DE19916106C2 - Maschinenelement zur Durchführung von Medien während der Rotation zweier Maschninenteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinenelement zwecks Durchführung von Medien wie z. B. Gase und Flüssigkeiten während der Rotation zweier Maschinenteile zueinander gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Die marktüblichen Durchführungen für derartige Aufgaben sind in der Regel rotationssymmetrisch und besitzen entweder runde Dichtungen (O-Ringe) oder andere federunterstützte Dichtungen, bei denen eine Dichtlippe statisch auf dem feststehenden Teil aufliegt, während die zweite Dichtlippe gegen den rotierenden Teil abdichtet. Daher werden zur Realisierung eines jeden Durchführungskanals jeweils zwei Stück derartiger Dichtungen benötigt, die in einer Reihe zylinderför­ mig nebeneinander so angeordnet werden, daß die Achse der Dichtung mit der Rotationsachse der Drehdurchführung identisch ist. Somit wächst die Anzahl der erforderlichen Dichtungen und die damit verbunden Kosten sowie die Baulänge derartigen Durchführungen mit dem Faktor zwei der Durchführungskanäle. Dabei nimmt die Belastbarkeit dieses Maschinenelementes, in Bezug auf das tragbare Biegemoment, umgekehrt proportional zu der Anzahl der Druckmittelkanäle ab (siehe Katalog der Fa. TSR Anlagenbau GmbH in Hagen).

Eine derartige Durchführung zeigt die US-Patentschrift 4,063,743. Sie weist ein Dichtungspaar bestehend aus zwei einzelnen Dichtungen mit je zwei Dichtlippen auf, die auf einem feststehenden Teil axial nebeneinander d. h. in Richtung der Drehachse angeordnet sind und mit je einer Dichtlippe mittels Vorspannung der Dichtung auf dem feststehenden Teil statisch und mit ihrer zweiten Dichtlippe gegen das rotierende Teil dynamisch abdichten. Das Druckmedium gelangt von einem Teil zum anderen zwischen den beiden Dichtungen.

Die deutsche Patentschrift 9 26 170 beschreibt eine Drehdurchführung mit mehre­ ren axial in Richtung der Drehachse nebeneinander angeordneten Einzeldichtun­ gen mit je vier Dichtlippen, die an einem rotierenden Teil befestigt und in einem hohlzylinderischen Raum des zweiten Teils koaxial laufen und mit ihren vier Dichtlippen gegen denselben Teil dynamisch abdichten.

Das Druckmedium gelangt von einem Teil zum anderen über Bohrungen, die zwi­ schen den Dichtungen angebracht sind. Die Dichtungen werden durch Zwischenstücke auf Distanz gehalten und axial vorgespannt. die Distanzstücke teilen gleichzeitig den hohlzylinderischen Raum in zwei hohlzylinderischen Teilräumen, so daß die Anzahl der Druckmittelkanäle auf der gleichen Baulänge der Durch­ führung halbiert wird.

Die deutsche Patentschrift 5 60 674 beschreibt eine Drehdurchführung mit mehre­ ren axial d. h. in Richtung der Drehachse nebeneinander angeordneten Doppellip­ pen-Dichtungen, die durchbohrt sind und alle samt Distanzstücken aus Gummi und Leder zwecks Abdichtung vorgespannt werden.

Das Druckmedium gelangt von einem Teil zum anderen durch die Dichtungen.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 40 06 257 A1 beschreibt eine Drehdurch­ führung mit einer durchbohrten Dichtung, die mit zwei axial nebeneinander ange­ ordneten Dichtlippen auf einer quer durchbohrten Welle sitzten. Das Druckmedi­ um gelangt durch die Bohrungen der Dichtung in die Bohrung der Welle. Zwecks Abdichtens werden die beiden dynamisch abdichtenden Dichtlippen mit Hilfe von O-Ringen auf die Welle gedrückt.

Die britische Patentschrift 1 312 199 zeigt wie die deutsche Patentschrift P 21 19 468.3 eine Drehdurchführung mit zwei Dichtungen, die je zwei Dichtlippenpaaren besitzen. Ein Dichtlippenpaar sitzt statisch vorgespannt axial nebeneinander auf dem rotierenden Teil, während das zweite Dichtlippenpaar sich in einer radialen Nut koaxial zur Drehachse befindet und mit seinen beiden Dichtlippen gegen zwei zur Drehachse senkrechten Lauffläche der Nut dynamisch abdichtet.

