WO2012140066A1 - Dichtungsringsegment, dichtungsring, dichtung, lager und verfahren zum abdichten eines lagerspaltes - Google Patents

Dichtungsringsegment, dichtungsring, dichtung, lager und verfahren zum abdichten eines lagerspaltes Download PDF

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WO2012140066A1
WO2012140066A1 PCT/EP2012/056556 EP2012056556W WO2012140066A1 WO 2012140066 A1 WO2012140066 A1 WO 2012140066A1 EP 2012056556 W EP2012056556 W EP 2012056556W WO 2012140066 A1 WO2012140066 A1 WO 2012140066A1
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electrode
electrodes
bearing
sealing
sealing ring
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PCT/EP2012/056556
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Thomas Friedrich
Wolfgang Husslein
Jochen Lorenscheit
Werner SCHLEYER
Ingo Schulz
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/14—Details of magnetic or electrostatic separation the gas being moved electro-kinetically

Definitions

  • the present invention is in the field of sealing technology, particularly in the field of sealing bearing gaps from a bearing environment.
  • Coarse contact seals can be distinguished from non-contact seals.
  • seals are used to protect the bearing before the entry of solids such as dust and / or liquids such as water. The seals act between an intended stationary and a moving part of the bearing.
  • Document DE102007048557B3 discloses an arrangement for sealing an access to a space to be sealed.
  • the arrangement comprises in a first region of the access at least one, connectable to a pole of a high voltage source charging electrode and in a second region of the access opposite the first region, a counter electrode.
  • the electrodes are arranged coordinated with one another in such a way that an influencing zone which forms between the electrodes acts on influenzable particles which penetrate from the outside in the direction of the space to be sealed in such a way that they are accelerated in the direction away from the space to be sealed.
  • Document DE 102007029549 A1 describes a device for removing particles from a flowing gaseous medium containing the particles.
  • the device comprises a channel for guiding the medium.
  • a corona charging electrode which can be connected to one pole of a high-voltage DC source is arranged, and a counterelectrode is arranged in a second region of the channel boundary opposite the first region.
  • the invention is achieved by a sealing ring segment, a sealing ring, a seal, a bearing and a method for sealing a bearing gap according to the independent claims.
  • Embodiments may be based on the insight that e.g. By using a DC plasma, a barrier can be established that counteracts penetration of dirt particles. Embodiments can also be based on the knowledge that a plurality of such barriers can be generated by a clever arrangement of electrodes, which increases the exclusion effect for the dirt particles. The efficiency of the high-voltage plasma can be increased by several plasma paths in embodiments.
  • Embodiments may therefore provide a seal ring segment having an electrode configured to form a high voltage plasma with a first counter electrode attached to an opposing seal ring segment in a first space between the electrodes and to connect a second counter electrode attached to the opposing seal ring segment in a second one Space between the electrodes to form a high-voltage plasma.
  • Embodiments may include the associated counterpart, namely, a seal ring segment having a first electrode and a second electrode spaced from the first electrode and forming a gap with the first electrode, the first and second electrodes being formed to terminate at one opposite sealing ring segment mounted counter electrode to form a high voltage plasma.
  • the above-mentioned electrodes may be formed, for example, circular segment-shaped.
  • the above-mentioned sealing ring segments may be formed as an outer ring segment or as an inner ring segment of a labyrinth seal. At least one of the electrodes may extend in the axial or in the radial direction. At least one of the electrodes may have a tapering cross-section on a side facing the high-voltage plasma.
  • At least one electrode may have on the side facing the high-voltage plasma a surface portion which comprises more than one quarter of the total surface area of the electrode.
  • the electrodes can be made flat on one side of the high-voltage plasma and pointed on an opposite side.
  • at least one of the electrodes may be formed to respectively form a high voltage plasma with a plurality of counter electrodes arranged in different directions to the electrode in a plurality of spaces between the electrode and the plurality of counter electrodes.
  • Embodiments may also include a sealing ring that is formed from a plurality of sealing ring segments according to the above description in multiple pieces or in one piece.
  • the sealing ring may be composed of a plurality of sealing ring segments, which may be the same or different.
  • the sealing ring may also be made in one piece and similar in shape to a composition of the above-described sealing ring segments.
  • the abovementioned electrodes can then be circular in shape between annular.
  • embodiments may include a gasket having a first gasket as described above and a second gasket as described above, wherein the first gasket comprises the electrode having a tapered cross section on a side facing the high voltage plasma, and wherein the second sealing ring has at least two electrodes, each at the side, which are assigned to the high-voltage plasma. has a surface portion which comprises more than a quarter of the total surface area of the electrodes, wherein the electrode of the first sealing ring is arranged between the two electrodes of the second sealing ring and wherein the two sealing rings do not touch.
  • the seal may be adapted for sealing a bearing.
  • Embodiments therefore also include a bearing with the seal for sealing the bearing, wherein the first seal ring is sealingly coupled to a bearing outer ring and the second seal ring is sealingly coupled to the bearing inner ring or a shaft which is frictionally coupled to the bearing inner ring.
  • Embodiments may further provide a method of sealing a bearing gap of a bearing from a storage environment comprising a step of generating a first high voltage plasma between the bearing gap and the bearing environment and a step of generating a second high voltage plasma between the bearing gap and the bearing environment.
  • Embodiments can therefore achieve an increase in efficiency and / or efficiency, in particular in applications on bearings.
  • As flow losses, resource use, design and manufacturing effort, can be achieved by embodiments.
  • Figure 1 shows two embodiments of sealing ring segments
  • Figure 2 shows two embodiments of sealing rings in interaction with a rolling bearing
  • Figure 3 shows an alternative embodiment of two embodiments of sealing rings in interaction with a rolling bearing
  • Figure 4 shows an embodiment of two embodiments of sealing rings as a labyrinth seal in conjunction with a rolling bearing
  • Figure 5 shows an alternative embodiment of two embodiments of sealing rings as a labyrinth seal in conjunction with a rolling bearing
  • Figure 6 shows a further alternative embodiment of two embodiments of sealing rings as a labyrinth seal in conjunction with a rolling bearing
  • FIG. 7 shows a flow diagram of an embodiment of a method for sealing.
