EP1050680A2 - Wellendichtung für hydraulische Maschine - Google Patents
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- EP1050680A2 EP1050680A2 EP00109429A EP00109429A EP1050680A2 EP 1050680 A2 EP1050680 A2 EP 1050680A2 EP 00109429 A EP00109429 A EP 00109429A EP 00109429 A EP00109429 A EP 00109429A EP 1050680 A2 EP1050680 A2 EP 1050680A2
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- F04B53/04—Draining
Definitions
- the invention relates to a hydraulic machine according to the preamble of claim 1.
- hydraulic machine is a Axial piston machine with a drive shaft, which by means of a Rolling bearing on a housing wall of the housing stored hydraulic machine and by means of a outside of the rolling bearing in an annular joint between the Drive shaft and the housing wall arranged sealing ring is sealed.
- hydraulic machine is also a pump device for an internal Forced flushing of the roller bearing is provided.
- the Pump device has one on the inside of the Roller arranged on the conveyor disc, the annular gap of the rolling bearing axially opposite through holes has, which with respect to the axis of rotation of the shaft in Extend divergent direction towards the rolling bearing.
- acts on the conveyor disc which functions during operation at least partially in the hydraulic operating fluid, e.g. B. Hydraulic oil, like a centrifugal pump, is located that in the diverging through holes located fluid due to the centrifugal force in the direction of promotes the rolling bearing.
- a return channel is provided on the side of the roller bearing, which extends back into the interior of the housing and in which the delivered fluid flows back into the interior can.
- the first Sealing element lubricated by the flushing fluid and cooled, but there is also pressure fluctuations in the interior exposed to the machine housing, the Pressure fluctuations are essentially caused by the rolling bearing propagate undiminished to the first sealing element.
- a pressure difference acts on the first sealing element, which is due to the inside of the first sealing element pending internal pressure and the housing surrounding air pressure results. If this pressure difference is one exceeds a certain permissible value is a Desirably good sealing function of the first sealing element no longer exist.
- the sealing function can be performed by a sudden overuse or persistent Overuse can be affected. The latter are especially with such first sealing elements, the drive shaft of the machine with a sealing lip surrounded with increasing internal pressure against the Shell surface of the drive shaft is pressed. Unless already because of the high pressure in the interior basically impairments of the first sealing element arise, there is a risk of increased frictional wear on the sealing lip.
- the invention has for its object in a hydraulic machine of the type specified at the outset Improve sealing of the drive shaft.
- a second sealing element is arranged, the space in one the rolling bearing receiving interior and one between the first sealing element and the second sealing element arranged space separates, the space with a drainage line is connected, in which a pressure prevails, which is lower than the pressure in the interior.
- the second sealing element thus forms a barrier that in is beneficial in two ways.
- the partition wall forms a barrier against the hydraulic fluid contained in the main room Solid contamination, especially from abrasion resulting particles, thus neither in the adjoining room can still reach the sealing surface on the sealing ring can affect.
- the second sealing element Since the second sealing element withstands the pressure fluctuations of the Interior is still exposed, is with a Leakage at the second sealing element can be expected, however this leakage does not affect the environment of the hydraulic Machine, because it is separated from the space by a Drainage line discharged. Since in the invention Design the first sealing element of the Pressure fluctuations or from increased pressures is exempt or the pressure fluctuations are reduced, a Leakage at the first sealing element avoided, so that the hydraulic machine is of clean function and also on Can be placed in locations where the avoidance of Leakage is required.
- the invention is distinguished Design through a simple and inexpensive manufacturable construction, which is also of small size and therefore with all common machine types can be realized.
- the configuration according to the invention comprises a pressure stage seal with a second sealing element that from the hydraulic fluid on the inside of it with a small amount of fluid is passed. With this amount of fluid it is a leakage amount or one Amount of fluid that bypasses the second sealing element happens.
- the second sealing element Configurations can e.g. B. a radial shaft seal, a mechanical seal or a gap or Act labyrinth seal.
- the the second sealing element passing amount of fluid is expelled through the drainage line drained the space, which on the one hand Lubrication of the first sealing element is guaranteed and on the other hand that which passes through the second sealing element Fluid causes no pressure increase in the space.
- the hydraulic machine 1 preferably has one two-part housing 2 on, with a cup-shaped Housing part that through an end wall 2a and a Circumferential wall 2b is formed, and with a lid 2c, the abuts the end of the peripheral wall 2b facing away from the end wall 2a and thus one at least partially with a hydraulic one Fluid-filled housing interior 3 closes and with the Circumferential wall 2b is screwed detachably.
- a den Housing interior 3 axially with respect to the peripheral wall 2b penetrating drive shaft 5 is in the cover 2c and in the End wall 2a in at least one rolling bearing 6, 7 rotatably supported, the end wall 2a in one Through hole 8 penetrates the present Embodiment through a three-stage stepped bore is formed, in the inner and largest bore step 8a the roller bearing 7 and in its outer and smallest Bore step 8b a sealing element 9 in the form of a sealing ring each appropriate cross-sectional size is arranged.
- pivot bearing 15 around a transverse to the drive shaft 5 extending pivot axis 15a is pivotally mounted, wherein the pistons 13 on one another by means of sliding shoes 17 support them facing inclined sliding surface 18.
- the cylinder block 11 on a control disc 19 At the end of the housing interior 3 facing away from the drive part 14 is the cylinder block 11 on a control disc 19, the is supported on the inside of the lid 2c and each other has radially opposite control kidneys 21 which in known the passage of an inlet and Outlet channel 22, 23 in the lid 2c to the respective associated hydraulic working chambers 24 in the piston bores 12 Taxes.
- an adjustment device 15b which the drive part 14 is adjustable, here pivotable, and can be determined in the respectively set position.
