DE19832176A1

DE19832176A1 - Dichtung für rotierende Spindeln oder Wellen bei Zubehörteilen von Werkzeugmaschinen, insbesondere bei angetriebenen Werkzeugen

Info

Publication number: DE19832176A1
Application number: DE19832176A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dipl Ing Jansen
Original assignee: WTO Werkzeug Einrichtungen GmbH
Current assignee: WTO Werkzeug Einrichtungen GmbH
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 1999-01-28

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung für rotierende Spindeln oder Wellen bei Zubehörteilen von Werkzeugmaschinen, insbesondere bei angetriebenen Werkzeugen mit zwei relativ zueinander rotierenden Dichtungselementen, welche zwischen sich einen Dichtspalt defi nieren.

Das besondere Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Dichtsystems sind rotierende Spindeln oder Wellen bei angetriebenen Werkzeugen in Werkzeugmaschinen. Selbstver ständlich ist die erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung auch anderweitig einsetzbar, nämlich immer dort, wo zwei Teile relativ zueinander drehbeweglich sind. Ein weiteres be sonderes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Abdichtsystems sind die sogenann ten Labyrinthdichtungen sowie Spaltdichtungen.

Die Abdichtung von klein bauenden Spindeln (beispielsweise in angetriebenen Werkzeu gen) stellt hinsichtlich Funktion und Bauraum hohe Anforderungen. Insbesondere besteht das Problem, daß zur Abdichtung kleiner Spindeln in Werkzeugmaschinen nur ein einge schränkter Dichtungsbauraum zur Verfügung steht. Gleichzeitig werden die Bedingungen, unter denen leckagefrei abgedichtet werden muß, immer anspruchsvoller. Wegen der ho hen Umfangsgeschwindigkeit an der Dichtstelle können oftmals nur berührungsfreie Dicht systeme eingesetzt werden.

Der Großteil der Spindelausfälle ist auf das Eindringen von Schmutz und Kühlschmierstoff in die meist fettgeschmierten Lager zurückzuführen. Bei der Dichtungsauslegung ist daher vor allem darauf zu achten, daß diese Nachteile verhindert werden. Außerdem besteht die Gefahr, daß aufgrund der Reibung in der Dichtung eine derartige Warme entsteht, daß die Werkzeuggenauigkeit meßbar beeinträchtigt ist und daß durch die relativ hohe Temperatur die Lebensdauer der Lagerschmierstoffe herabgesetzt wird.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ab dichtung insbesondere bei kleinen Spindeln (oder Wellen) bei Zubehörteilen von Werk zeugmaschinen, insbesondere bei angetriebenen Werkzeugen zu schaffen, welche das Eindringen von Schmutz und Kühlschmierstoff zuverlässig verhindert und welche darüber hinaus keine die Genauigkeit des Werkzeugs sowie die Lebensdauer der Lagerschmier stoffe beeinträchtigende Reibungswärme erzeugt.

Die technische Lösung wird mit der Erfindung ein insbesondere viskoser Dichtstoff im Dichtspalt zwischen den beiden Dichtungselementen vorgeschlagen.

Durch die Verwendung eines zusätzlichen Dichtstoffes im Dichtspalt wird für eine soge nannte Spaltdichtung die Spalthöhe null erreicht. Bei dem Dichtstoff kann es sich um eine Flüssigkeit, vorzugsweise aber um ein schwach-, normal- oder hochviskoses Mittel handeln.

Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dichtung schlägt vor, daß der Dichtstoff hinsichtlich seiner chemisch-physikalischen Eigenschaften derart ausgebildet ist, daß er bei der relativen Rotation der Dichtungselemente durch die zwischen dem Dichtstoff und den Wänden des Dichtspaltes wirkenden zwischenmolekularen Kräfte an den Wänden des Dichtspaltes überwiegend haften bleibt. Die Grundidee hinsichtlich der Struktureigen schaften des Dichtstoffes liegt darin, daß dieser Dichtstoff beim Füllen des Dichtspaltes an dessen Wänden haftet und bei der Rotation haften bleibt und sich nicht von den beiden Dichtspaltwänden löst. Der Dichtstoff ist dabei von seiner inneren Struktur so aufgebaut und hat derartige Eigenschaften, daß die gleitende Relativbewegung bei der Rotation innerhalb des Dichtstoffes, also im Innenbereich zwischen den Grenzflächen des Dichtstoffes und den Dichtspaltwänden stattfindet (und nicht direkt in der Grenzfläche), also in der Berüh rungsfläche zwischen dem Dichtstoff und der Dichtwand. Die zwischenmolekularen Anzie hungskräfte zwischen dem viskosen Dichtstoff und der Dichtspaltwand sind dabei größer als die durch die Rotation wirkenden Abreißkräfte an dieser Grenz- bzw. Berührungsfläche. Selbstverständlich kann nicht 100%-ig verhindert werden, daß ein geringer Teil des an der Dichtspaltwand anhaftenden Dichtstoffes dennoch abreißt, doch soll erfindungsgemäß "überwiegend" der Dichtstoff an der Wand haften bleiben. Der Vorteil des erfindungsgemä ßen Abdichtsystems besteht somit darin, daß sowohl beim Stillstand als auch bei der Rota tion der Spindel bzw. Welle eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet ist, welche das Eindringen von Schmutz und Kühlschmierstoff sicher verhindert. Da die aufgrund der Rota tion bedingte Reibungswärme im Innern des Dichtstoffes entsteht (nämlich dort, wo die Scherbewegung innerhalb des Dichtstoffes erfolgt), ist die Wärmebelastung des Werk zeugs nur gering mit der Folge einer nahezu unverfälschten Bearbeitungsgenauigkeit. Au ßerdem wird der Lagerschmierstoff nicht allzusehr mit Wärme belastet. Aufgrund der Ei genschaften des Dichtstoffes muß gleichzeitig auch weitestgehend sichergestellt sein, daß die zwischenmolekularen Kräfte so hoch sind, daß der Dichtstoffanteil, welcher sich mit der rotierenden Dichtspaltwand mitdreht, nicht oder nicht übermäßig durch die Zentrifugalkräfte hinausgeschleudert wird.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß der Dichtspalt ohne den Dichtstoff eine Spalthöhe größer null und mit dem Dichtstoff eine Spalthöhe gleich null aufweist. Somit wird bei einer derartigen Spaltdichtung durch den zusätzlichen Dichtstoff die Spalthöhe gleich null. Gleichzeit ist durch diese Spaltdichtung gewährleistet, daß keine Wärmeeinleitung durch die nichtberührende Dichtung erfolgt.

Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dichtung schlägt vor, daß der Dichtspalt einen kurzen axialen Eintrittsspalt, einen sich anschließenden Radialspalt sowie einen diesem sich anschließenden zweiten Axialspalt aufweist. Auf jeden Fall ist der Ra dialspalt (sowie der zweite Axialspalt) länger als der axiale Eintrittsspalt. Sie bilden gewis sermaßen ein "U" mit einem verkürzten einen Schenkel. Da der zweite Axialspalt nicht in einer Fangkammer oder einer berührenden Dichtung mündet, kann er entsprechend länger ausgebildet werden. Insbesondere hat diese erfindungsgemäße Anordnung des Dichtspal tes den Vorteil, daß der Radialspalt und der zweite Axialspalt die Spalthöhe null aufweisen.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß der Dichtspalt hinsichtlich seiner geometrischen Formgebung derart ausgebildet ist, daß eine erhöhte Rückförderung für eingedrungene Flüssigkeit erfolgt. Dies kann beispielsweise technisch für den radialen und/oder axialen Dichtspalt mittels eines Linksgewindes realisiert werden, so daß sich daraus eine erhöhte Rückförderung für bereits eingedrungenes Kühlmittel ergibt.