  • Figure 1 illustrates two embodiments of sealing ring segments 100a; 100b.
  • the seal ring segment 100a includes an electrode 110a configured to form a high voltage plasma with a first counter electrode 110b attached to an opposing seal ring segment 100b in a first intermediate space between the electrodes 110a, 110b and connected to a second one attached to the opposing seal ring segment 100b Counter electrode 110c in a second space between the electrodes 110a, 110c to form a high voltage plasma.
  • the seal ring segment 100b includes a first electrode 110b and a second electrode 110c that is spaced from the first electrode 110b and forms a gap with the first electrode 110b, the first and second electrodes 110b, 110c being formed to terminate with one another opposite sealing ring segment 100a mounted counter electrode 110a to form a high voltage plasma.
  • the sealing ring segments 100a, 100b can each be designed as an outer ring segment or as an inner ring segment of a labyrinth seal. At least one of the electrodes 110a, 110b, 110c may extend in the axial or in the radial direction.
  • FIG. 2 shows two exemplary embodiments of sealing rings 100a, 100b in interaction with a roller bearing.
  • a sealing ring 100a, 100b is described in each case, but the features described relate equally to sealing ring segments 100a, 100b, even if they are not explicitly mentioned.
  • the figures relate in each case both to sealing ring segments 100a, 100b and to entire sealing rings 100a, 100b.
  • FIG. 2 shows a first sealing ring 100a with the first electrode 110a. Furthermore, FIG. 2 shows the second sealing ring 110b with a second electrode 110b and a third electrode 110c. The embodiment of Figure 2 also shows a mounted on the second sealing ring 100b fourth electrode 11 Od.
  • the sealing ring 100a is non-positively and sealingly connected to a housing 130a, which in turn is non-positively coupled to a bearing outer ring 120a of a rolling bearing with the rolling elements 120b. In embodiments, positive connections, e.g. between the housing and the bearing outer ring 120a, occur.
  • the sealing ring 100b is in the embodiment frictionally and sealingly coupled to a shaft 130b, which in turn is coupled to the bearing inner ring 120c of the rolling bearing.
  • the two sealing rings 100a and 100b form a turn of a labyrinth seal.
  • the two electrodes 110b and 110c form a gap in which the electrode 110a is arranged.
  • the electrodes on Fort anglesn, webs, springs, grooves, etc. may be arranged such that there is a labyrinth-like structure, along which the electrodes 110b, 110c and 110 d are arranged, so that at least two high-voltage plasma paths result.
  • DC voltages can be used to generate the high-voltage plasmas, wherein the use of AC voltages or at least of AC components is also conceivable in further exemplary embodiments.
  • the electrodes 110a, 110b and 110c are aligned here in the axial direction, starting from the rotational axis of the roller bearing.
  • the electrode 11Od is oriented in the radial direction as an example.
  • at least one of the electrodes 110a may have a tapering cross-section on a side facing the high-voltage plasma, in particular the electrode 100a may also be pointed.
  • at least one counter electrode 110b, 110c, HOd on the side facing the high voltage splasma may have a surface portion that is more than a quarter of the total surface area of the electrode 110b, 110c, HOd.
  • the electrodes 110b, 110c, HOd may be configured flat, whereas the electrode 110a may be pointed and, in one embodiment, may be located centrally between the surface electrodes 100b, 100c and 100d.
  • At least one of the electrodes 110a may be formed to connect with a plurality of counter electrodes 110b, 110c, 100d disposed in different directions to the electrode in a plurality of spaces between the electrode 110a and the plurality of counter electrodes 110b. 110c, lOOd each to form a high voltage plasma.
  • the three high-voltage plasmas are identified by reference numeral 140.
  • Embodiments may also include a seal ring composed of a plurality of seal ring segments 100a, 100b as described above and which may be formed in a plurality or in one piece.
  • the seal ring may be composed of seal ring segments 100a.
  • the sealing ring may also be integral and thus correspond only in its shape to a composition of segments.
  • the electrodes 110a-d can then also be circular or annular, ie designed to be circumferential.
  • Embodiments may further include a seal having a first seal ring as described above and a second seal ring as described above.
  • the first sealing ring can correspond to an outer ring 100a and the second sealing ring can correspond to an inner ring 100b.
  • the first seal ring 100a may then include the electrode 110a, wherein the electrode 110a may have a tapered cross section at a side facing the high voltage plasma.
  • the second sealing ring 100b may comprise at least two electrodes 110b, 110c each having on the side facing the high voltage plasma a surface portion comprising more than a quarter of the total surface of the electrodes 110b, 110c, the electrode 110a of the first Seal ring 100a is disposed between the two electrodes 110b, 110c of the second seal ring 100b and wherein the two seal rings 100a, 100b do not touch.
  • Embodiments may also include a corresponding bearing.
  • the first sealing ring 100a can be sealingly coupled to a bearing outer ring 120a, this taking place in FIG. 2 via the housing 130a.
  • the second seal ring 100 may be sealingly coupled to the bearing inner race 120c or a shaft 130b frictionally coupled to the bearing inner race 120c.
  • the housing-side ring 100a of the labyrinth may include at least one electrode 110a, which may be formed as an extension / tip projecting into the labyrinth.
  • the wave-side ring 100b of the labyrinth can be configured as a counter-electrode 110b, 110c, wherein the surface can be oriented both axially and radially.
  • indicated by the grounding symbol that the sealing ring 100b may be grounded, that is, its electrodes correspond to the respective cathodes.
  • a reverse polarity is also conceivable.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of two exemplary embodiments of sealing rings 100a, 100b in cooperation with a roller bearing 120a, 120b, 120c.
  • FIG. 3 shows the same components as already explained above with reference to FIG. The same components are provided with the same reference numerals.
