DE3008319A1 - Dichtungsanordnungen fuer eine vorrichtung mit einem, in einem stator gelagerten rotor - Google Patents

Description

- 5 Beschreibung

Die Erfindung betrifft Dichtungsanordnungen für eine Vorrichtung mit einem,in einem Stator gelagerten Rotor. Sie betrifft damit allgemein das Gebiet der Dichtungsanordnung und bezieht sich insbesondere auf eine verbesserte Dichtungsanordnung zum dichten Abtrennen einer Hochdruckkammer von einer Niederdruckkammer.

Es wurden schon verschiedene Arten von Drehbetätigungsorganen entwickelt. Zu diesen gehört auch ein Drehbetätigungsorgan mit begrenzter Beweglichkeit, das gewöhnlich einen Rotor aufweist, der in einem Stator gelagert ist und von dem ein oder mehrere radiale Flügel abstehen. Die Flügel trennen normalerweise zwei Kammern voneinander und ein Druckunterschied kann zwischen den Kammern anliegen, um eine gezielte Drehbewegung des Rotors relativ zum Stator zu bewirken. Solche Drehbetätingsorgane mit begrenzter Beweglichkeit sind vielfältig verwende=

bar und wurden zur Steuerung der aerodynamischen Flugsteuerflächen von Flugzeugen und Lenkwaffen als auch zur Bewegung von Radarantennen, Laserrichtflächen und dgl. eingesetzt.

Die Entwicklung und Verwendung solcher Drehbetätigungsorgane war bislang jedoch durch die Schwierigkeit beeinträchtigt, die beiden Kammern unter einer Vielzahl unterschiedlicher Belastungsbedingungen dichtungsmässig voneinander zu trennen.

Die Erfindung schafft demgegenüber verbesserte Dichtungsanordnungen für Vorrichtungen, die einen in einem Stator gelagerten Rotor aufweisen. Der Rotor oder Stator hat wenigstens einen Flügel, der sich im wesentlichen radial zu dem betreffenden anderen Teil (Rotor bzw. Stator) erstreckt und eine Hochdruckkammer an seiner einen Seite von einer Niederdruckkammer an seiner anderen Seite zu trennen vermag. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Fluidsteuereinrichtung zur Regulierung der Fluidströmung in Bezug auf die Kammern und um damit die

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gewünschte Bewegung des Rotors zu bewirken.

Die erste verbesserte Dichtungsanordnung schafft eine bogenförmige Dichtungszone zwischen benachbarten Bereichen von Rotor und Stator in Nähe der Niederdruckkammer. Diese Dichtungsanordnung umfasst: ein Dichtungselement mit einer ersten Oberfläche, die so angeordnet ist, dass sie einen benachbarten Bereich des Rotors berührt, und mit einer zweiten Oberfläche, die so angeordnet ist, dass sie einen benachbarten Bereich des Stators berührt; eine Quelle zur Schaffung eines Fluiddruckes, wobei der Druck dieser Quelle grosser als der Druck in der Niederdruckkammer ist; und eine Leitung, die den Druck von der Quelle an der ersten und zweiten Endfläche des Dichtungselementes anlegt, so dass die erste und zweite Oberfläche in dichtendem Eingriff mit dem Rotor und Stator in Nähe der Niederdruckkammer gedrückt werden.

Die zweite verbesserte Dichtungsanordnung schafft Dichtungszonen zwischen den zugewandten Oberflächen von Flügel und Rotor oder Stator. Diese Dichtungsanordnung umfasst: eine in ihrer Länge durchgehende Aussparung, die sich in den Flügel von dessen drei Oberflächen aus hineinerstreckt, wobei die Aussparung in die erste und dritte Oberfläche des Flügels nahe ihren distalen Enden tiefer hineinragt und beabstandete Seitenwände aufweist, die durch einen Zwischenboden voneinander getrennt sind, und ein entsprechend konfiguriertes nachgiebiges Element, das in der Aussparung unter Druck stehend angeordnet ist und sich von der Aussparung nach innen und nach aussen in dichtendem Eingriff mit dem Boden der Aussparung bzw. den zugewandten Oberflächen von Rotor oder Stator ausbeult.