Die deutsche Offenlegungsschrift 25 46 746 zeigt eine Drehdurchführung, in der die zuletzt beschriebene Dichtung in zweifacher Ausführung axial in einem einzigen feststehenden Teil mit zwei Nuten angeordnet ist.

Alle vorgenannten Drehdurchführungen besitzen folgende Nachteile:

• - Sie benötigen für mehrere Druckmittelkanäle entsprechend mehrere Dich­ tungen.
• - Sie reihen für mehrere Druckmittelkanäle ihre Dichtungen axial nebenein­ ander, wodurch die Bauweise fang und die Biegesteifigkeit des Bauteils erheblich reduziert wird.
• - Derartig konzipierte Dichtungen lassen sich, wie aus allen Veröffentlichun­ gen ersichtlich, nicht mehrfach an einem Stück fertigen.
• - Sie zeigen ausnahmslos mindestens ein vorgespanntes Dichtlippenpaar. Sie können somit nicht beidseitig selbstverstärkend abdichten.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei derartigen Durch­ führungen die Anzahl der Dichtungen zu reduzieren, die Baulänge zu verkürzen und das tragbare Biegemoment in Abhängigkeit zur Anzahl der Druckmittelkanäle zu steigern und die Herstellungskosten zu senken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.

Zufolge der labyrinthartigen Gestaltung der Durchführung verbunden mit der symmetrischen Ausbildung der zwischen ihren Dichtlippen durchbohrten Dich­ tung, ausgestaltet mit mindestens zwei Paar Dichtlippen, von denen sich minde­ stens ein Paar, in Bezug auf die Druckmittelbohrungen symmetrisch gegenüber liegende Dichtlippen, dynamisch abdichten, wird erfindungsgemäß für jede Durch­ führung unabhängig von der Anzahl der Druckmittelkanäle nur eine einzige laby­ rinthförmige Dichtung benötigt. Dadurch ändert sich die Baulänge der Durchfüh­ rung für verschiedene Anzahl von Durchführungskanälen nicht. Abhängig von der Anzahl der Durchführungskanälen ändert sich lediglich der Durchmesser bzw. die Bauhöhe der erfindungsgemäßen Durchführung.

Eine erfindungsgemäße Durchführung für mehrere Druckmittelkanäle besitzt demnach eine einzige labyrinthförmige Dichtung, die doppel soviel Dichtlippen­ paare besitzt wie Durchführungskanäle vorhanden sind. Die Bohrungen der Durchführungskanäle liegen alle reihenweise auf auf konzentrischen Zylindern. Die Dichtlippen sind in Bezug auf die einzelnen Kanalbohrungen paarweise sym­ metrisch.

Die beiden relativ zueinander beweglichen Teile der Durchführung weisen jeweils labyrinthartige Nuten und Vertiefungen auf, in die je ein Paar symmetrische Dichtlippen hineinragen. Die Vertiefungen der beiden Teile liegen sich derart gegenüber, daß ein Doppeldichtlippenpaar eines Durchführungskanals mit seinen zwischen den Lippenpaaren liegenden Kanalbohrungen das Transportmedium während der Relativbewegung der beiden Teile zueinander und zu der Dichtung von einem Teil zum anderen ohne Leckage durchlassen kann.

Die labyrinthartigen Nuten und Vertiefungen besitzen Bohrungen, durch die das Transportmedium zu anderen Maschinenteilen gelangt.

In einfachster Ausführung besitzt die erfindungsgemäße Durchführung zwei gegeneinander rotierende Teile mit je einer rechteckigen Nut, in die je ein Paar Dichtlippen einer Dichtung hineinragen. Während ein Dichtlippenpaar in der Nut eines Teils fest sitzt und gegen diesen Teil statisch abdichtet, dichtet das zweite Dichtlippenpaar in der Rechtecknut des zweiten Teils dynamisch ab.