  • Figure 3 shows a different orientation of the electrodes 110a-d.
  • the electrode 110a may accordingly be arranged on the sealing ring or sealing ring segment 100a such that it is located on an extension which points in the axial direction toward the sealing ring or its segment 100a.
  • the electrodes 110b, 110c of the sealing ring 100b, or its segment 100b may form a gap which has an opening in the axial direction which points towards or away from the sealing ring 100b or its segment 100b. It can be seen in principle from FIGS. 2 and 3 that the electrodes 110a-d can form one turn of a labyrinth seal, wherein the latter can have different orientations.
  • FIG. 4 shows an embodiment of two embodiments of sealing rings 100a, 100b as a labyrinth seal in conjunction with a roller bearing 120a, 120b, 120c.
  • Figure 4 shows the same components as Figures 2 and 3, wherein like reference numerals designate like components.
  • FIG. 4 shows, on the sealing ring 100a, a further electrode 112a, which is parallel to the Electrode 110a is arranged. This forms an additional turn together with the additional counterelectrodes 112b, 112c, 112d.
  • the individual high-voltage plasmas are not shown in FIG. 4 and in the following figures.
  • a plurality of high-voltage plasmas can be arranged one behind the other via the labyrinth-like arrangement of the electrodes.
  • the high-voltage plasmas can effectively prevent dirt particles from entering the bearing gap.
  • the sealing rings 100a and 100b can be arranged without contact.
  • both sealing rings 100a, 100b can thus have a plurality of electrodes which, with the respective counterelectrodes, form a labyrinthine structure within which a plurality of high-voltage plasmas can be formed between the electrodes and the counterelectrodes.
  • Figure 5 illustrates an alternative embodiment of two embodiments of sealing rings 100a, 100b as a labyrinth seal in conjunction with a roller bearing 120a, 120b, 120c.
  • Figure 5 shows an analog arrangement as Figure 4, wherein like reference numerals again denote like components.
  • the reference numerals for the electrodes are not shown in FIG.
  • a comparison of Figure 5 with Figure 4 shows that it is in the embodiment of Figure 5 is a same configuration per se as in Figure 4, but with a mirrored arrangement of the electrodes.
  • FIG. 5 serves to clarify that, in embodiments, many orientations of the electrodes can occur and exemplary embodiments are not restricted to a specific number or orientation of the electrodes.
  • FIG. 6 illustrates a further alternative embodiment of two embodiments of sealing rings 100a, 100b as a labyrinth seal in interaction with a roller bearing 120a, 120b, 120c.
  • FIG. 6 again shows the same components using the same reference numerals as have already been explained in detail above.
  • FIG. 6 shows a further orientation variant of an exemplary embodiment. Compared to FIG. 4, the orientation of the The electrodes of the sealing ring 100b now form gaps for the electrodes of the sealing ring 100a, which are open at the top and thus in turn form two turns of a labyrinth seal.
  • FIG. 7 shows a flow diagram of an embodiment of a method for sealing.
  • the method of sealing a bearing gap of a bearing from a bearing environment comprises a step 710 of generating a first high voltage plasma between the bearing gap and the bearing environment and a step 720 of generating a second high voltage plasma between the bearing gap and the bearing environment.
  • Embodiments can thus contribute to a contradiction between the necessary increase in efficiency and efficiency on the one hand and the losses in terms of energetic and material parameters, such.
  • Embodiments may be particularly suitable for high and very high speeds, since they produce no or at least greatly reduced heat loss or wear due to friction, the effects of which increase in proportion to the speed.
  • embodiments without a consumption of material resources such. As lubricants, get along. Thus, embodiments may also be environmentally friendly.
  • sealing ring segment 100a sealing ring segment, sealing ring

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Abstract

Ein Konzept für einen Dichtungsring (100a) mit einer Elektrode (110a), die ausgebildet ist, um mit einer an einem gegenüberliegenden Dichtungsring (100b) angebrachten ersten Gegenelektrode (110b) in einem ersten Zwischemaum zwischen den Elektroden (110a, 110b) ein Hochspannungsplasma zu bilden und um mit einer an dem gegenüberliegenden Dichtungsringsegment (100b) angebrachten zweiten Gegenelektrode (110c) in einem zweiten Zwischemaum zwischen den Elektroden (110a, 110c) ein Hochspannungsplasma zu bilden.

Description

B e s c h r e i b u n g
Dichtungsringsegment, Dichtungsring, Dichtung, Lager und Verfahren zum
Abdichten eines Lagerspaltes
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Dichtungstechnik, insbesondere auf dem Gebiet der Abdichtung von Lagerspalten gegenüber einer Lagerumgebung.
Auf dem Gebiet der Dichtungstechnik bezeichnet man Elemente oder Konstruktionen, die die Aufgabe haben, ungewollte Stoffübergänge von einem Raum in einen anderen Raum zu verhindern bzw. zu begrenzen als Abdichtungen. Grob lassen sich dabei Berührungsdichtungen von berührungslosen Dichtungen unterscheiden. Beispielsweise bei Wälzlagern werden Abdichtungen zum Schutz des Wälzlagers vor dem Zutritt von Feststoffen wie Staub und/oder Flüssigkeiten wie Wasser eingesetzt. Dabei wirken die Dichtungen zwischen einem bestimmungsgemäß stillstehenden und einem bewegten Teil des Wälzlagers.
In maschinenbaulichen Erzeugnissen, wie z. B. Werkzeugmaschinen, kann darüber hinaus z. B. durch Sperrluft die Effizienz von Labyrinth-Dichtungen erhöht werden. Solche Dichtungen werden beispielsweise verwendet, um eine Isolierung möglichst verlustfrei, d. h. insbesondere ohne Reibung, zu realisieren. Die Sperrluft unterstützt dies, indem sie einen gerichteten Massestrom erzeugt, der von dem primär zu isolierenden Raum weg weist, d.h. beispielsweise von einem Lagerspalt im Inneren eines Wälzlagers weg zu einer Lagerumgebung. Hierdurch können allerdings hohe Strömungsverluste und ein hoher Ressourceneinsatz entstehen, die die Effizienz einer Isoliervorrichtung erheblich mindern können. Zudem bedeuten herkömmliche Verfahren zumeist einen sehr hohen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand.