Der Erfindung liegt daher das allgemeine Ziel zugrunde, verbesserte Dichtungsanordnungen für Vorrichtungen mit einem Rotor und Stator zu schaffen, um eine Hochdruckkammer von einer Niederdruckkammer dichtend abzutrennen. Ein weiteres Ziel der

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Erfindung ist die Schaffung verbesserter Dichtungsanordnungen zur Verwendung in einem Drehbetätigungsorgan mit begrenzter Beweglichkeit. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Dichtungsanordnung, die bei Verschleiss selbstkompensierend ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Dichtungsanordnung, bei der ein Dichtungselement in dichtendem Eingriff mit einem Rotor und Stator druckbelastet ist.

Zusammengefasst werden durch die Erfindung zwei Dichtungsanordnungen für ein Drehbetätigungsorgan geschaffen, das einen in einem Stator gelagerten Rotor aufweist. Der Rotor hat wenigstens einen Flügel, der sich radial nach aussen von einer Nabe erstreckt und in einer entsprechenden Statorausnehmung aufgenommen ist. Der Flügel trennt eine Hochdruckkammer an seiner einen Seite von einer Niederdruckkammer an seiner anderen Seite. Eine verbesserte Dichtungsanordnung schafft

eine bogenförmige Dichtungszone zwischen Bereichen von--Rotcrr

und Stator nahe der Rotorwelle in Nähe der Niederdruckkammer. Diese Dichtungsanordnung umfasst ein ringförmiges Dichtungselement mit einem L-förmigen Querschnitt, das in vollständiger dichtender Eingriffsnahme mit dem Rotor und Stator in Nähe der Niederdruckkammer druckbelastet wird. Die Quelle für diesen Druck kann von der Hochdruckkammer abgeleitet werden. Die andere Dichtungsanordnung ist so ausgelegt, dass sie zwischen den zugewandten longitudinalen und stirnseitigen Oberflächen von Rotor und Stator Dichtungszonen vorsieht.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine fragmentarische longitudinal geschnittene Ansicht von einem Drehbetätigungsorgan mit begrenzter Beweglichkeit und darin eingebauten verbesserten Dichtungsanordnungen nach der Erfindung,

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Pig. 2 eine fragmentarische .' quergeschnittene Ansicht des Drehbetätigungsorgans bei Betrachtung längs der Linie 2-2 in Fig. 1, und

Fig. 3 eine vergrösserte fragmentarische längsgeschnittene Ansicht der ersten verbesserten Dichtungsanordnung, . wobei diese Ansicht eine Vergrösserung der Konstruktion in der in Fig. 1 angedeuteten Zone ist.

Bevor auf die Zeichnung im einzelnen eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente und/oder Anordnungen in den verschiedenen Figuren durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

In der Zeichnung und insbesondere Fig. 1 sind die beiden verbesserten Dichtungsanordnungen nach der Erfindung gezeigt, wobei die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zur Verwendung in einer geeigneten Vorrichtung 11 das allgemeine Bezugszeichen 10 und 82 tragen.

Die Umgebung für den Einsatz

In Fig. 1 und 2 ist die gezeigte Art einer derartigen Vorrichtung 11 in Form eines Drehbetätigungsorgans mit beschränkter Verlagerungsmöglichkeit wiedergegeben. Dieses Betätigungsorgan 11 umfasst in groben Zügen ein mehrteiliges Gehäuse oder einen Stator 12, der mit einer in Horizontalrichtung sich erstreckenden Durchlassöffnung versehen ist, und einen Rotor 13, der in der Durchlassöffnung des Stators angeordnet ist und eine Welle 14 trägt, die im Stator durch geeignete nicht gezeigte Lager gehalten ist.