Zwischen den beiden Dichtlippenpaaren befinden sich zusätzlich zu den Bohrun­ gen für den Durchfluß des Mediums weitere federnde Elemente, die dafür sorgen, daß selbst ohne Druckmedium die Dichtlippenpaare gegen die Wandung der Nut gedrückt werden und gut abdichten. Im Falle eines Druckmediums als Trans­ portmedium übernimmt das Druckmedium selbst diese Aufgabe.

Zwecks geringerer Abnutzung der Dichtlippen werden beide Dichtlippenpaare eines Durchführungskanals dynamisch abdichtend gestaltet, so daß die Dichtung gegenüber beiden abzudichtenden Maschinenteilen eine Relativbewegung auf­ weist. Eine derartig gestaltete Dichtung schwimmt somit zwischen den beiden abzudichtenden Maschinenteilen. Hierdurch verteilen sich Verschleiß und Ab­ nutzung gleichmäßig auf beide Dichtlippenpaare eines jeden Durchführungs­ kanals. Die Lebensdauer der Dichtung und der rotierenden Teile verdoppelt sich bei gleichen Parametern und Betriebsbedingungen.

Ebenfalls kann die Drehzahl bei gleicher Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Maschinenteilen verdoppelt werden.

Erfindungsgemäß wird für eine Durchführung unabhängig von der Anzahl der Durchführungskanälen nur eine einzige Dichtung benötigt. Eine derart konzipierte Durchführung baut stets sehr flach und läßt sich für beliebig große Durchmesser als labyrinthartige Scheiben einfach und preiswert herstellen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Dichtung einen Steg oder Kranz aufweist, der als Käfig eines Wälzlagers dient, das zwi­ schen den beiden bewegten und abzudichtenden Maschinenteilen angeordnet ist. Der Dichtungskranz besitzt Bohrungen bzw. rechteckige Löcher, die zur Auf­ nahme von Wälzkörpern, Kugeln, Zylindern, Tonnen oder Nadeln dienen. Die Relativgeschwindigkeit der beiden abzudichtenden Maschinenteile zueinander versetzt die Wälzkörper, die sich zwischen den beiden Maschinenteilen befinden, in Bewegung mit halber Geschwindigkeit. Durch die Bewegung der Wälzkörper wird die Dichtung gezwungen, sich mit der halben Relativgeschwindigkeit der beiden Maschinenteile zu bewegen.

Durch entsprechende Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Durchführung mit einem Wälzlager, wobei die beiden vorhandenen Teile der Durchführung direkt als Innen- und Außenring der Lagerung eines Radial- oder Axiallagers ausgebildet werden, entsteht ein neues und sehr kompaktes Maschinenelement, das in der Industrie eine breite Anwendung besitzt.

Der bewegliche Teil dieses kompakten Maschinenelementes erhält eine Art Verzahnung oder keilförmige Nuten, um direkt als Antrieb mittels einer Zahnrad- Zahnstange, Mehrkeil- oder Zahnriemen zu dienen. Die Labyrinthe der beiden Teile dieses Maschinenelementes werden nach der Dichtung weiter, jedoch mit engerem Spalt, fortgesetzt, um als berührungslose Dichtung gegen Schmutzeintritt zu dienen.

Bei Durchfluß von Vakuum als Medium werden aus Nuten und Vertiefungen Wülste und herausragende Stege und Kränze, die in die Dichtlippenpaare hinein­ ragen. Die Dichtlippen dichten dann nach innen auf den Stegen ab.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf schematisch dargestellte Figuren näher erläutert.

Konstruktiv einander entsprechende oder äquivalente Teile sind mit gleichen Bezugsnummern versehen.

Im Einzelnen Zeigen:

Fig. 1 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durchführung mit einer Dichtung bestehend aus zwei dynamisch wirkenden Dichtlippen für einen Druckmittelkanal,

Fig. 2 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durchführung mit einer Dichtung bestehend aus vier dynamisch wirkenden Dichtlippen für zwei Druckmittelkanäle und einem dritten Kanal für Medien ohne Druck bis hin zum Vakuum,

Fig. 3 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durchführung mit einer Dichtung bestehend aus vier dynamisch wirkenden Dichtlippen für einen Druckmittelkanal,