Die Druckschrift DE102007048557B3 offenbart eine Anordnung zum Abdichten eines Zugangs zu einem abzudichtenden Raum. Die Anordnung umfasst in einem ersten Bereich des Zugangs wenigstens eine, an einen Pol einer Hochspannungsquelle anschließbare Aufladungselektrode und in einem dem ersten Bereich gegenüberliegenden zweiten Bereich des Zugangs eine Gegenelektrode. Die Elektroden sind derart aufeinander abgestimmt angeordnet, dass eine sich zwischen den Elektroden ausbildende Influenzierungszone auf influenzierbare Teilchen, die von außen in Richtung des abzudichtenden Raums vordringen, derart wirkt, dass diese in Richtung weg vom abzudichtenden Raum beschleunigt werden.
Die Druckschrift DE 102007029549 AI beschreibt eine Vorrichtung zum Entfernen von Partikeln aus einem die Partikel beinhaltenden strömenden gasartigen Medium. Die Vorrichtung umfasst dabei einen Kanal zum Führen des Mediums. In einem ersten Bereich der Kanalbegrenzung ist eine an einen Pol einer Hochspannungs- DC-Quelle anschließbare Koronaaufladungselektrode angeordnet und in einem dem ersten Bereich gegenüberliegenden zweiten Bereich der Kanalbegrenzung ist eine Gegenelektrode angeordnet.
Im Bereich der konventionellen Technik werden die oben beschriebenen Probleme auch durch die Füllung des Labyrinths einer Labyrinth-Dichtung mit Fett gemindert. Die Lösungen können allerdings verlustbehaftet hinsichtlich Material und E- nergie sein und eignen sich daher nicht für hohe Drehzahlen. Andere Ansätze sehen einen zusätzlichen V-Ring vor, d.h. einen Dichtungsring, der V-förmig ausgestaltet ist und zur Abdichtung eines Lagerspaltes mit einem Schenkel an einem Lageraußenring befestigt ist, während der andere Schenkel an dem Lagerinnenring schleift, bzw. umgekehrt. Dieses Konzept führt zu Verlusten hinsichtlich der Energie (Reibungsverluste) und eignet sich nicht für hohe Drehzahlen. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept zur Abdichtung eines Lagers zu schaffen.
Die Erfindung wird gelöst durch ein Dichtungsringsegment, einen Dichtungsring, eine Dichtung, ein Lager und ein Verfahren zum Abdichten eines Lagerspaltes gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Ausführungsbeispiele können auf der Erkenntnis basieren, dass z.B. durch den Einsatz eines Gleichstromplasmas eine Barriere errichtet werden kann, die einem Eindringen von Schmutzpartikeln entgegenwirkt. Ausführungsbeispiele können dabei ferner auf der Erkenntnis beruhen, dass eine Mehrzahl solcher Barrieren durch geschickte Anordnung von Elektroden erzeugt werden kann, durch die sich der Aus- schlusseffekt für die Schmutzpartikel erhöht. Die Effizienz des Hochspannungsplasmas kann in Ausführungsbeispielen durch mehrere Plasmastrecken erhöht werden.
Ausführungsbeispiele können daher ein Dichtungsringsegment bereitstellen, mit einer Elektrode, die ausgebildet ist, um mit einer an einem gegenüberliegenden Dichtungsringsegment angebrachten ersten Gegenelektrode in einem ersten Zwischenraum zwischen den Elektroden ein Hochspannungsplasma zu bilden und um mit einer an dem gegenüberliegenden Dichtungsringsegment angebrachten zweiten Gegenelektrode in einem zweiten Zwischenraum zwischen den Elektroden ein Hochspannungsplasma zu bilden.
Ausführungsbeispiele können das zugehörige Gegenstück umfassen, nämlich ein Dichtungsringsegment mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, die von der ersten Elektrode beabstandet ist und mit der ersten Elektrode einen Spalt bildet, wobei die erste und die zweite Elektrode ausgebildet sind, um mit einer an einem gegenüberliegenden Dichtungsringsegment angebrachten Gegenelektrode ein Hochspannungsplasma zu bilden. Die oben erwähnten Elektroden können beispielsweise kreis segmentförmig ausgebildet sein. In Ausführungsbeispielen können die oben genannten Dichtungsringsegmente als Außenringsegment oder als Innenringsegment einer Labyrinth-Dichtung ausgebildet sein. Zumindest eine der Elektroden kann sich dabei in axialer oder in radialer Richtung erstrecken. Zumindest eine der Elektroden kann an einer Seite, die dem Hochspannungsplasma zugewandt ist, einen sich verjüngenden Querschnitt aufweisen. Zumindest eine Elektrode kann an der Seite, die dem Hochspannungsplasma zugewandt ist einen Flächenabschnitt aufweisen, der mehr als ein Viertel der Gesamt- oberfläche der Elektrode umfasst. In anderen Worten können die Elektroden auf einer Seite des Hochspannungsplasmas flächig und an einer gegenüberliegenden Seite spitz ausgeführt sein. Darüber hinaus kann zumindest eine der Elektroden ausgebildet sein, um mit einer Mehrzahl von in verschiedenen Richtungen zu der Elektrode angeordneten Gegenelektroden in einer Mehrzahl von Zwischenräumen zwischen der Elektrode und der Mehrzahl von Gegenelektroden jeweils ein Hochspannungsplasma zu bilden.