- the first sealing element or sealing ring 9 is preferably around a lip ring with a different from one Base body 9a extending axially or obliquely inwards Sealing lip 9b. To secure the sealing ring 9 against axial migration outwards, it lies on a shoulder surface 25, which limits it on the outside.
- a second sealing element 26 in the form of a locking or Sealing ring arranged on its the sealing ring 9 facing side a space 27 between it and the first sealing ring 9 axially limited.
- the sealing element 26 is arranged in a middle bore step 8c, which after is delimited on the outside by a shoulder surface 28 on which the Sealing element 26 rests.
- an axial lock provided in the present embodiment is formed in that the sealing ring 9 and that Sealing element 26 in the associated bore step 8b, 8c radial tension are pressed.
- the sealing element 26 by a locking ring, e.g. B. made of metal or plastic, which is preferably inside a play of movement to the radially adjacent component, here the drive shaft 5 or one firmly seated on it Drive shaft sleeve 5a.
- the movement game forms a throttle 29 or a throttled bypass 30 in the sense a compression seal 20, the function below is still explained.
- the drainage space 31a can be an area of the associated hydraulic system, in which one differs only slightly from the ambient pressure There is pressure.
- This can e.g. B. the suction line Machine or a feed pump or auxiliary pump 4, the in the present embodiment in the lid 2c is arranged and with an associated pump element the drive shaft 5 sits and is driven by the latter.
- the drainage space 31a can also be a tank 33 for the hydraulic fluid of the machine 1 or one associated hydraulic system.
- the Sealing ring 9 and the sealing element 26 in a special Receiving ring 35 arranged in a matching Ring recess 36 of the end wall 2a is used, which for Outside of the end wall 2a is open.
- a securing element provided that by in the present embodiment a conventional locking ring 37 is formed, which in a Ring inner groove 38 sits in the ring recess wall and with its inside a the receiving ring 35 outside defining shoulder surface 39 forms.
- a Ring recess 41 in the area of the outer edge of the Recording ring 35 is the required space for the Circlip 37 created.
- the receiving ring 35 limits in its installed position with the inside of the outer ring 7a of the rolling bearing 7, which on its inside by a Shoulder surface 2d of the end wall 2a is limited.
- the above-described configuration with the receiving ring 35 allows on the one hand the arrangement of the sealing ring 9 and Sealing element 26 in an attachment, so that the receiving ring 35 and the sealing elements 9, 26 on the one hand are easy to use and interchangeable with the receiving ring 35 form a prefabricated attachment.
- the drive shaft sleeve 5a is in relation to the one that supports it Drive shaft section through an annular seal 42 sealed.
- a sealing ring 43 for. B. a O-ring, very advantageous, the drive shaft section 5b sealingly surrounds and in an inner ring groove 44 in the Drive shaft sleeve 5a sits.
- the drainage line 31 can partly in the housing 2 and inside of the machine 1 or through an external line 34, e.g. B. a pipe or hose can be formed.
- Fig. 1 shows an external line 34 connected to a z. B. radial running drainage channel 44 in the end wall 2a connected.
- the line 34 to the Extend tank 33 as indicated.
- the channel 44 extending from the intermediate space 27 exists from a channel section 44a, which extends to the cylindrical Shell surface of the receiving ring 35 extends in the Area one in the lateral surface of the receiving ring 35 or arranged in the inner wall of the annular recess 36 annular groove 45, of which there is a channel section 44b for line connection extends.
- Ring seals 46 are in themselves known manner each formed by a sealing ring, the in an annular groove in the inner wall of the annular recess 36 or in the lateral surface of the receiving ring (not shown) sits.
- a special channel 47 forming a bypass 30 arranged in the end wall 2a, which the roller bearing 7 or bypasses the bearing bore and the housing interior 3 with connects the space 27.
- This alternative Design can be exclusive or in addition to above-described bypass design on the second Sealing element 26 may be present. Even with the variant a throttle 29 is provided in the channel 47, preferably within a running in the receiving ring 35 Channel section 47a.
- Channel 47 preferably penetrates the radial dividing line between the receiving ring 35 and the end wall 2a, the throttle 29 in the inside channel section 47a emerging from the receiving ring 35 is arranged so that it is made from this side or processed or as a separate component in the form of a Nozzle 29a can be used, e.g. B. by a Screw connection or an adhesive connection.
- the channel 47 is preferably Z-shaped, the Central section 47b of the Z-shape runs radially and through a radial channel extension 47c is accessible from the outside, so that the individual channel sections are radial and axially parallel in each case from an associated outside End wall 2a can be drilled.
- the mouth of the with 47c denoted axially parallel channel section in the Housing interior 3 is because of a special one Breakline course not shown in Fig. 2.
- the Channel extension 47c may include a closure member 48, e.g. B. in Form of a pin that can be screwed into an internal thread 49 or nozzle can be formed, with which the channel 47 optionally is lockable or in terms of its cross-sectional size is adjustable.
- the closure element 48 has on its outer end of a lathe tool engaging member 51 to it to screw in or out.
- the channel extension 47c is preferably by a closure element 48 lockable, e.g. B. by means of a screw plug 52nd
- the second sealing element 26 is preferably also around a sealing ring, in particular Radial shaft seal ring, with one from a base body 26a to the interior 3a extending tubular sealing lip 26b.
- Sealing element 9 To increase the operational safety and service life of the Sealing element 9 are permissible values of the pressure difference on Sealing element 9 required. It is also used to increase the Operational safety and service life of the sealing elements 9 and / or 26 an adequate supply of lubricant required. It ensures lubrication and cooling the sealing lips of the sealing element or elements 9 and / or 26. Zu for this purpose the hydraulic fluid to be sealed by means of the bypass 30, in which a throttle 29 is located, past the sealing element 26 into the intermediate space 27 headed. This can be a leak or a leak act targeted continuous flow rate that the Bypass 30 in the above-described embodiments enables.