Schließlich wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß die auf der Spindel sitzende Dichtspaltwand zweiteilig mit der Spindel ausgebildet ist. Der Vorteil liegt in einer leichteren Fertigung sowie unkritischen Wärmebehandlung der Spindel. Außerdem ist dadurch eine einfache Möglichkeit zur Einstellung der Spalthöhe auf das gewünschte Maß durch Ab stimmung des aufgesetzten Bauteils gegeben. Die Dichtspaltwand kann dabei aufgepreßt, geklebt oder mit anderen Fügeverfahren (beispielsweise Löten, Schweißen etc.) verbunden werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtung für rotierende Spindeln wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt einen Ausschnitt der Spindel im Dichtungsbereich.

Die Spindel 1 besteht aus zwei Spindelteilen 1', 1''. Im Rotationsbereich zwischen diesen beiden Spindelteilen 1', 1'' befindet sich eine Dichtung 2 in Form einer sogenannten Spalt dichtung. Die beiden Dichtungselemente 2', 2'' der Dichtung 2 definieren zwischen sich ei nen Dichtspalt 3, bestehend aus einem Eintrittsspalt 3', einem daran sich anschließenden längeren Radialspalt 3'' sowie schließlich einem Axialspalt 3'''. In dem Dichtspalt 3 befindet sich eine viskoser Dichtstoff 4, so daß der Dichtspalt 3 die Spalthöhe null besitzt.

Die Funktionsweise der Dichtung ist wie folgt:
Bei einer Rotation der Spindel 1 bleibt der Dichtstoff 4 an den Wänden des Dichtspaltes 3 der beiden Dichtungselemente 2', 2'' weitestgehend haften und löst sich nicht von den Wänden. Die Relativbewegung erfolgt durch eine Scherung innerhalb des Dichtstoffes 4 im Dichtspalt 3. Durch diese ins Innere des Dichtstoffes 4 verlagerte Reibung ist die Wär meentwicklung nur gering, insbesondere derart gering, daß eine Wärmebeeinflussung des Werkzeugs mit einer Bearbeitungstoleranzüberschreitung nicht stattfindet.

Bezugszeichenliste

1

Spindel

1

',

1

'' Spindelteile

2

Dichtung

2

',

2

'' Dichtungselemente

3

Dichtspalt

3

' Eintrittsspalt

3

'' Radialspalt

3

''' Achsialspalt

4

Dichtstoff

Claims

1. Dichtung (2) für rotierende Spindeln (1) oder Wellen bei Zubehörteilen von Werkzeug maschinen, insbesondere bei angetriebenen Werkzeugen mit zwei relativ zueinander rotierenden Dichtungselementen (2', 2''), welche zwischen sich einen Dichtspalt (3) definieren, gekennzeichnet durch einen insbesondere viskosen Dichtstoff (4) im Dichtspalt (3) zwischen den beiden Dichtungselementen (2', 2'').

2. Dichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtstoff (4) hinsichtlich seiner chemisch-physikalischen Eigenschaften derart ausgebildet ist, daß er bei der relativen Rotation der Dichtungselemente (2', 2'') durch die zwischen dem Dichtstoff (4) und den Wänden des Dichtspaltes (3) wirkenden zwi schenmolekularen Kräfte an den Wänden des Dichtspaltes (3) überwiegend haften bleibt.

3. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtspalt (3) ohne den Dichtstoff (4) eine Spalthöhe größer null und mit dem Dichtstoff (4) eine Spalthöhe gleich null aufweist.

4. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtspalt (3) einen kurzen axialen Eintrittsspalt (3'), einen sich anschlie ßenden Radialspalt (3'') sowie einen diesem sich anschließenden zweiten Axialspalt (3''') aufweist.

5. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtspalt (3) hinsichtlich seiner geometrischen Formgebung derart ausgebildet ist, daß eine erhöhte Rückförderung für eingedrungene Flüssigkeit erfolgt.

6. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Spindel (1) sitzende Dichtspaltwand zweiteilig mit der Spindel (1) aus gebildet ist.