Ausführungsbeispiele können auch einen Dichtungsring umfassen, der aus einer Mehrzahl von Dichtungsringsegmenten gemäß der obigen Beschreibung mehrstückig oder einstückig gebildet ist. In anderen Worten kann der Dichtungsring aus mehreren Dichtungsringsegmenten zusammengesetzt sein, die untereinander gleich sein können oder auch unterschiedlich. In Ausführungsbeispielen kann der Dichtungsring auch einstückig ausgeführt sein und in seiner Gestalt einer Zusammensetzung der oben beschriebenen Dichtungsringsegmente gleichen. Die oben erwähnten Elektroden können dann kreis- b zw. ringförmig ausgebildet sein.
Ferner können Ausführungsbeispiele eine Dichtung mit einem ersten Dichtungsring gemäß obiger Beschreibung und einem zweiten Dichtungsring gemäß obiger Beschreibung umfassen, wobei der erste Dichtungsring die Elektrode, die an einer Seite, die dem Hochspannungsplasma zugewandt ist, einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist, umfasst, und wobei der zweite Dichtungsring wenigstens zwei E- lektroden aufweist, die jeweils an der Seite, die dem Hochspannungsplasma zuge- wandt ist einen Flächenabschnitt aufweisen, der mehr als ein Viertel der Gesamt- oberfläche der Elektroden umfasst, wobei die Elektrode des ersten Dichtungsrings zwischen den beiden Elektroden des zweiten Dichtungsrings angeordnet ist und wobei sich die beiden Dichtungsringe nicht berühren.
In Ausführungsbeispielen kann die Dichtung zur Abdichtung eines Lagers ange- passt sein. Ausführungsbeispiele umfassen demnach auch ein Lager mit der Dichtung zur Abdichtung des Lagers, wobei der erste Dichtungsring mit einem Lageraußenring abdichtend gekoppelt ist und der zweite Dichtungsring mit dem Lagerinnenring oder einer Welle, die mit dem Lagerinnenring kraftschlüssig gekoppelt ist, abdichtend gekoppelt ist.
Ausführungsbeispiele können darüber hinaus ein Verfahren zum Abdichten eines Lagerspaltes eines Lagers von einer Lagerumgebung bereitstellen mit einem Schritt des Erzeugens eines ersten Hochspannungsplasmas zwischen dem Lagerspalt und der Lagerumgebung und einem Schritt des Erzeugens eines zweiten Hochspannungsplasmas zwischen dem Lagerspalt und der Lagerumgebung.
Ausführungsbeispiele können daher, insbesondere in Anwendungsfällen an Lagern, eine Effektivitäts- und/oder Effizienzsteigerung erzielen. Eine Verringerung der Verluste hinsichtlich energetischer und stofflicher Parameter, wie z. B. Strömungsverluste, Ressourceneinsatz, konstruktiver und fertigungstechnischer Aufwand, kann durch Ausführungsbeispiele erzielt werden.
Einige Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren im Detail erläutert. Es zeigen:
Figur 1 zwei Ausführungsbeispiele von Dichtungsringsegmenten;
Figur 2 zwei Ausführungsbeispiele von Dichtungsringen im Zusammenspiel mit einem Wälzlager; Figur 3 eine alternative Ausgestaltung zweier Ausführungsbeispiele von Dichtungsringen im Zusammenspiel mit einem Wälzlager;
Figur 4 eine Ausgestaltung zweier Ausführungsbeispiele von Dichtungsringen als Labyrinth-Dichtung im Zusammenspiel mit einem Wälzlager;
Figur 5 eine alternative Ausgestaltung zweier Ausführungsbeispiele von Dichtungsringen als Labyrinth-Dichtung im Zusammenspiel mit einem Wälzlager;
Figur 6 eine weitere alternative Ausgestaltung zweier Ausführungsbeispiele von Dichtungsringen als Labyrinth-Dichtung im Zusammenspiel mit einem Wälzlager; und
Figur 7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Abdichtung.
Die Figur 1 illustriert zwei Ausführungsbeispiele von Dichtungsringsegmenten 100a; 100b. Das Dichtungsringsegment 100a umfasst eine Elektrode 110a, die ausgebildet ist, um mit einer an einem gegenüberliegenden Dichtungsringsegment 100b angebrachten ersten Gegenelektrode 110b in einem ersten Zwischemaum zwischen den Elektroden 110a, 110b ein Hochspannungsplasma zu bilden, und um mit einer an dem gegenüberliegenden Dichtungsringsegment 100b angebrachten zweiten Gegenelektrode 110c in einem zweiten Zwischenraum zwischen den Elektroden 110a, 110c ein Hochspannungsplasma zu bilden.
Das Dichtungsringsegment 100b umfasst eine erste Elektrode 110b und eine zweiten Elektrode 110c, die von der ersten Elektrode 110b beabstandet ist und mit der ersten Elektrode 110b einen Spalt bildet, wobei die erste und die zweite Elektrode 110b, 110c ausgebildet sind, um mit einer an einem gegenüberliegenden Dichtungs- ringsegment 100a angebrachten Gegenelektrode 110a ein Hochspannungsplasma zu bilden.
In Ausführungsbeispielen können die Dichtungsringsegmente 100a, 100b jeweils als Außenringsegment oder als Innenringsegment einer Labyrinth-Dichtung ausgebildet sein. Zumindest eine der Elektroden 110a, 110b, 110c kann sich in axialer oder in radialer Richtung erstrecken. Dies kann anhand der Figur 2 weiter verdeutlicht werden. Die Figur 2 zeigt zwei Ausführungsbeispiele von Dichtungsringen 100a, 100b im Zusammenspiel mit einem Wälzlager. Im Folgenden wird jeweils ein Dichtungsring 100a, 100b beschrieben, die beschriebenen Merkmale beziehen sich jedoch genauso auf Dichtungsringsegmente 100a, 100b auch wenn diese nicht explizit erwähnt werden. Die Figuren beziehen sich jeweils sowohl auf Dichtungsringsegmente 100a, 100b als auch auf ganze Dichtungsringe 100a, 100b.