- Such a bypass 30 can also be used for exemplary embodiments a channel or a bore in the sealing element 26 itself or be formed in its sealing lip 26.
- the throttle set-up is preferably adjustable Lubricant quantity for the sealing elements 9 and / or 26 regulated.
- the set amount of lubricant is like this chosen that possibly occurring and in the course of Operating time may also have increasing leaks no significant effects on the sealing element 9 or 26 on the operation of the sealing system. That as Leakage or through the associated bypass 30 in the Intermediate space 47 fluid contributes to lubrication and Cooling of the sealing elements 9 and 26.
- the Pressure drop from the housing interior 3 or interior 3a to Interspace 27 or the drainage line 31 is the Lubricant supply to the sealing system ensured.
- the pressure in the Drainage line 31 or in the space 27 via a Injector can be lowered, the z. B. in the field of Suction line of the machine or the auxiliary pump 4, in particular is arranged in the area of the suction connection.
- the Drain opening 53 in the space 27 of the sealing system can be arranged so that the space is almost is completely filled with the hydraulic fluid.
- the compression seal 20 also design as a multi-stage compression seal.
- the entire pressure difference inside the machine becomes Environment degraded in several stages.
- the mode of action of individual stages is analogous to that described above single stage sealing system. That in the immediate vicinity of Surrounding sealing element, here sealing element 9, takes on the actual function of complete, dust-dry waterproofing. Only the one immediately before this Gasket lying gap 27 is beyond that described Drainage line 31 with a region of low pressure Machine 1 or an associated system connected. All further seals each run over one matched bypass 30.
- the multi-stage seal Compression seal self-venting.
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Maschine (1), insbesondere Kolbenmaschine, mit einem Gehäuse (2), in dem eine Triebwelle (5) drehbar gelagert ist, die eine Gehäusewand (2a) in einem Durchführungsloch (8) durchsetzt und durch ein Wälzlager (7) an der Gehäusewand (2a) gelagert sowie durch ein außenseitig vom Wälzlager (7) angeordnetes erstes Dichtelement (9) abgedichtet ist. Zwecks Verbesserung der Abdichtung der Triebwelle (5) ist in dem sich zwischen dem ersten Dichtelement (9) und dem Wälzlager (7) erstreckenden Raum ein zweites Dichtelement (26) angeordnet, das den Raum in einen das Wälzlager (7) aufnehmenden Innenraum (3a) und einen zwischen dem ersten Dichtelement (9) und dem zweiten Dichtelement (26) angeordneten Zwischenraum (27) trennt, wobei der Zwischenraum (27) mit einer Drainageleitung (31) verbunden ist, in der ein Druck herrscht, der niedriger ist als der Druck im Innenraum (3a). <IMAGE>
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Maschine
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hierbei handelt es sich um eine allgemein übliche Bauweise
einer hydraulischen Maschine, die sich in der Praxis
durchgesetzt hat und z. B. in DE 196 13 609 A1 beschrieben
ist. Bei der aus dieser Druckschrift entnehmbaren
hydraulischen Maschine handelt es sich um eine
Axialkolbenmaschine mit einer Triebwelle, die mittels eines
Wälzlagers an einer Gehäusewand des Gehäuses der
hydraulischen Maschine gelagert und mittels eines
außenseitig vom Wälzlager in einer Ringfuge zwischen der
Triebwelle und der Gehäusewand angeordneten Dichtringes
abgedichtet ist. Bei dieser bekannten hydraulischen Maschine
ist außerdem eine Pumpeneinrichtung für eine interne
Zwangsspülung des Wälzlagers vorgesehen. Die
Pumpeneinrichtung weist eine an der Innenseite des
Wälzlagers angeordnete Förderscheibe auf, die dem Ringspalt
des Wälzlagers axial gegenüberliegend Durchgangslöcher
aufweist, die sich bezüglich der Drehachse der Welle in
Richtung auf das Wälzlager divergent erstrecken. Hierdurch
wirkt die Förderscheibe, die im Funktionebetrieb sich
wenigstens teilweise im hydraulischen Betriebs-Fluid, z. B.
Hydrauliköl, befindet, wie ein Fliehkraft-Förderring, der
das in den sich divergent erstreckenden Durchgangslöchern
befindliche Fluid aufgrund der Fliehkraft in Richtung auf
das Wälzlager fördert. Auf der der Förderscheibe abgewandten
Seite des Wälzlagers ist ein Rückführungskanal vorgesehen,
der sich in den Innenraum des Gehäuses zurückerstreckt und
in dem das geförderte Fluid in den Innenraum zurückströmen
kann.
Bei dieser bekannten Axialkolbenmaschine erstreckt sich die
Strömung der Zwangsspülung vom äußeren Ringspalt des
Wälzlagers durch radial nach außen gerichtete Kanäle von
einem Ringraum etwa radial nach außen, wobei das geförderte
Spülfluid den Ringraum quer durchströmt.
Bei dieser bekannten Ausgestaltung wird das erste
Dichtelement zwar durch das Spülfluid geschmiert und
gekühlt, jedoch ist es auch Druckschwankungen im Innenraum
des Maschinengehäuses ausgesetzt, wobei die
Druckschwankungen sich durch das Wälzlager im wesentlichen
ungemindert bis zum ersten Dichtelement fortpflanzen.
