Axialbohrung 78 in dem Spindelgehäuse 16 steht wiederum in Verbindung mit einer radial orientierten Bohrung 86 in dem Spindelgehäuse 16. Ein Stopfen 84 (Fig. 3) verdeckelt das Ende der Bohrung 74. Eine Quelle für unter Druck stehendes Fluid (nicht dargestellt) steht in Verbindung mit dem externen Durchgang 70 an einem äußeren Ende desselben außerhalb des Spindelgehäuses 16, um dem ringförmigen Raum 48 ein unter Druck stehendes Reinigungsfluid zuzuführen.
Fig. 4 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfin-, dung, die eine etwas einfachere Konstruktion aufweist. Komponenten, die mit Denen der ersten Ausführungsform vergleichbar sind, weisen die gleichen letzten zwei Ziffern auf, werden aber mit dreistelligen Zahlen in den 100en bezeichnet. Bei dieser Auführungsform umfasst die Dichtung 144 einen steifen inneren Rücken 147, wie z. B. Stahl oder Aluminium, der mit einem Kunststoff oder einem Material des Viton®-Typs ummantelt ist, der dann in einem relativ einfachen, in die Kappe 138 eingearbeiteten Absatz 145 eingepresst wird.
Als weitere Variation zeigt Fig. 5 eine dritte bevorzugte Ausführungsform (mit Bezugszeichen in den 200en), bei der die Dichtung 244 vollständig aus Metall besteht, wie z. B. Stahl oder Bronze. Diese Konstruktion kann erforderlich sein, wenn die Umgebung keine nichtmetallische Dichtung zulässt.
Wenn sich die Spindelwelle 14 nicht in Verwendung befindet, i. e. sich nicht dreht, befindet sich die Lippe 46 in Kontakt mit dem Flansch 36, um entlang des gesamten Umfanges für eine formschlüssige Dichtung zwischen dem Spindelflansch 36 und der Lagerkappe 38 zu sorgen. Vorzugsweise ist die Spindelwelle 14 so angebracht, dass der Spindelflansch 36 die Lippe 46 der Dichtung 44 bei der statischen Position leicht zusammendrückt, um für diese formschlüssige Dichtung entlang des Umfanges der Spindelwelle 14 zu sorgen. Es ist wichtig, eine formschlüssige Dichtung aufrechtzuerhalten, wenn die Spindelwelle 14 nicht betrieben wird, da der Kühlmittelfluss 34 während intermittierender Bearbeitungsvorgänge kontinuierlich fließen kann und/oder Metallsplitter 34 unbeabsichtigt in den Raum 42 zwischen dem Flansch 36 und der Kappe 38 fallen oder bewegt werden können.
Wenn durch den externen Durchgang 70 unter Druck stehendes Reinigungsfluid in den ringförmigen Raum 48 zugeführt wird, verursacht dieser Fluss bei Drehung der Spindelwelle 14 und auch zu Zeitpunkten ohne Drehung einen rotatorischen oder in Umfangsrichtung verlaufenden Fluss des unter Druck stehenden Reinigungsfluids, vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise in der Richtung der Drehung der Spindelwelle 14. Ferner liegt dort eine spiralförmige Komponente dieses Flusses vor, da der Durchgang 70 das Reinigungsfluid an dem ersten Bereich 62 an einem Ende des ringförmigen Raumes zuführt und sich das Reinigungsfluid auch axial zu dem Flansch 36 bewegt. Wenn das unter Druck stehende Reinigungsfluid in den ringförmigen Raum 48 eingebracht wird, erhöht sich der Reinigungsfluiddruck in dem ringförmigen Raum 48 aufgrund der kontinuierlichen Drehung des Fluids darinnen, und der Fluiddruck wird an dem