Die Figur 2 zeigt einen ersten Dichtungsring 100a mit der ersten Elektrode 110a. Ferner zeigt die Figur 2 den zweiten Dichtungsring 110b mit einer zweiten Elektrode 110b und einer dritten Elektrode 110c. Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 zeigt darüber hinaus eine an dem zweiten Dichtungsring 100b angebrachte vierte Elektrode 11 Od. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist der Dichtungsring 100a kraftschlüssig und abdichtend mit einem Gehäuse 130a verbunden, welches wiederum kraftschlüssig mit einem Lageraußenring 120a eines Wälzlagers mit den Wälzkörpern 120b gekoppelt ist. In Ausführungsbeispielen können auch formschlüssige Verbindungen, z.B. zwischen dem Gehäuse und dem Lageraußenring 120a, vorkommen. Der Dichtungsring 100b ist in dem Ausführungsbeispiel kraftschlüssig und abdichtend mit einer Welle 130b gekoppelt, die wiederum mit dem Lagerinnenring 120c des Wälzlagers gekoppelt ist.
Darüber hinaus ist in der Figur 2 zu erkennen, dass die beiden Dichtungsringe 100a und 100b eine Windung einer Labyrinth-Dichtung bilden. Dies kann sich daraus ergeben, dass die beiden Elektroden 110b und 110c einen Spalt bilden, in dem die E- lektrode 110a angeordnet ist. In Ausführungsbeispielen können die Elektroden an Fortsätzen, Stegen, Federn, Nuten etc. derart angeordnet sein, dass sich eine Labyrinth-artige Struktur ergibt, entlang derer die Elektroden 110b, 110c und 110 d angeordnet sind, sodass sich wenigstens zwei Hochspannungsplasmastrecken ergeben. Zur Erzeugung der Hochspannungsplasmen können Gleichspannungen verwendet werden, wobei in weiteren Ausführungsbeispielen auch die Verwendung von Wechselspannungen oder zumindest von Wechselkomponenten denkbar ist. Dabei können Spannungen in einer Größenordnung von 3-12 kV oder von l-100kV vorkommen. In der Figur 2 wären dies die Hochspannungsplasmastrecken zwischen den Elektroden 110a und 110b, bzw. zwischen den Elektroden 110a und 110c, alternativ auch zwischen den Elektroden 110a und 1 lOd.
Wie aus der Figur 2 zu erkennen ist, sind die Elektroden 110a, 110b und 110c hier in axialer Richtung, ausgehend von der Rotationsachse des Wälzlagers ausgerichtet. Die Elektrode 11 Od ist als Beispiel in radialer Richtung ausgerichtet. In Ausführungsbeispielen kann zumindest eine der Elektroden 110a an einer Seite, die dem Hochspannungsplasma zugewandt ist, einen sich verjüngenden Querschnitt aufweisen, insbesondere kann die Elektrode 100a auch spitz verlaufen. Demgegenüber kann zumindest eine Gegenelektrode 110b, 110c, HOd an der Seite, die dem Hochspannung splasma zugewandt ist einen Flächenabschnitt aufweisen, der mehr als ein Viertel der Gesamtoberfläche der Elektrode 110b, 110c, HOd umfasst. In anderen Worten können die Elektroden 110b, 110c, HOd flächig ausgestaltet sein, wohingegen die Elektrode 110a spitz ausgestaltet sein kann und sich in einem Ausführungsbeispiel mittig zwischen den Flächenelektroden 100b, 100c und lOOd befinden kann.
Wie bereits in der Figur 2 gezeigt kann zumindest eine der Elektroden 110a ausgebildet sein, um mit einer Mehrzahl von in verschiedenen Richtungen zu der Elektrode angeordneten Gegenelektroden 110b, 110c, lOOd in einer Mehrzahl von Zwischenräumen zwischen der Elektrode 110a und der Mehrzahl von Gegenelektroden 110b, 110c, lOOd jeweils ein Hochspannungsplasma zu bilden. In der Figur 2 sind die drei Hochspannungsplasmen durch das Bezugszeichen 140 gekennzeichnet. Ausführungsbeispiele können auch einen Dichtungsring umfassen, der aus einer Mehrzahl von Dichtungsringsegmenten 100a, 100b gemäß obiger Beschreibung zusammengesetzt ist und der mehrstückig oder einstückig ausgebildet sein kann. In anderen Worten kann der Dichtungsring aus Dichtungsringsegmenten 100a zusammengesetzt sein. Der Dichtungsring kann jedoch auch einstückig sein und somit nur in seiner Gestalt einer Zusammensetzung aus Segmenten entsprechen. In einer einstückigen Ausführungsform können dann die Elektroden 110a-d auch kreis- oder ringförmig, d.h. umlaufend ausgestaltet sein.
Ausführungsbeispiele können ferner eine Dichtung mit einem ersten Dichtungsring gemäß obiger Beschreibung und einem zweiten Dichtungsring gemäß obiger Beschreibung umfassen. Dabei kann, in Anlehnung an das in der Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel, der erste Dichtungsring einem Außenring 100a entsprechen und der zweite Dichtungsring einem Innenring 100b. Der erste Dichtungsring 100a kann dann die Elektrode 110a aufweisen, wobei die Elektrode 110a an einer Seite, die dem Hochspannungsplasma zugewandt ist, einen sich verjüngenden Querschnitt aufweisen kann. Der zweite Dichtungsring 100b kann wenigstens zwei Elektroden 110b, 110c aufweisen, die jeweils an der Seite, die dem Hochspannungsplasma zugewandt ist einen Flächenabschnitt aufweisen, der mehr als ein Viertel der Gesamt- oberfläche der Elektroden 110b, 110c umfasst, wobei die Elektrode 110a des ersten Dichtungsrings 100a zwischen den beiden Elektroden 110b, 110c des zweiten Dichtungsrings 100b angeordnet ist und wobei sich die beiden Dichtungsringe 100a, 100b nicht berühren.