Hierdurch wirkt am ersten Dichtelement eine Druckdifferenz,
die sich durch den innenseitig am ersten Dichtelement
jeweils anstehenden Gehäuseinnendruck und den das Gehäuse
umgebenden Luftdruck ergibt. Wenn diese Druckdifferenz einen
bestimmten zulässigen Wert überschreitet, ist eine
wünschenswert gute Dichtfunktion des ersten Dichtelements
nicht mehr gegeben. Dabei kann die Dichtfunktion durch eine
plötzliche Überbeanspruchung oder durch andauernde
Überbeanspruchungen beeinträchtigt werden. Letztere sind
insbesondere bei solchen ersten Dichtelementen beträchtlich,
die die Triebwelle der Maschine mit einer Dichtlippe
umgeben, die mit steigendem Gehäuseinnendruck gegen die
Mantelfläche der Triebwelle gedrückt wird. Sofern nicht
bereits aufgrund des hohen Druckes im Innenraum
grundsätzlich Beeinträchtigungen des ersten Dichtelements
entstehen, dann besteht im Funktionsbetrieb die Gefahr eines
erhöhten Reibungsverschleißes an der Dichtlippe.
Ein anderes Problem, das sowohl in Kombination als auch
unabhängig von dem vorbeschriebenen Problem auftritt, ist
darin zu sehen, daß eine gewisse Leckage am ersten
Dichtelement kaum zu vermeiden ist. Diese Leckage tritt
aufgrund der Relativbewegung zwischen dem ersten
Dichtelement bzw. seiner Dichtlippe und der Triebwelle auf,
wobei es insbesondere bei Druckspitzen und daraus
resultierenden Druckschwankungen bei der Relativbewegung,
die zwischen dem ersten Dichtelement bzw. dessen Dichtlippe
und der Triebwelle stattfindet, zu einer erhöhten Leckage am
ersten Dichtelement bzw. an der Dichtlippe kommt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer
hydraulischen Maschine der eingangs angegebenen Art die
Abdichtung der Triebwelle zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
Bei der erfindungsgemäßen Maschine ist in dem sich zwischen
dem ersten Dichtelement und dem Wälzlager erstreckenden Raum
ein zweites Dichtelement angeordnet, das den Raum in einen
das Wälzlager aufnehmenden Innenraum und einen zwischen dem
ersten Dichtelement und dem zweiten Dichtelement
angeordneten Zwischenraum trennt, wobei der Zwischenraum mit
einer Drainageleitung verbunden ist, in der ein Druck
herrscht, der niedriger ist, als der Druck im Innenraum. Das
zweite Dichtelement bildet somit eine Barriere, die in
zweifacher Hinsicht vorteilhaft ist.
Zum einen bildet sie eine Barriere gegen Druckschwankungen,
insbesondere plötzliche Druckerhöhungen wie Druckspitzen, im
Hauptraum, so daß diese sich nicht in den Nebenraum
fortpflanzen und den Dichtring vermehrt beanspruchen oder
überbeanspruchen können. Dies gilt insbesondere für einen
solchen Dichtring, der eine sich axial einwärts erstreckende
ringförmige Dichtlippe aufweist, die bei einer Druckerhöhung
gegen die Triebwelle gepreßt wird, wobei sich die
Flächenpressung zwischen der Dichtlippe und der Triebwelle
wesentlich vergrößert und zu einem vergrößerten Verschleiß
der Dichtlippe führt.
Zum anderen bildet die Trennwand eine Barriere gegen im
hydraulischen Fluid des Hauptraums enthaltene
Feststoffverunreinigungen, insbesondere aus einem Abrieb
resultierende Partikel, die somit weder in den Nebenraum
gelangen können, noch die Dichtfläche am Dichtring
beeinträchtigen können. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Da das zweite Dichtelement den Druckschwankungen des
Innenraums weiterhin ausgesetzt ist, ist zwar mit einer
Leckage am zweiten Dichtelement zu rechnen, jedoch gelangt
diese Leckage nicht in die Umgebung der hydraulischen
Maschine, denn sie wird aus dem Zwischenraum durch eine
Drainageleitung abgeführt. Da bei der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung das erste Dichtelement von den
Druckschwankungen oder von erhöhten Drücken freigestellt ist
oder die Druckschwankungen vermindert sind, wird eine
Leckage am ersten Dichtelement vermieden, so daß die
hydraulische Maschine von sauberer Funktion ist und auch an
Orten aufgestellt werden kann, an denen die Vermeidung von
Leckagen gefordert ist.
Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße
Ausgestaltung durch eine einfache und kostengünstig
herstellbare Bauweise aus, die auch von kleiner Baugröße ist
und sich deshalb bei allen üblichen Maschinentypen
verwirklichen läßt.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung umfaßt eine Druckstufen-Dichtung
mit einem zweiten Dichtungselement, das von dem
innenseitig an ihm anstehenden hydraulischen Fluid mit einer
kleinen Fluidmenge passiert wird. Bei dieser Fluidmenge kann
es sich um eine Leckagemenge handeln oder um eine solche
Fluidmenge, die einen Bypass des zweiten Dichtungselements
passiert.
Als zweites Dichtungselement eignen sich mehrere
Ausgestaltungen. Es kann sich z. B. um einen Radialwellendichtring,
eine Gleitringdichtung oder eine Spalt- bzw.
Labyrinthdichtung handeln. Die das zweite Dichtelement
passierende Fluidmenge wird durch die Drainageleitung aus
dem Zwischenraum drainiert, wodurch zum einen eine
Schmierung des ersten Dichtungselements gewährleistet ist
und zum anderen das das zweite Dichtelement passierende
Fluid keinen Druckanstieg im Zwischenraum verursacht.
In den Unteransprüchen sind Merkmale enthalten, die die
Abdichtung weiterhin verbessern, die Schmierung des ersten
Dichtungselements verbessern, und auch vorteilhafte Merkmale
zur Drainierung der Zwischen-Leckage am zweiten Dichtelement
und zur Schmiermittel-Zuführung umfassen.
Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie
erzielbare Vorteile anhand von vorteilhaften Ausgestaltungen
und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- eine erfindungsgemäße hydraulische Maschine in Form einer Axialkolbenmaschine im axialen Schnitt;
- Fig. 2
- die in Fig. 1 mit X gekennzeichneter Einzelheit in vergrößerter Darstellung und
- Fig. 3
- einen der Fig. 2 entsprechenden Teilschnitt der Axialkolbenmaschine in abgewandelter Ausgestaltung.
Die hydraulische Maschine 1 weist ein vorzugsweise
zweiteiliges Gehäuse 2 auf, mit einem topfförmigen
Gehäuseteil, daß durch eine Stirnwand 2a und eine
Umfangswand 2b gebildet ist, und mit einem Deckel 2c, der am
der Stirnwand 2a abgewandten Ende der Umfangswand 2b anliegt
und somit einen wenigstens teilweise mit einem hydraulischen
Fluid gefüllten Gehäuseinnenraum 3 verschließt sowie mit der
Umfangswand 2b lösbar verschraubt ist. Eine den
Gehäuseinnenraum 3 bezüglich der Umfangswand 2b axial
durchsetzende Triebwelle 5 ist im Deckel 2c und in der
Stirnwand 2a jeweils in wenigstens einem Wälzlager 6, 7
drehbar gelagert, wobei sie die Stirnwand 2a in einem
Durchführungsloch 8 durchsetzt, das beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel durch eine dreistufige Stufenbohrung
gebildet ist, in deren inneren und größten Bohrungsstufe 8a
das Wälzlager 7 und in deren äußeren und kleinsten
Bohrungsstufe 8b ein Dichtelement 9 in Form eines Dichtrings
jeweils passender Querschnittsgröße angeordnet ist.
Im Gehäuseinnenraum 3 ist auf der Triebwelle 5 ein
Zylinderblock 11 gelagert, der mehrere, auf dem Umfang
verteilt angeordnete, etwa axial verlaufende Kolbenbohrungen
12 aufweist, in denen Kolben 13 längs verschiebbar gelagert
sind, die den Zylinderblock 11 in Richtung auf die Stirnwand
2a überragen und mit diesen freien Kolbenenden an einem
zwischen der Stirnwand 2a und dem Zylinderblock 11
angeordneten Triebteil 14 gelenkig abgestützt sind, das bei
jeweiligen an sich bekannten Bau- und Funktionsweisen der so
gebildeten Axialkolbenmaschine drehbar oder undrehbar
gelagert sein kann. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist
das Triebteil 14 undrehbar gelagert, wobei es sich um eine
Axialkolbenmaschine wahlweise vergrößerbaren und
verkleinerbaren Durchgangsvolumens handelt, bei der das
Triebteil 14 durch eine Schwenkscheibe 14a gebildet, die in
einem z. B. an der Umfangswand 2b und/oder an der Stirnwand
2a angeordneten Schwenklager 15 um eine quer zur Triebwelle
5 verlaufende Schwenkachse 15a schwenkbar gelagert ist,
wobei die Kolben 13 sich mittels Gleitschuhen 17 an einer
ihnen zugewandten schrägen Gleitfläche 18 abstützen.
Am dem Triebteil 14 abgewandten Ende des Gehäuseinnenraums 3
liegt der Zylinderblock 11 an einer Steuerscheibe 19 an, die
an der Innenseite des Deckels 2c abgestützt ist und einander
radial gegenüberliegende Steuernieren 21 aufweist, die in an
sich bekannter Weise den Durchgang eines Einlaß- und
Auslaßkanals 22, 23 im Deckel 2c zu jeweils zugehörigen
hydraulischen Arbeitskammern 24 in den Kolbenbohrungen 12
steuern.
Zum Einstellen eines gewünschten Durchgangsvolumens der
Maschine 1 ist eine Verstellvorrichtung 15b vorgesehen, mit
der das Triebteil 14 verstellbar, hier schwenkbar, ist und
in der jeweils eingestellten Position feststellbar ist.
Bei dem ersten Dichtelement bzw. Dichtring 9 handelt es sich
vorzugsweise um einen Lippenring mit einer sich von einem
Basiskörper 9a axial oder schräg nach innen erstreckenden
Dichtlippe 9b. Zur Sicherung des Dichtrings 9 gegen ein
axiales Wandern nach außen, liegt er an einer Schulterfläche
25 an, die ihn außenseitig begrenzt. In dem sich zwischen
dem Wälzlager 7 und dem Dichtring 9 erstreckenden Raum ist
ein zweites Dichtelement 26 in Form eines Sperr- oder
Dichtrings angeordnet, der auf seiner den Dichtring 9
zugewandten Seite einen Zwischenraum 27 zwischen ihm und dem
ersten Dichtring 9 axial begrenzt. Das Dichtelement 26 ist
in einer mittleren Bohrungsstufe 8c angeordnet, die nach
außen durch eine Schulterfläche 28 begrenzt ist, an der das
Dichtelement 26 anliegt. Zur Sicherung des Dichtrings 9 und
des Dichtelements 26 gegen ein unbeabsichtigtes axiales
Verschieben nach innen ist jeweils eine Axialsicherung
vorgesehen, die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
dadurch gebildet ist, daß der Dichtring 9 und das
Dichtelement 26 in die zugehörige Bohrungsstufe 8b, 8c mit
radialer Spannung eingepreßt sind. Beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 ist das Dichtelement 26 durch einen Sperring,
z. B. aus Metall oder Kunststoff, gebildet, der vorzugsweise
innen ein Bewegungsspiel zum radial benachbarten Bauteil,
hier die Triebwelle 5 bzw. eine fest auf ihr sitzende
Triebwellenhülse 5a, aufweist. Das Bewegungsspiel bildet
eine Drossel 29 bzw. einen gedrosselten Bypass 30 im Sinne
einer Druckstufendichtung 20, deren Funktion weiter unten
noch erklärt wird.