Nach Fig. 2 umfasst der Stator 3 stationäre_/jeweils mit 15 angedeutete Rippen oder Flügel,die um einen Winkelabstand von 120° umfänglich des Stators angeordnet sind und sich jeweils radial in die Statoröffnung hineinerstrecken.

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Die Statoröffnung ist mit einer zylindrischen Se-TKientflache zwischen jedem Paar benachbarter StatorElügeln 15,

15 versehen, vgl. die einzelnen Bezugszeichen 16.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist der Stator 12 ein zwischenliegendes rohrförmiges Element 18 mit offenen Enden auf, in dem die Durchlassöffnung ausgebildet ist, sowie eine linke Endkappe 19, die in geeigneter Weise am linken Randbereich des Statorelementes 18 befestigt ist, und eine rechte Endkappe 20, die in geeigneter Weise am rechten Randbereich des Statorelementes 18 befestigt ist. Die linke Endkappe 19 hat, wie dargestellt, eine nach rechts weisende ringförmige vertikale Oberfläche 21, die so angeordnet ist, dass sie das linke Ende der Statoröffnung verschliesst, und eine Axialbohrung 22, die den linken Teil der Rotorwelle 14 aufnimmt. Umgekehrt hat die rechte Endkappe 20 eine nach links weisende ringförmige vertikale Oberfläche 23,

die ebenfalls so angeordnet ist, dass sie das rechte-Ende

der Statoröffnung verschliesst, und eine Axialbohrung 24, die den rechten Teil der Rotorwelle 14 aufnimmt.

Der Rotor 13 umfasst, wie dargestellt, eine zylindrische Nabe 25, die in der Statoröffnung innerhalb der dem Stator abgewandten Enden der drei Statorflügel angeordnet ist. Drei umfänglich in einem Winkelabschnitt von 120° angeordnete Rotorflügel, die jeweils das Bezugszeichen 26 tragen, erstrecken sich von der Rotornabe radial nach aussen, so dass ihre aussenliegenden Bereiche sehr nahe an den Oberflächen

16 der Statoröffnung zu liegen kommen. Die Rotornabe weist zwischen jedem Paar benachbarter Rotorflügel 26, 26 eine zylindrische Segmentfläche auf, die jeweils bei 28 angedeutet ist. In Fig. 1 ist die Rotornabe als Teil mit einer ringförmigen vertikalen linken Endfläche 29 gezeigt, die so angeordnet ist, dass sie nahe der linken Endkappenfläche 21 liegt. Eine an der anderen Seite vorgesehene ringförmige vertikale rechte Endflüche 30 befindet sich nahe der rechten Endkappenfläche 23.

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Jeder Rotor- und Statorflügel weist eine partielle äussere Aussparung 31 auf, die in der Querschnittsansicht nach Fig. 2 rechteckförmig und in der längsgeschnittenen Ansicht nach Fig. 1 etwa U-förmig erscheint. Eine entsprechend ausgebildete Dichtung mit einem Dichtungselement 32, das zwischen zwei abdeckscheibenförmigen Elementen 33, 3 3 unter Kompression angeordnet ist und sich über die beiden Elemente 33 radial nach aussen hinauserstreckt, ist in jeder Flügelaussparung angeordnet und steht in abdichtender Schleifberührung mit der naheliegenden zylindrischen Fläche 16 oder 28. Was die Statorflügel .betriff t, so ist demzufolge jeder longitudinale Dichtung sabschnitt 34 so angeordnet, dass er schleifend die nabenseitige zylindrische Oberfläche 28 berührt, während jeder linke radiale Abschnitt 35 so angeordnet ist, dass er dichtend die linke Endkappenflache 21 berührt_Aund jeder rechte radiale Abschnitt 36 so angeordnet ist, dass er dichtend die rechte Endkappenflächen 23 berührt. Was umgekehrt, die Rotorflügel betrifft, so ist jeder longitudinale Dichtungsabschnit-t—2-8-