Ausführungsbeispiele können auch ein entsprechendes Lager umfassen. Wie die Figur 2 zeigt, kann in Ausführungsbeispielen der erste Dichtungsring 100a mit einem Lageraußenring 120a abdichtend gekoppelt sein, wobei dies in der Figur 2 über das Gehäuse 130a erfolgt. Der zweite Dichtungsring 100 kann mit dem Lagerinnenring 120c oder einer Welle 130b, die mit dem Lagerinneming 120c kraftschlüssig gekoppelt ist, abdichtend gekoppelt sein. In anderen Worten kann der gehäuseseitige Ring 100a des Labyrinths mindestens eine Elektrode 110a umfassen, die als ein in das Labyrinth ragender Fortsatz/Spitze ausgebildet sein kann. Der wellenseitige Ring 100b des Labyrinths kann als Gegen- Elektrode 110b, 110c flächig ausgebildet sein, wobei die Fläche sowohl axial als auch radial orientiert sein kann. Darüber hinaus ist in der Figur 2, und auch in den folgenden Figuren, durch das Erdungssymbol angedeutet, dass der Dichtungsring 100b geerdet sein kann, d.h. seine Elektroden den jeweiligen Kathoden entsprechen. In Ausführungsbeispielen ist auch eine umgekehrte Polung denkbar.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung zweier Ausführungsbeispiele von Dichtungsringen 100a, 100b im Zusammenspiel mit einem Wälzlager 120a, 120b, 120c. In der Figur 3 sind die gleichen Komponenten dargestellt, wie sie bereits oben anhand der Figur 2 erklärt wurden. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 zeigt die Figur 3 eine andere Orientierung der Elektroden 110a-d. In Ausführungsbeispielen kann die Elektrode 110a demnach an dem Dichtungsring oder Dichtungsringsegment 100a derart angeordnet sein, dass sich diese an einem Fortsatz befindet, der in axialer Richtung auf den Dichtungsring bzw. dessen Segment 100a hin- oder weg weist. In Ausführungsbeispielen können die Elektroden 110b, 110c des Dichtungsrings 100b, bzw. dessen Segmentes 100b, einen Spalt bilden der in axialer Richtung eine Öffnung aufweist, die auf den Dichtungsring 100b oder dessen Segment 100b hin- oder weg weist. Aus den Figuren 2 und 3 ist prinzipiell zu erkennen, dass die Elektroden 110a-d eine Windung einer Labyrinth-Dichtung bilden können, wobei diese unterschiedliche Orientierungen aufweisen kann.
Figur 4 zeigt eine Ausgestaltung zweier Ausführungsbeispiele von Dichtungsringen 100a, 100b als Labyrinth-Dichtung im Zusammenspiel mit einem Wälzlager 120a, 120b, 120c. Die Figur 4 zeigt gleiche Komponenten wie die Figuren 2 und 3, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen. Darüber hinaus zeigt die Figur 4 an dem Dichtungsring 100a eine weitere Elektrode 112a, die parallel zu der Elektrode 110a angeordnet ist. Diese bildet zusammen mit den zusätzlichen Gegenelektroden 112b, 112c, 112d eine zusätzliche Windung. Der Übersichtlichkeit halber sind die einzelnen Hochspannungsplasmen in der Figur 4 und in den folgenden Figuren nicht dargestellt. Wie die Figur 4 verdeutlicht kann über die Labyrinthartige Anordnung der Elektroden eine Mehrzahl von Hochspannungsplasmen hintereinander angeordnet werden. Die Hochspannungsplasmen können dabei effektiv verhindern, dass Schmutzpartikel in den Lagerspalt gelangen können. Die Dichtungsringe 100a und 100b können dabei berührungslos angeordnet sein. In Ausführungsbeispielen können so beide Dichtungsringe 100a, 100b eine Mehrzahl von E- lektroden aufweisen, die mit den jeweiligen Gegenelektroden eine Labyrinth- artige Struktur bilden innerhalb derer sich eine Mehrzahl von Hochspannungsplasmen zwischen den Elektroden und den Gegenelektroden ausbilden lässt.
Figur 5 illustriert eine alternative Ausgestaltung zweier Ausführungsbeispiele von Dichtungsringen 100a, 100b als Labyrinth-Dichtung im Zusammenspiel mit einem Wälzlager 120a, 120b, 120c. Figur 5 zeigt eine analoge Anordnung wie die Figur 4, wobei gleiche Bezugszeichen wiederum gleiche Komponenten bezeichnen. Der Ü- bersichtlichkeit halber sind die Bezugszeichen für die Elektroden in der Figur 5 nicht gezeigt. Ein Vergleich der Figur 5 mit der Figur 4 zeigt, dass es sich bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 um eine an sich gleiche Ausgestaltung wie in der Figur 4 handelt, jedoch mit einer gespiegelten Anordnung der Elektroden. Die Figur 5 dient der Verdeutlichung, dass in Ausführungsbeispielen vielerlei Orientierungen der Elektroden vorkommen können und Ausführungsbeispiele nicht auf eine bestimmte Anzahl oder Orientierung der Elektroden beschränkt sind.
Figur 6 illustriert eine weitere alternative Ausgestaltung zweier Ausführungsbeispiele von Dichtungsringen 100a, 100b als Labyrinth-Dichtung im Zusammenspiel mit einem Wälzlager 120a, 120b, 120c. Die Figur 6 zeigt wiederum unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen die gleichen Komponenten, wie sie bereits oben im Detail erläutert wurden. Die Figur 6 zeigt eine weitere Orientierungsvariante eines Ausführungsbeispiels. Im Vergleich zur Figur 4 wurde die Orientierung der E- lektroden um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht, so dass die Elektroden des Dichtungsrings 100b nunmehr Spalte für die Elektroden des Dichtungsrings 100a bilden, die nach oben geöffnet sind und sich so wiederum zwei Windungen einer Labyrinth-Dichtung ausbilden.