Vom Zwischenraum 27 erstreckt sich eine durch einen Kanal in
der Stirnwand 2a gebildete Drainageleitung 31 zu einem
Drainageraum 31a, in dem ein Druck herrscht, der niedriger
ist als der Druck im innenseitig vom zweiten Dichtelement 26
angeordneten Innenraum 3a, dessen Druck im wesentlichen dem
Druck im Gehäuseinnenraum 3 entspricht. Der Drainageraum 31a
kann ein Bereich der zugehörigen hydraulischen Anlage sein,
in dem ein vom Umgebungsdruck nur geringfügig abweichender
Druck vorhanden ist. Dies können z. B. die Saugleitung der
Maschine oder einer Speisepumpe bzw. Hilfspumpe 4 sein, die
beim vorliegenden Ausführungsbeispiel im Deckel 2c
angeordnet ist und mit einem zugehörigen Pumpenelement auf
der Triebwelle 5 sitzt und durch letztere angetrieben wird.
Bei dem Drainageraum 31a kann es sich auch um einen Tank 33
für das hydraulische Fluid der Maschine 1 bzw. einer
zugehörigen hydraulischen Anlage handeln. Wie Fig. 1
andeutungsweise zeigt, kann der Drainageraum 31a durch den
Saugkanal 4a der Speise- oder Hilfspumpe 4 gebildet sein,
mit dem die Drainageleitung 31 als extern verlaufende
Schlauch- oder Rohrleitung 34 oder als intern verlaufende
Schlauch- oder Rohrleitung 34a gebildet sein. Letztere kann
sich neben der Zylindertrommel 11 längs durch den
Gehäuseinnenraum 3 erstrecken und durch eine
Steckzapfenverbindung mit dem Deckel 2c verbunden sein.
Beide Leitungen 34, 34a können zwecks Injektorwirkung mit
einem entsprechend ausgestalteten Abschnitt 4b des
Saugkanals 4a verbunden sein.
Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen sind der
Dichtring 9 und das Dichtelement 26 in einem besonderen
Aufnahmering 35 angeordnet, der in einer passenden
Ringausnehmung 36 der Stirnwand 2a eingesetzt ist, die zur
Außenseite der Stirnwand 2a offen ist. Zur axialen Sicherung
des außen zylindrischen Aufnahmerings 35 in der passend
zylindrischen Ringausnehmung 36 ist ein Sicherungselement
vorgesehen, das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch
einen üblichen Sicherungsring 37 gebildet ist, der in einer
Ringinnennut 38 in der Ringausnehmungswandung sitzt und mit
seiner Innenseite eine den Aufnahmering 35 außenseitig
begrenzende Schulterfläche 39 bildet. Durch eine
Ringausnehmung 41 im Bereich des Außenrandes des
Aufnahmerings 35 ist der erforderliche Freiraum für den
Sicherungsring 37 geschaffen. Der Aufnahmering 35 begrenzt
in seiner Einbaustellung mit seiner Innenseite den Außenring
7a des Wälzlagers 7, der an seiner Innenseite durch eine
Schulterfläche 2d der Stirnwand 2a begrenzt ist.
Die vorbeschriebene Ausgestaltung mit dem Aufnahmering 35
ermöglicht zum einen die Anordnung des Dichtrings 9 und des
Dichtelements 26 in einem Anbauteil, so daß der Aufnahmering
35 und die Dichtelemente 9, 26 zum einen
handhabungsfreundlich austauschbar sind und zum anderen mit
dem Aufnahmering 35 ein vorfertigbares Anbauteil bilden.
Die Triebwellenhülse 5a ist bezüglich des sie tragenden
Triebwellenabschnitts durch eine Ringdichtung 42
abgedichtet. Hierzu eignet sich ein Dichtring 43, z. B. ein
O-Ring, sehr vorteilhaft, der den Triebwellenabschnitt 5b
dichtend umgibt und in einer Ringinnennut 44 in der
Triebwellenhülse 5a sitzt.
Die Drainageleitung 31 kann teils im Gehäuse 2 und innerhalb
der Maschine 1 verlaufen oder durch eine externe Leitung 34,
z. B. eine Rohr- oder Schlauchleitung, gebildet sein. Fig. 1
zeigt eine externe Leitung 34, die an einem z. B. radial
verlaufenden Drainage-Kanal 44 in der Stirnwand 2a
angeschlossen ist. Alternativ kann sich die Leitung 34 zum
Tank 33 erstrecken, wie es andeutungsweise dargestellt ist.
Der sich vom Zwischenraum 27 erstreckende Kanal 44 besteht
aus einem Kanalabschnitt 44a, der sich zur zylindrischen
Mantelfläche des Aufnahmerings 35 erstreckt und zwar im
Bereich einer in der Mantelfläche des Aufnahmerings 35 oder
in der Innenwand der Ringausnehmung 36 angeordneten Ringnut
45, von der sich ein Kanalabschnitt 44b zum Leitungsanschluß
erstreckt. Der Durchtritt des Kanals 44 durch die
Teilungsfuge zwischen der Ringausnehmung 36 und dem
Aufnahmering 35 ist durch zu beiden Seiten vorhandenen
Ringdichtungen 46 abgedichtet. Diese sind in an sich
bekannter Weise jeweils durch einen Dichtring gebildet, der
in einer Ringnut in der Innenwandung der Ringausnehmung 36
oder in der Mantelfläche des Aufnahmerings (nicht
dargestellt) sitzt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2, bei dem gleiche
oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen
sind, ist ein einen Bypass 30 bildender besonderer Kanal 47
in der Stirnwand 2a angeordnet, der das Wälzlager 7 bzw.