äußersten radialen Maß am größten, i. e. wo die Lippe den Keramikbereich 58 des Flansches 36 berührt. Da das unter Druck stehende Reinigungsfluid dem Raum 48 tangential zugeführt wird, fließt das Reinigungsfluid in Umfangsrichtung in den ringförmigen Raum 48, und es ergibt sich ein im Wesentlichen gleichförmiger Fluiddruck entlang des gesamten Umfanges des ringförmigen Raumes 48. Folglich erzeugt bei dieser Struktur das tangentiale Einbringen unter Druck stehenden Reinigungsfluids und der Fluss desselben in Umfangsrichtung gleichmäßige Druckgradienten entlang des Außenumfanges der Spindelwelle 14, wodurch Bereiche niedrigen Drucks oder leere Räume wesentlich reduziert oder sogar beseitigt werden, die ein unerwünschtes Eindringen von Schmutzstoffen fördern könnten.
Der gleichmäßige Reinigungsfluiddruck ist an dem Umfang am größten, wo die Lippe 46 den Bereich 58 kontaktiert, so dass das bei einer wirksamen Flussrate und Druck dem externen Durchgang 70 zugeführte Reinigungsfluid schließlich bewirkt, dass sich die Lippe 46 von dem Bereich 58 des Flansches 36 wegbiegt. Dies öffnet in Umfangsrichtung den ringförmigen Raum 48 zur Atmosphäre, was zu einem gleichmäßigen Fluss an Reinigungsfluids entlang der gesamten Peripherie oder Umfang der Spindelwelle 14 führt.
Beim Testen der Erfindung verwendete der Anmelder auf 5 um (5 Mikron) gefilterte Luft mit einem Taupunkt von 233,15ºK (-40ºF) als Reinigungsfluid mit einer Flussrate von 0,002831684 m³/s bis 0,003775597 m³/s (6-8 scfm) und einem Druck von 0,1034 MPa (15 psig). Nichtsdestotrotz sind diese Parameter, in Abhängigkeit von den speziellen Abmessungen des ringförmigen Raumes 42, des Typs der Dichtung 44 und der Lippe 46 und der inneren Abmessungen des ringförmigen Raums 48, Variationen unterworfen. Ferner gibt es Fälle, wo das Reinigungsfluid eine Flüssigkeit sein kann, wie z. B. ein Schmieröl. Beim Testen bei Drehzahlen von bis zu 3000 rpm (Drehungen pro Minute) beeinflussten die Reinigungsfluidflüsse in beiden Richtungen die Drehungen der Welle 14 nicht ungünstig.
Falls gewünscht, könnte die Zufuhr von Reinigungsfluid zu dem externen Durchgang 70 mit dem Betrieb des Motors (nicht dargestellt) koordiniert werden, der die Spindelwelle 14 drehbar antreibt, um ein automatisches Einschalten und Abschalten der Zufuhr unter Druck stehenden Reinigungsfluids über den Durchgang 70 zu bewirken, auch wenn es viele Fälle gibt, wo es wünschenswert ist, den Fluss von Reinigungsfluid aufrechtzuerhalten, wenn beispielsweise Kühlmittelsplitterspülung kontinuierlich durchgeführt wird. Die Flussrate und/oder der Druck des Reinigungsfluids könnten mit der Drehzahl der Spindelwelle 14 korreliert werden. Zusätzlich könnte das Reinigungsfluid, wie gewünscht, als Teil einer Bemühung, Temperaturerhöhungen oder erniedrigungen der sich drehenden Spindelwelle 14 auszugleichen oder diesen entgegenzuwirken, erwärmt oder gekühlt werden.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, ist es verständlich, dass die bevorzugte Ausführungsform lediglich ein Beispiel einer speziellen Anwendung dieser Erfindung darstellt. Insbesondere in Ergänzung zu einer vorteilhaften Verwendung als Lagerdichtung für eine Spindel könnte die Erfindung auch in vorteilhafter Weise mit einer anderen Vorrichtung verwendet werden, die eine Isolationsdichtung erfordert, um eine drehbare Welle von Lagern oder anderen Komponenten zu isolieren, die in einem umgebenden Gehäuse angeordnet sind, wie z. B. ein Elektromotor, eine Pumpe, eine Dampfturbine, ein Ventilator, ein Gebläse, ein Getriebe, etc.