Fig. 4 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durchführung mit einer Dichtung bestehend aus acht dynamisch wirkenden Dichtlippen für zwei Druckmittelkanäle und einem dritten Kanal für Medien ohne Druck bis hin zum Vakuum,

Fig. 5 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durchführung mit einer Dichtung bestehend aus acht dynamisch wirkenden Dichtlippen für zwei Druckmittelkanäle und einem dritten Kanal für Medien ohne Druck bis hin zum Vakuum sowie einem mittleren Kranz als Käfig eines axialen Wälzlagers,

Fig. 6 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Durchführung mit einer Dichtung bestehend aus acht dynamisch wirkenden Dichtlippen für zwei Druckmittelkanäle und einem dritten Kanal für Medien ohne Druck bis hin zum Vakuum sowie einem seitlichen Kranz als Käfig eines radialen Wälzlagers.

Gemäß Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Durchführung (1, 2, 3) dargestellt. Zwi­ schen den zwei gegeneinander rotatorisch oder translatorisch beweglichen Teile (1, 2), durch die ein Medium strömt, ist in einem Labyrinth eine Dichtung (3) angeordnet. Die Dichtung (3) besitzt zwei Dichtlippenpaare bzw. ein Doppeldicht­ lippenpaar bestehend aus vier Dichtlippen, von denen sich ein Dichtlippenpaar in dem einen Teil (1) befindet und gegen diesen dynamisch abdichtet und das zweite Dichtlippenpaar fest in dem zweiten Teil (2) sitzt und gegen diesen sta­ tisch abdichtet.

Die Dichtlippenpaare sind vorteilhafterweise in Bezug auf ihre mittelebene sym­ metrisch gestaltet. Zwischen den Dichtlippenpaaren befinden sich parallel zur Symmetrieebene der Dichtung (3) Bohrungen (6), die zum Durchfluß von Medien, wie z. B. Gase, Druckluft, Öl, Wasser oder anderen Medien, dienen.

Zwischen den Dichtlippenpaaren werden vorteilhafterweise federnde Elemente (15) angebracht, die dafür sorgen, daß sich die Dichtlippenpaare stets an die beiden Teile (1, 2) fest andrücken.

Die relativ zueinander beweglichen Teile (1, 2) sind selbständige Teile eines Maschinenelements als Durchführungselement. Sie können jedoch auch Teile von Maschinen sein, durch die ein Medium während der Relativbewegung strömt. Die beiden Teile (1, 2) sind gegeneinander auf Wälzkörpern (17) geführt und mit Sicherungsringen (13, 14) gegen axiale Verschiebung gesichert.

Das Medium fließt durch die Bohrung (4) des einen Teils (2) über die Bohrungen (6) der Dichtung (3) in die Bohrung (5) des zweiten Teils (1). Teil (1) besitzt Keilrippen (19) oder eine Verzahnung, die zum Antrieb von außerhalb dient. Der Antrieb kann jedoch auch in der Mitte zwischen den beiden Teilen (1, 2) angeord­ net werden. Um das Eindringen von Schmutz und Verunreinigungen in die Dichtung zu vermeiden, wird das Labyrinth der Dichtung nach außen weiter fortgesetzt und mit einem engen Spalt (20) versehen.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Durchführung (1, 2, 3) bestehend aus den beiden Maschinenteilen (1, 2) sowie einer Dichtung (3) mit zwei übereinander angeordneten Doppeldichtlippenpaare zum Durchlaß zweier Medien. Die beiden Maschinenteile (1, 2) besitzen je drei Bohrungen (5, 7, 11) und (4, 8, 10) zum Durch­ laß von drei Medien. Die Dichtung besitzt drei Reihen von Bohrungen (6, 9, 12), die jeweils zwischen den Dichtlippenpaaren parallel zu einander verlaufen. Das erste Medium strömt durch die Bohrung (4) des Teils (2) über die Bohrungsreihe (6) der Dichtung (3) in die Bohrung (5) des Teils (1). Das zweite Medium fließt durch die Bohrung (10) des Teils (2) über die zweite Bohrungsreihe (12) der Dich­ tung (3) in die Bohrung (11) des Teils (1).