dessen Lagerbohrung umgeht und den Gehäuseinnenraum 3 mit
dem Zwischenraum 27 verbindet. Diese alternative
Ausgestaltung kann ausschließlich oder zusätzlich zu der
vorbeschriebenen Bypass-Ausgestaltung am zweiten
Dichtelement 26 vorhanden sein. Auch bei der Variante ist
eine Drossel 29 im Kanal 47 vorgesehen, vorzugsweise
innerhalb eines im Aufnahmering 35 verlaufenden
Kanalabschnitts 47a. Vorzugsweise durchsetzt der Kanal 47
die radiale Teilungsfuge zwischen dem Aufnahmering 35 und
der Stirnwand 2a, wobei die Drossel 29 in dem innenseitig
aus dem Aufnahmering 35 austretenden Kanalabschnitt 47a
angeordnet ist, so daß sie von dieser Seite aus hergestellt
bzw. bearbeitet oder als separates Bauteil in Form einer
Düse 29a eingesetzt werden können, z. B. durch eine
Schraubverbindung oder eine Klebverbindung. In der Stirnwand
2a verläuft der Kanal 47 vorzugsweise Z-förmig, wobei der
Mittelabschnitt 47b der Z-Form radial verläuft und durch
eine radiale Kanalverlängerung 47c von außen zugänglich ist,
so daß die einzelnen Kanalabschnitte radial und achsparallel
jeweils von einer zugehörigen Außenseite her in die
Stirnwand 2a eingebohrt werden können. Die Mündung des mit
47c bezeichneten achsparallelen Kanalabschnitts in den
Gehäuseinnenraum 3 ist wegen eines besonderen
Bruchkantenverlaufs in Fig. 2 nicht dargestellt. In der
Kanalverlängerung 47c kann ein Verschlußelement 48, z. B. in
Form eines in ein Innengewinde 49 einschraubbaren Zapfens
oder Düse gebildet sein, mit dem der Kanal 47 wahlweise
sperrbar ist oder bezüglich seiner Querschnittsgröße
einstellbar ist. Das Verschlußelement 48 weist an seinem
äußeren Ende ein Drehwerkzeug-Angriffselement 51 auf, um es
ein- oder ausschrauben zu können. Die Kanalverlängerung 47c
ist vorzugsweise durch ein Verschlußelement 48
verschließbar, z. B. mittels eines Schraubstopfens 52.
Bei dem zweiten Dichtelement 26 handelt es sich vorzugsweise
ebenfalls um einen Dichtring, insbesondere
Radialwellendichtring, mit einer sich von einem Basiskörper
26a zum Innenraum 3a erstreckenden rohrförmigen Dichtlippe
26b.
Nachfolgend wird die Funktion der Druckstufendichtung 20
näher erläutert.
Zur Erhöhung der Betriebssicherheit und Lebensdauer des
Dichtelements 9 sind zulässige Werte der Druckdifferenz am
Dichtelement 9 erforderlich. Außerdem ist zur Erhöhung der
Betriebssicherheit und Lebensdauer der Dichtelemente 9
und/oder 26 eine ausreichende Schmierstoffversorgung
erforderlich. Sie gewährleistet die Schmierung und Kühlung
der Dichtlippen des bzw. der Dichtelemente 9 und/oder 26. Zu
diesem Zweck wird das abzudichtende hydraulische Fluid
mittels des Bypasses 30, in dem sich eine Drossel 29
befindet, am Dichtelement 26 vorbei in den Zwischenraum 27
geleitet. Hierbei kann es sich um eine Leckage oder um eine
gezielte kontinuierliche Strömungsmenge handeln, die der
Bypass 30 bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
ermöglicht. Alternativ zu den vorbeschriebenen
Ausführungsbeispielen kann ein solcher Bypass 30 auch durch
einen Kanal oder eine Bohrung im Dichtelement 26 selbst oder
in seiner Dichtlippe 26 gebildet sein. Durch die
vorzugsweise einstellbare Drosselabstimmung wird die
Schmierstoffmenge für die Dichtelemente 9 und/oder 26
reguliert. Dabei ist die eingestellte Schmierstoffmenge so
gewählt, daß eventuell auftretende und im Laufe der
Betriebszeit möglicherweise auch zunehmende Undichtigkeiten
am Dichtelement 9 oder 26 keine signifikanten Auswirkungen
auf die Betriebsweise des Dichtungssystems haben. Das als
Leckage oder durch den zugehörigen Bypass 30 in den
Zwischenraum 47 gelangende Fluid trägt zur Schmierung und
Kühlung der Dichtelemente 9 und 26 bei. Durch den
Druckabfall vom Gehäuseinnenraum 3 bzw. Innenraum 3a zum
Zwischenraum 27 bzw. zur Drainageleitung 31 ist die
Schmiermittelzufuhr zum Dichtungssystem sichergestellt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, bei dem gleiche oder
vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen
sind, ist nur der zuerst beschriebene Bypass am vorzugsweise
inneren Umfang des Dichtelementes 26 vorgesehen, das durch
einen Sperring oder einen Radialwellendichtring gebildet
sein kann. Der Kanalabschnitt 47a entfällt. Dagegen sind die
übrigen Abschnitte des Kanals 47 in der Stirnwand 2a
vorhanden, die in Kombination mit einer sich zur Außenseite
des Wälzlagers 7 erstreckende Ausnehmung 53 eine
Spülvorrichtung 54 für das Wälzlager 7 bilden. Diese
Spülvorrichtung 54 ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1
und 2 ebenfalls vorhanden.