so angeordnet, dass er schleifend die -statorseitige zylindrische Oberfläche 16 berührt, während jeder linke radiale Abschnitt 28 in schleifender Berührung mit der linken Endkappenfläche 21 und jeder rechte radiale Abschnitt 40 in schleifender Berührung mit der rechten Endkappenflache 23 steht. Wie am besten in Fig. 1 zu sehen ist, sind die aussenliegenden Endbereiche dieser Rotor- und Statordichtungen bei 41 nach innen gerichtet und in geeigneten vertieften Aussparungen 42 aufgenommen, die im Rotor bzw. Stator vorgesehen sind, so dass eine mechanische Verbindung zwischen den;!betreffenden Dichtungen und dem zugehörigen Flügel erhalten wird. Das nachgiebige Element 32 ist unter Kompressionskraft längs der gesamten Länge der Dichtung zwischen den abdeckscheibenförmigen Elementen 33, 33 eingeschlossen. Dies hat zur Folge, dass sich das nachgiebige Element sowohl radial nach innen in dichtendem Eingriff mit der Aussparung 31 als auch radial nach aussen in dichtendem Eingriff mit dem naheliegenden Bauteil auswölbt. Neben der Schaffung einer mechanischen Verbindung bewirken

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die nach innen weisenden Endabschnitte , dass sich das zwischenliegende nachgiebige Element nahe dem radialen inneren Ende der Dichtung nach aussen wölbt.

Auf diese Weise trennt jeder Rotorflügel 26 eine erste Kammer 43 an seiner einen Seite von einer zweiten Kammer 44 an seiner anderen Seite. Weiter ist es üblich, bei einem derartigen Betätigungsorgan eine nicht gezeigte Fluidsteuereinrichtung vorzusehen, die die Fluidströmung in Bezug auf die Kammern 43, 44 einstellt. Es können daher geeignete nicht gezeigte Ventil- und Leitungseinrichtungen vorgesehen werden, so dass das hydraulische Fluid gezielt jeder Kammer 43, 43, zugeführt und gleichzeitig aus jeder Kammer 44, 44, 44 abgenommen werden kann bzw. umgekehrt^und ein Druckunterschied zwischen den Kammern 43, 44 die gewünschte Drehbewegung des Rotors relativ zum Stator hervorruft. Wenn ein derartiger Druckunterschied zwischen den Kammern 43, 44 vorliegt, wird sich die mit höherem Druck beaufschlagte Kammer bei "der ~ Drehung des Rotors volumenmässig auf Kosten ihres zusammenwirkenden Gegenteiles ausdehnen. Unter geeigneter Druckbeaufschlagung kann daher eine der Kammern 43, 44 als Hochdruckkammer und die andere als Niederdruckkammer bezeichnet werden. Selbstverständlich lässt sich die Polarität des Druckunterschiedes zwischen den Kammern 43, 44 gezielt umkehren, was eine umgekehrte Bewegung des Rotors bewirkt. Wenn die Drücke in den Kammern 43, 44 einander gleich sind, bewegt sich der Rotor nicht, sofern auf die Rotorwelle 14 kein äusseres Drehmoment einwirkt. Dieser Zustand kann auch infolge der Reibkräfte zwischen Rotor und Stator eintreten, wenn der Druckunterschied relativ klein ist.

Darauf hinzuweisen ist, dass die an dem Rotor und Stator vorgesehenen äusseren Dichtungen die Wirkung haben, die Kammern partiell abzudichten mit Ausnahme umfänglich nahe der Verbindungsstelle zwischen den Endflächen 29, 30 der Rotornabe und den betreffenden Endkappenflächen 21, 23. Der

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Fachmann wird erkennen, dass sich die Länge dieses nicht abgedichteten Bereiches je nach Stellung des Rotors relativ zum Stator zu irgendeinem Zeitpunkt für jede Kammer ändern wird.