Figur 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Abdichtung. Das Verfahren zum Abdichten eines Lagerspaltes eines Lagers von einer Lagerumgebung umfasst einen Schritt 710 des Erzeugens eines ersten Hochspannungsplasmas zwischen dem Lagerspalt und der Lagerumgebung und einen Schritt 720 des Erzeugens eines zweiten Hochspannungsplasmas zwischen dem Lagerspalt und der Lagerumgebung.
Ausführungsbeispiele können somit dazu beitragen, einen Widerspruch zwischen der notwendigen Effektivitäts- und Effizienzsteigerung einerseits und den Verlusten hinsichtlich energetischer und stofflicher Parameter, wie z. B. Strömungsverluste, Ressourceneinsatz, konstruktiver und fertigungstechnischer Aufwand andererseits, zu überwinden. Ausführungsbeispiele können sich zum einen besonders für hohe und sehr hohe Drehzahlen eignen, da sie keine oder zumindest stark verminderte Verlustwärme oder Verschleiß durch Reibung, deren Auswirkungen proportional zur Drehzahl steigen, erzeugen. Zum anderen können Ausführungsbeispiele ohne einen Verbrauch von materiellen Ressourcen, wie z. B. Schmierstoffen, auskommen. Damit können sich Ausführungsbeispiele auch umweltschonend auswirken.
Bezugszeichenliste
100a Dichtungsringsegment, Dichtungsring
100b Dichtungsringsegment, Dichtungsring
110a Elektrode
110b Elektrode
110c Elektrode
HOd Elektrode
120a Lageraußenring
120b Wälzkörper
120c Lagerinnenring
130a Gehäuse
130b Welle
140 Hochspannungsplasma
710 Erzeugen
720 Erzeugen

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Dichtungsringsegment, Dichtungsring, Dichtung, Lager und Verfahren zum
Abdichten eines Lagerspaltes 1. Ein Dichtungsringsegment (100a) mit einer Elektrode (110a), die ausgebildet ist, um mit einer an einem gegenüberliegenden Dichtungsringsegment (100b) angebrachten ersten Gegenelektrode (110b) in einem ersten Zwischenraum zwischen den Elektroden (110a; 110b) ein Hochspannungsplasma zu bilden und um mit einer an dem gegenüberliegenden Dichtungsringsegment (100b) angebrachten zweiten Gegenelektrode (110c) in einem zweiten Zwischenraum zwischen den Elektroden (110a; 110c) ein Hochspannungsplasma zu bilden.
2. Ein Dichtungsringsegment (100b) mit einer ersten Elektrode (110b) und einer zweiten Elektrode (110c), die von der ersten Elektrode (110b) beabstandet ist und mit der ersten Elektrode (110b) einen Spalt bildet, wobei die erste und die zweite Elektrode (110b; 110c) ausgebildet sind, um mit einer an einem gegenüberliegenden Dichtungsringsegment (100a) angebrachten Gegenelektrode (110a) ein Hochspannungsplasma zu bilden.
3. Das Dichtungsringsegment (100a; 100b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das als Außenringsegment oder als Innenringsegment einer Labyrinth- Dichtung ausgebildet ist.
4. Das Dichtungsringsegment (100a; 100b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich zumindest eine der Elektroden (110a; 110b; 110c) in axialer oder in radialer Richtung erstreckt.
5. Das Dichtungsringsegment (100a; 100b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine der Elektroden (110a) an einer Seite, die dem Hochspannungsplasma zugewandt ist, einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist oder bei dem die zumindest eine Elektrode (110b; 110c) an der Seite, die dem Hochspannungsplasma zugewandt ist einen Flächenabschnitt aufweist, der mehr als ein Viertel der Gesamtoberfläche der Elektrode (110b; 110c) umfasst.
6. Das Dichtungsringsegment (100a; 100b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine der Elektroden (110a) ausgebildet ist, um mit einer Mehrzahl von in verschiedenen Richtungen zu der Elektrode (110a) ange- ordneten Gegenelektroden (110b; 110c, 1 lOd) in einer Mehrzahl von Zwischenräumen zwischen der Elektrode und der Mehrzahl von Gegenelektroden jeweils ein Hochspannungsplasma zu bilden.
7. Ein Dichtungsring (100a; 100b) der aus einer Mehrzahl von Dichtungsringseg- menten (100a; 100b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mehrstückig oder einstückig gebildet ist.
8. Eine Dichtung mit einem ersten Dichtungsring (100a) gemäß Anspruch 7 und einem zweiten Dichtungsring (100b) gemäß Anspruch 7, wobei der erste Dich- tungsring die Elektrode (110a) aufweist, wobei die Elektrode (110a) an einer Seite, die dem Hochspannungsplasma zugewandt ist, einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist, und wobei der zweite Dichtungsring (100b) wenigstens zwei E- lektroden (110b; 110c) aufweist, die jeweils an der Seite, die dem Hochspannungsplasma zugewandt ist einen Flächenabschnitt aufweisen, der mehr als ein Viertel der Gesamtoberfläche der Elektroden (110b; 110c) umfasst, wobei die E- lektrode (110a) des ersten Dichtungsrings zwischen den beiden Elektroden (110b;110c) des zweiten Dichtungsrings angeordnet ist, wobei sich die beiden Dichtungsringe (100a; 100b) nicht berühren.
9. Ein Lager mit der Dichtung gemäß Anspruch8 zur Abdichtung des Lagers, wobei der erste Dichtungsring (100a) mit einem Lageraußenring (120a) abdichtend gekoppelt ist und der zweite Dichtungsring (100b) mit dem Lagerinneming (120c) oder einer Welle (130b), die mit dem Lagerinnenring (120c) kraftschlüssig oder formschlüssig gekoppelt ist, abdichtend gekoppelt ist.
10. Ein Verfahren zum Abdichten eines Lagerspaltes eines Lagers von einer Lagerumgebung, mit
Erzeugen (710) eines ersten Hochspannungsplasmas zwischen dem Lagerspalt und der Lagerumgebung; und
Erzeugen (720) eines zweiten Hochspannungsplasmas zwischen dem Lagerspalt und der Lagerumgebung.
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