Im Rahmen der Erfindung kann der Druck in der
Drainageleitung 31 bzw. im Zwischenraum 27 über einen
Injektor abgesenkt werden, der z. B. im Bereich der
Saugleitung der Maschine oder der Hilfspumpe 4, insbesondere
im Bereich des Sauganschlusses angeordnet ist. Die
Ablauföffnung 53 im Zwischenraum 27 des Dichtungssystems
kann so angeordnet sein, daß der Zwischenraum nahezu
vollständig mit dem hydraulischen Fluid gefüllt ist.
Von Bedeutung ist auch die selbstentlüftende Wirkung des
Dichtungssystems. Durch die Anordnung des Bypasses 30 und
der Drainageleitung 31 wird dem Zwischenraum 27 ab dem
Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Maschine 1 automatisch und
kontinuierlich Schmierstoff zugeführt. Dies spielt
insbesondere bei senkrechter Einbaulage der Maschine
(Triebwellenende mit Wälzlager 7 nach oben) eine bedeutsame
Rolle, da der gesamte, oberhalb des Leckageanschlusses der
Maschine 1 liegende Raum, in dem sich in der Regel auch ein
Antriebswellenlager 7 befindet, unmittelbar nach der Erst- oder
Wiederinbetriebnahme der Maschine bzw. Anlage
automatisch vollständig entlüftet wird und so die sichere
Schmierstoffversorgung, insbesondere auch für die
Antriebswellenlagerung, jederzeit sichergestellt ist.
Im Rahmen der Erfindung läßt sich die Druckstufendichtung 20
auch als mehrstufige Druckstufendichtung ausbilden. Hierbei
wird die gesamte Druckdifferenz im Inneren der Maschine zur
Umgebung in mehreren Stufen abgebaut. Die Wirkungsweise der
einzelnen Stufen ist dabei analog dem vorbeschriebenen
einstufigen Dichtungssystem. Das in unmittelbarer Nähe zur
Umgebung liegende Dichtungselement, hier Dichtungselement 9,
übernimmt die eigentliche Funktion der vollständigen,
staubtrockenen Abdichtung. Nur der unmittelbar vor dieser
Dichtung liegende Zwischenraum 27 ist über die beschriebene
Drainageleitung 31 mit einem Bereich niedrigen Druckes der
Maschine 1 oder einer zugehörigen Anlage verbunden. Alle
weiteren Dichtungen verlaufen jeweils über einen
abgestimmten Bypass 30. Wie die einstufige
Druckstufendichtung ist auch die mehrstufige
Druckstufendichtung selbstentlüftend.
Claims (14)
- Hydraulische Maschine (1), insbesondere Kolbenmaschine, mit einem Gehäuse (2), in dem eine Triebwelle (5) drehbar gelagert ist, die eine Gehäusewand (2a) in einem Durchführungsloch (8) durchsetzt und durch ein Wälzlager (7) an der Gehäusewand (2a) gelagert sowie durch ein außenseitig vom Wälzlager (7) angeordnetes erstes Dichtelement (9) abgedichtet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem sich zwischen dem ersten Dichtelement (9) und dem Wälzlager (7) erstreckenden Raum ein zweites Dichtelement (26) angeordnet ist, das den Raum in einen das Wälzlager (7) aufnehmenden Innenraum (3a) und einen zwischen dem ersten Dichtelement (9) und dem zweiten Dichtelement (26) angeordneten Zwischenraum (27) trennt, und daß der Zwischenraum (27) mit einer Drainageleitung (31) verbunden ist, in der ein Druck herrscht, der niedriger ist als der Druck im Innenraum (3a). - Hydraulische Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Dichtelement (9) und/oder das zweite Dichtelement (26) jeweils eine sich zum Innenraum (3a) hin erstreckende ringförmige Dichtlippe (9b, 26b) aufweist. - Hydraulische Maschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Dichtelement (26) ein Ringkörper ist, der einen gedrosselten Bypass (30) als Strömungsdurchgang aufweist. - Hydraulische Maschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bypass (30) durch einen Kanal (47) oder durch ein Bewegungsspiel am Außen- oder Innenumfang des Dichtelements (26) gebildet ist. - Hydraulische Maschine nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bypass (30) durch einen das Durchführungsloch (8) wenigstens in seinem das zweite Dichtelement (26) aufnehmenden Längsabschnitt umgehenden Kanal (47) gebildet ist. - Hydraulische Maschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Bypass (30) eine Drossel (29) angeordnet ist. - Hydraulische Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bypass (30) durch einen im zweiten Dichtelement (26) oder in der Gehäusewand (2a) verlaufenden Kanal (47) gebildet ist. - Hydraulische Maschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kanal (47) durch einen aus der Gehäusewand (2a) ausmündenden Kanalabschnitt (47c) von außen zugänglich ist. - Hydraulische Maschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Kanal (47) ein Verschlußelement (48) angeordnet ist, das zwischen einer den Kanal (47) öffnenden und schließenden Stellung verstellbar ist. - Hydraulische Maschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens das erste Dichtelement (9), vorzugsweise auch das zweite Dichtelement (26), in einem Aufnahmering (35) angeordnet sind, der an die Gehäusewand (2a) montierbar ist. - Hydraulische Maschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drossel (29) in einem von außen zugänglichen Kanalabschnitt (47a) im Aufnahmering (35) angeordnet ist. - Hydraulische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drainageleitung (31) mit einer Saugleitung (4a) der Maschine (1) oder einer Hilfspumpe (4) oder mit einem Tank (33) einer der Maschine (1) zugehörigen hydraulischen Anlage verbunden ist. - Hydraulische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drainageleitung (31) bezüglich des Gehäuses (2) intern oder extern verläuft. - Hydraulische Maschine nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drainageleitung (31) ein den Innenraum (3) des Gehäuses (2) zumindest annähernd achsparallel durchsetzendes Leitungsrohr aufweist.
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| EP1050680B1 EP1050680B1 (de) | 2005-10-19 |
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