Dichtungsanordnung 10

Nach Fig. 1 und 3 schafft die erste verbesserte Dichtungsanordnung 10 eine bogenförmige Dichtungszone zwischen Rotor und Stator in Nähe von jeder Niederdruckkammer.Wie am besten in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine derartige Dichtungsanordnung 1.0 so angeordnet, dass sie zwischen der statorseitigen linken Endkappe und der linken Endfläche des Rotors wirkt, während die andere Dichtungsanordnung ihre Wirkung zwischen der rechten Endkappe am Stator und der rechten Endfläche am Rotor entfaltet. Die nachfolgende Beschreibung richtet sich im wesentlichen auf die rechte Dichtungsanordnung, da die linke ebenso ausgebildet ist. . ..

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist eine ringförmige Aussparung in der rechten Endkappe vorgesehen, die die rechte Dichtungsanordnung 10 aufnimmt. Diese Aussparung wird von einer zylindrischen Fläche 45 begrenzt,die sich in Axialdichtung in die rechte Endkappe 20 von ihrer ringförmigen vertikalen Fläche 23 erstreckt.und weitere Begrenzungen der Aussparung werden eine nach links weisende ringförmige vertikale Absatzfläche durch 76, eine sich daran nach rechts in Axiälrichtung anschliessende zylindrische Fläche 47 und eine nach links weisende ringförmige vertikale Fläche 48 gebildet, die auf die Bohrung 24 in. der rechten Endkappe trifft.

Die bevorzugte Ausführungsform der Dichtungsanordnung 10 umfasst in weitem Sinne ein Dichtungselement 49, ein Halteelement 50, eine Fluiddruckquelle und eine Leitung, die so angeordnet ist, dass sie den Druck von der Quelle auf das Dichtungselement einwirken lässt.

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Das Dichtungselement 49 ist, wie dargestellt, ein ringförmiges Teil, das die Rotorwelle 14 umgibt und einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt hat (Fig. 3). Insbesondere weist das Dichtungselement 49 eine ringförmige vertikale erste Fläche 51, die die benachbarte Rotorfläche 30 berührt, eine zylindrische zweite Fläche 52, die die benachbarte Statorfläche 45 berührt,und eine ringförmige vertikale Endfläche 53 sowie eine zylindrische Endfläche 54 auf. Das Dichtungselement hat ferner, wie dargestellt, eine nach rechts weisende ringförmige vertikale Fläche 55 und eine zylindrische Fläche 56. Die erste Stirnfläche des Dichtungselementes umfasst die Endfläche 53 und die Oberfläche 55 und die zweite Stirnfläche des Dichtungselementes die Endfläche 54 und die Oberfläche 56. Das Dichtungselement 49 kann aus einem Material mit niedrigem Reibungswert, z.B. Polytetrafluoräthylen oder dgl., bestehen.

Das Halteelement 50 ist eine zweiteilige Konstruktion_un.d „.

umfasst ein nachgiebiges Element 58 und einen Halter 59. Das nachgiebige Element 58 ist ringförmig und hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Insbesondere weist das nachgiebige Element eine ringförmige vertikale linke Fläche 60, die in Berührung mit der Fläche 55 des Dichtungselementes steht, eine ringförmige vertikale rechte Fläche 61, eine innere zylindrische Oberfläche 62 und eine äussere zylindrische Oberfläche 63 auf, die in Berührung mit der Fläche 56 des Dichtungselementes steht. Das nachgiebige Element besteht vorzugsweise aus einem geeigneten Elastomermaterial, wie Gummi oder dgl. Der Halter 59 hat, wie dargestellt, eine ringförmige vertikale linke Fläche 64, eine ringförmige vertikale rechte Fläche 65, eine zylindrische innere Oberfläche 66, die in Abstand die Welle 14 umgibt, eine zylindrische äussere Oberfläche 68 und zwischen der äusseren Oberfläche und der linken Fläche einen abgestuften Bereich. Dieser abgestufte Bereich umfasst eine zylindrische Oberfläche 69, die sich nach rechts von der linken Fläche 64 erstreckt, eine