Außerdem wurde nur eine spezielle Struktur zum tangentialen Zuführen von Reinigungsfluid dargestellt und beschrieben, wobei diese spezielle Struktur ein Bedürfnis wiederspiegelt, die Bearbeitungsvorgänge zu vereinfachen, die erforderlich sind, um den externen Durchgang 70 zum Zuführen von Reinigungsfluid zu einer Spindelwelle 14 dieses Typs zu erzeugen. Es ist verständlich, dass eine große Anzahl anderer struktureller Konfigurationen verwendet werden könnte, um tangential gerichtetes Reinigungsfluid dem ringförmigen Raum, der die Spindelwelle 14 umgibt, mit einem oder mehreren zusätzlichen externen Durchgängen 70 zuzuführen, die entlang des Spindelgehäuses 16 radial beabstandet und/oder an unterschiedlichen axialen Positionen in der Nähe des Endes des Spindelgehäuses 16 angeordnet sind. Bei einer Variation könnte Reinigungsfluid von zwei tangentialen Abschnitten zugeführt werden, um sowohl in der Richtung der Wellendrehung als auch entgegengesetzt dazu einen Reinigungsfluidfluss zu erzeugen.
Ferner sieht die Erfindung vor, versagte Dichtungen wieder einzusetzen. Um diese Aufgabe zu erreichen, oder auch als Originalausrüstung, kann es am besten sein, den Flansch 36/die Dichtung 44/die Kappe 38 als einzelne (Rotor 36/Dichtung 44/Stator 38) Komponente bereitzustellen, wobei der Stator 38 durch maschinelle Bearbeitung in eine Form gebracht wird, um sich dem Lagergehäuse 16 mit dem sich vollständig durch den Stator 38 erstreckenden, externen Durchgang 70 anzupassen. Der externe "Durchgang 70 würde mit einem ringförmigen Raum 48 gewünschter Konfiguration in Verbindung stehen. Der Rotor 36 könnte auf die Welle 14 gepresst (mit oder ohne einem dazwischenliegenden O- Ring) oder mit dieser schraubbar verbunden werden. Abgesehen von dem ergänzten Rotor 36 kann die Welle auf diese Weise einen gleichmäßigen Außendurchmesser aufweisen. Ferner können sogar, falls gewünscht, der Flansch 36 und die Kappe 38 einen gleichmäßigen Außendurchmesser aufweisen.
Ferner könnte eine zusätzliche Labyrinthstufe zwischen der Lippe 46 der Dichtung 44 und der Außenfläche des Flansches 36 hinzugefügt werden.
Obwohl eine einzelne, derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, ist es somit auf einfache Weise für einen Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich, dass Variationen dieser Ausführungsform und bei dieser Anwendung durchgeführt werden können, ohne sich dabei von den Prinzipien der Erfindung zu entfernen, deren Umfang durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Lagerdichtung zum Verhindern des Eindringens von Schmutzstoffen zwischen eine drehbare Welle (14) und ein Lagergehäuse (16), welches die Welle (14) zur Drehung um eine Achse (23) abstützt, mit:

- einem äußersten ringförmigen Abschnitt, der an einem ersten Ende des Lagergehäuses (16) angeordnet ist, an welchem die Welle (14) daraus austritt, wobei der äußerste ringförmige Abschnitt eine äußere Oberfläche und eine radial innere Oberfläche umfaßt, die von der Welle (14) beabstandet ist, wobei sich dazwischen ein ringförmiger Raum (48) befindet, und

- wobei der äußerste ringförmige Abschnitt einen durch diesen hindurch ausgebildeten Durchlaß (70) aufweist, der sich von dem ringförmigen Raum (48) zur äußeren Oberfläche erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerer Abschnitt (74, 76) des Durchlasses im wesentlichen tangential zu dem ringförmigen Raum (48) ausgerichtet ist, wodurch bei der Zufuhr von unter Druck stehendem Reinigungsfluid durch den Durchlaß (70) in den ringförmigen Raum (48) in dem ringförmigen Raum (48) ein über den Umfang gleichmäßiger Fluiddruck erzeugt wird.

2. Lagerdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- außerhalb des Gehäuses (16) ein Rotor (36) angeordnet ist und bezüglich desselben drehbar ist,

- der ringförmige Raum (48) von inneren Lagern (18) des Lagergehäuses (16) im wesentlichen isoliert ist und sich zu einem flachen, längs des Umfangs verlaufenden ringförmigen Raum (42)

hin öffnet, der sich zwischen dem Rotor (36) und dem äußersten .ringförmigen Abschnitt befindet,

- sich eine über den Umfang erstreckende Dichtung (44) zwischen dem äußersten Abschnitt und dem Rotor (36) befindet.

3. Lagerdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Dichtung (44) radial außerhalb des ringförmigen Raums (48) angeordnet ist.

4. Lagerdichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Dichtung (44) eine Lippe (46) umfaßt, die sich gewöhnlich in Kontakt mit dem Rotor (36) befindet, um den ringförmigen Raum (48) abzutrennen, und

- die Lippe (46) gewöhnlich das Gehäuse (16) oder den Rotor (36) längs eines Umkreises (58) berührt, der radial außerhalb des ringförmigen Raums (48) angeordnet ist.

5. Lagerdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Lippe (46) nachgiebig ist, so daß sich die Lippe (46) unter einem ausreichendem Reinigungsfluiddruck in dem ringförmigen Raum (48) von der Berührungsstelle mit dem Rotor (36) wegbiegt,

- wodurch beim Einleiten eines unter Druck befindlichen Reinigungsfluids in den ringförmigen Raum (48) der ringförmige Raum (48) zur Atmosphäre hin geöffnet wird und derart ein nach außen gerichteter Strom von Reinigungsfluid aus dem ringförmigen Volumen (48) bewirkt ist, daß dieser längs des Umfangs der Dichtung (44) im wesentlichen gleichmäßig ist.

6. , Lagerdichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder S. dadurch gekennzeichnet, daß

- die Dichtung (44) bezüglich der drehbaren Welle (14) unbeweglich ist.

7. Lagerdichtung nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß

- der äußerste ringförmige Abschnitt eine in einer äußeren Oberfläche desselben ausgebildete Vertiefung (45) umfaßt, die axial von dem Lagergehäuse (16) weg und dem Rotor (36) gegenüberliegend verläuft,

- die Dichtung (44) in der Vertiefung (45) in dem äußersten ringförmigen Abschnitt gehalten ist.

8. Lagerdichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Rotor (36) einen längs des Umfangs verlaufenden Bereich (58) aus Keramik umfaßt, um einen Verschleiß im Bereich zwischen der Lippe (46) und dem Rotor (36) zu verhindern, und/oder der innere Abschnitt (74, 76) des Durchlasses (70) an einem ersten axialen Ende (62) des ringförmigen Raums (48) mit diesem in Verbindung steht und die Dichtung (44) den ringförmigen Raum (48) an einem zweiten axialen Ende (66) des ringförmigen Raums (48), das dem ersten gegenüberliegt, abschließt.

9. Lagerdichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß

- der äußerste Abschnitt eine Lagerkappe (38) aufweist, die an dem Lagergehäuse (16) abnehmbar befestigt ist und/oder

- der Rotor (36) mit der Welle (14) einstückig ist.

10. Lagerdichtung nach Anspruch 7, β oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Welle (14) eine Spindel aufweist und der Rotor (36) einen Spindelflansch (36) aufweist.

11. Lagerdichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (70) einen ersten Teil (74, 76) um faßt, der sich durch die Lagerkappe (38) erstreckt und in Fluidverbindung mit einem zweiten Teil (78, 86) steht, der sich durch das Lagergehäuse (16) erstreckt und zur äußeren Oberfläche des Lagergehäuses hin öffnet.

12. Lagerdichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (70) einen ersten Teil (74, 76) umfaßt, der den in der Lagerkappe (38) ausgebildeten tangentialen Abschnitt (74) umfaßt.

13. Verfahren zum Aufrechterhalten einer Abdichtung (44) zwischen einer drehbaren Welle (14) und einem Gehäuse (16), wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

- Bereitstellen eines Gehäuses (16), das eine Welle (14) zur Drehung um eine Achse (23) abstützt, wobei das Gehäuse (16) einen ringförmigen Raum (48) abgrenzt, der längs des Umfangs einen Teil der innerhalb des Gehäuses (16) befindlichen Welle (14) umgibt, wobei die Welle (14) einen Rotor (36) umfaßt, der außerhalb des Gehäuses (16) angeordnet ist, und der ringförmige Raum (48) an einem ersten axialen Ende (66) durch den Rotor (36) begrenzt wird,

- Drehen der Welle (14) bezüglich des Gehäuses (16), und Zuführen eines unter Druck stehenden Reinigungsfluids in den ringförmigen Raum (48), dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt umfaßt:

- Führen des unter Druck befindlichen Reinigungsfluids während der Zufuhr im wesentlichen tangential in einer ausgerichteten Weise in den ringförmigen Raum (48), wodurch ein Reinigungsfluidstrom längs des Umfangs erzeugt wird und in dem ringförmigen Raum ein längs des Umfangs im wesentlichen gleichmäßiger Reinigungsfluiddruck erzeugt wird, um an dem ersten axialen Ende (66) ein um den Umkreis der Welle (14) im wesentlichen gleichmäßiges Ausströmen des Reinigungsfluids aus dem ringförmigen Raum (48) zu bewirken.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsfluid Luft ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt umfaßt:

- Zuführen des Reinigungsfluids an einem zweiten axialen Ende (62) des ringförmigen Raums (48), das dem ersten axialen Ende (66) gegenüberliegt, wodurch das Reinigungsfluid durch den ringförmigen Raum (48) geführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, 14, oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt umfaßt:

- Führen des Reinigungsfluids längs des Umfangs in der Drehrichtung der Welle (14) um den ringförmigen Raum (48).

17. Verfahren nach Anspruch 13, 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt umfaßt:

- Zuführen des Reinigungsfluids während Stillstandes der Welle (14) in den ringförmigen Raum (48).

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte umfaßt:

- Bereitstellen einer Dichtung (44) zwischen dem Gehäuse (16) und dem Rotor (36), wobei die Dichtung (44) mit dem Gehäuse (16) und dem Rotor (36) in Eingriff steht, wobei die Dichtung (44) eine elastische Lippe (46) umfaßt, die gewöhnlich das Gehäuse (16) oder den Rotor (36) berührt,

- Zuführen eines ausreichenden Reinigungsfluiddrucks in den ringförmigen Raum (48), wodurch die Dichtung von der Berührungsstelle weggebogen wird, um den ringförmigen Raum (48) zu öffnen und das Ausströmen von Reinigungsfluid zu bewirken.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte umfaßt:

- Bereitstellen einer Dichtung (44) zwischen dem Gehäuse (16) und dem Rotor (36), wobei die Dichtung (44) mit dem Gehäuse (16) und dem Rotor (36) in Eingriff steht, die Dichtung (44) eine elastische Lippe (46) umfaßt, die gewöhnlich das Gehäuse (16) oder den Rotor (36) berührt, und

- Abstützen der Dichtung (44) in einer in dem Gehäuse (16) ausgebildeten Vertiefung (45) und Unbeweglichhalten der Dichtung bezüglich des drehenden Rotors (36).

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt des Versehens des Gehäuses (16) mit der Kappe (38) und des Versehens der Welle (14) mit dem Rotor (36) vor dem Zufuhrschritt umfaßt.