Zwischen den beiden Doppeldichtlippenpaaren befindet sich eine weitere Boh­ rungsreihe (9), die gemeinsam mit der Bohrung (8) im Teil (2) sowie der Bohrung (7) im Teil (1) ein drittes druckloses Medium, wie z. B. Abluft oder Ab­ wasser, während der Bewegung der beiden Teile (1, 2) durchströmen läßt.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Durchführung (1, 2, 3) bestehend aus den beiden Maschinenteilen (1, 2) und einer Dichtung (3) mit einem zweifach sym­ metrischen Doppeldichtlippenpaar, bei dem alle vier Dichtlippen dynamisch abdichten. Das Druckmedium gelangt durch die Bohrung (4) des einen Maschi­ nenteils (2) über die Bohrungsreihe (6) der Dichtung in die Bohrung (5) des zwei­ ten Maschinenteils (1). Ein Kranz in der Mitte der Dichtung (3) sorgt dafür, daß die Dichtung (3) einigermaßen mittig bleibt. Die Dichtung (3) ist somit zwischen den Maschinenteilen (1, 2) schwimmend untergebracht.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Durchführung (1, 2, 3), bei der die schwimmen­ de Dichtung (3) aus zwei dynamisch abdichtenden symmetrischen Doppeldicht­ lippenpaaren zur Durchführung zweier Medien besteht. Zwischen den beiden Doppeldichtpaaren befindet sich eine weitere Reihe von Bohrungen (9), die ge­ meinsam mit der Bohrung (8) des Maschinenteils (2) sowie der Bohrung (7) des Maschinenteils (1) ein drittes druckloses Medium durchströmen läßt.

Fig. 5 und 6 zeigen jeweils eine Ausführung der erfindungsgemäßen Durchführung (1, 2, 3) mit einer schwimmenden Dichtung (3), die einen Zwischensteg bzw. einen Kranz (16) aufweist. Der Zwischensteg der Dichtung (3) dient zur Aufnahme von Wälzkörpern (18) eines Axial- bzw. Radialwälzlagers. Dabei können die beiden gegeneinander beweglichen Maschinenteile (1, 2) selbst und unmittelbar als Lauf­ bahnen der Wälzkörper gestaltet sein. Die Wälzlager können axial, radial oder kombinierte sein.

Die in den vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung von Bedeutung sein.

Claims (5)

1. Maschinenelement zur Durchführung von Medien, insbesondere gasförmige und flüssige Druckmedien oder Vakuum, über zwei sich relativ zueinander rotie­ renden Maschinenteilen mit einer zwischen den Maschinenteilen liegenden durchbohrten Dichtung, bestehend aus mindestens zwei sich symmetrisch gegen­ über liegenden Dichtlippenpaaren mit dazwischen liegenden Bohrungen, die die beiden ringförmigen Räume zwischen den beiden Dichtlippenpaaren miteinander verbinden, wobei mindestens ein Dichtlippenpaar dynamisch selbstverstärkend abdichtet, dadurch gekennzeichnet,
daß die Maschinenteile (1, 2) labyrinthartige Nuten oder Vertiefungen mit je einer Bohrung zur Durchführung eines Mediums aufweisen, in deren Nuten mindestens ein Dichtlippenpaar der sich zwischen den beiden Maschinenteilen (1, 2) befindli­ chen Dichtung (3) statisch oder dynamisch abdichtend hineinragt, und
daß sich die Bohrungen (6) zwischen den beiden Dichtlippenpaaren der beiden Teile (1, 2) auf konzentrischen Zylindern befinden.

2. Maschinenelement zur Durchführung von Medien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippenpaare der Dichtung (3) doppelt oder mehrfach über oder ne­ beneinander flach angeordnet sind.

3. Maschinenelement zur Durchführung von Medien nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Dichtlippenpaaren Bohrungsreihen (9) befinden, die zum drucklosen Abfluß von gasförmigen oder flüssigen Medien dienen.

4. Maschinenelement zur Durchführung von Medien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (3) mit allen ihrer Dichtlippenpaaren dynamisch abdichtet und selbst zwischen den beiden abzudichtenden Maschinenteilen (1, 2) schwimmt.

5. Maschinenelement zur Durchführung von Medien nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (16) der Dichtung (3) als Käfig eines Wälzlagers (18) dient.