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ringförmige vertikale Oberfläche 70, die sich daran nach aussen hin anschliesst, eine zylindrische Oberfläche 71, die sich davon nach rechts anschliesst und eine ringförmige vertikale Oberfläche 72, die sich nach aussen anschliesst, um in Verbindung, mit der äusseren Oberfläche 68 zu treten. Eine ringförmige Aussparung 73 mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt erstreckt sich nach rechts in den Halter von der Oberfläche 70 aus. Insbesondere weist der Halter 50, wie dargestellt, eine Durchgangsöffnung 74 auf, die die innere und äussere Oberfläche des Halters miteinander verbindet, so dass die auf die erste und zweite Fläche des Dichtungselementes einwirkenden Drücke gleich sind. Der Halter besteht aus einem geeigneten Metall, obgleich auch andere Materialien anstelle davon ohne weiteres verwendet werden können.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist eine unterlegscheibe 75 so angeordnet, dass ihre ringförmige vertikale rechte———— Stirnfläche 76 an der Statorfläche 46 und ihre ringförmige vertikale linke Stirnfläche 78 an der rechten Fläche 65 des Halters anliegt. Die Unterlegscheibe hat lediglich die Funktion eines Abstandshalters, um das nachgiebige Element in den erwünschten Umfang zusammenzudrücken. Daher können Unterlegscheiben mit unterschiedlichen Dicken angeordnet werden, um den durch Fertigungstoleranzen bedingten unterschiedlichen Abmessungen Rechnung zu tragen. Wenn die Aussparung in der Endkappe genau bearbeitet ist, kann die Unterlegscheibe 75 weggelassen werden, so dass die rechte Stirnfläche 65 des Halters dann direkt die Statorfläche 46 berührt. Das Halteelement hat die Aufgabe, die erste und zweite Oberfläche des Dichtungselementes in Berührung mit den benachbarten Flächen an Rotor und Stator zu drücken und sicherzustellen, dass die Stirnflächen des Dichtungselementes dem gleichen Fluiddruck ausgesetzt sind.

Obgleich dies kein direkter Teil der Erfindung darstellt, ist ein O-Ring 79' zwischen der rechten Stirnfläche 76 der Unter-

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legscheibe und den Oberflächen 47, 48 der Statorausnehmung zusammengedrückt, um eine ringförmige Dichtung 80 radial nach innen in Druckeingriff mit der Welle 14 zu drücken. Die Funktion dieses O-Ringes besteht somit darin, eine Fluiddichtung zwischen Stator und Welle zu schaffen.

Wenn, wie schon erwähnt, die Vorrichtung in Betrieb steht, wird eine der Kammern 43, 44 relativ zur -anderen zwangsmässig unter Druck gesetzt. Diese Hochdruckkammer stellt die Fluiddruckwelle dar. Die Kammer 81,in der sich die Dichtungsanordnung befindet, ist normalerweise mit dem Hydraulikfluid gefüllt. Wenn zwischen den Kammern 43, 44 ein Druckunterschied vorliegt, kann der Druck von der Hochdruckkammer längs dem Dichtungselement 49 austreten oder abfHessen, um das Fluid in der Kammer 81 der Dichtungsanordnung auf im wesentlichen den Druck wie in der Hochdruckkammer zu bringen. Der Grund hierfür liegt darin, dass der Druck in Nähe der Hochdruckkammer' das Dichtungselement 49 aus seiner berührende-r-

Eingriffnähme mit dem Rotor oder-Stator oder mit beiden Teilen gegen die entgegenwirkende durch das Halteelement ausgeübte Vorspannkraft wegbewegen kann. Dieses Verlagerung des Dichtungselementes bildet, wenn auch nur vorübergehend, eine Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Kammer der Dichtungsanordnung. Das Druckfluid in der Kammer 81 der Dichtungsanordnung beaufschlagt die erste und zweite Stirnfläche des ■ Dichtungselementes mit der Folge, dass die erste und zweite Oberfläche des Dichtungselementes in dichtender Berührung mit den benachbarten Rotor- und Statorflächen in Nähe der Niederdruckkammer kommen, wo ein Druckunterschied vorliegt. Das Dichtungselement kann natürlich zur Schaffung einer derartigen Verbindung zwischen Hochdruckkammer und Kammer der Dichtungsanordnung sich abbiegen oder verformen, wenn zwischen diesen Kammern ein ausreichender Druckunterschied vorliegt, der die Vorspannkraft des Halteelementes überwindet. Da der Druckunterschied zwischen den Kammern 43, 44 sowohl in der Polarität als auch Grosse sich verändern kann, kann das Austreten oder Abfliessen des Druckes aus der Hochdruck-

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kammer in die Kammer der Dichtungsanordnung,sowohl was die Position als auch Dauer betrifft, Änderungen erfahren. Das Dichtungselement wird daher in fester dichtender Berührung mit dem Rotor und Stator in Nähe von jeder Niederdruckkammer unabhängig von der Stellung des Rotors relativ zum Stator druckbelastet, wobei nur die durch das Halteelement ausgeübte Vorspannkraft einen Druckaustritt von der Hochdruckkammer in die Kammer der Dichtungsanordnung verhindert- Mit anderen Worten: die Kraft, mit der ein bestimmtes bogenförmiges Segment des Dichtungselementes in Berührung mit dem Rotor und Stator gepresst wird, hängt von der Nähe dieses Segmentes zur Unterdruckkammer ab. Nachdem sich die Drücke in der Kammer der Dichtungsanordnung und in der Hochdruckkammer im wesentlichen ausgeglichen haben, wird das Dichtungselement in Berührung mit dem Rotor und Stator in Nähe der Hochdruckkammer nur durch die konstante normale Vorspannkraft gedrückt, die von dem Halteelement ausgeübt wird. In Nähe der Niederdruckkammer jedoch wird die Vorspannkraft des" Haitre- " elementes durch den Differentialdruck zwischen der Kammer der Dichtungsanordnung und der Niederdruckkammer unterstützt, der auf die erste und zweite Fläche des Dichtungselementes einwirkt. Die Stärke der verteilten Belastung, die das Dichtungselement gegen die Rotor- und Statorflächen drückt, ist in Nähe der Niederdruckkammer tatsächlich grosser, wo die Vorspannkraft des Halteelementes durch den Differentialfluiddruck unterstützt wird, als in Nähe der Hochdruckkammer, wo diese Unterstützung der Vorspannkraft des Halteelementes nicht vorliegt.

Dichtungsanordnung 82

Nach Fig. 1 und 2 schafft die Erfindung weiter eine zweite verbesserte Dichtungsanordnung 82, die auf einem Flügel 15 angebracht ist und zwischen dem Flügel und den zugewandten Rotor-oder Statorflächen Dichtungszonen vorsieht. Jeder Rotorflügel 15 weist, wie dargestellt, eine linke vertikale erste

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Oberfläche 29, die der ersten Oberfläche 21 des Stators zugewandt liegt, eine am anderen Ende befindliche rechte vertikale zweite Oberfläche 30, die der zweiten Oberfläche 23 des Stators zuweist, und eine zwischenliegende longitudinale dritte Oberfläche 83 auf, die so angeordnet ist, dass sie der dritten Oberfläche 16 des Stators zugewandt liegt. Umgekehrt umfasst jeder Statorflügel 15 eine linke vertikale erste Oberfläche 84, die der ersten Oberfläche 21 des Stators zugewandt ist, eine gegenüberliegende rechte vertikale Oberfläche 85, die der zweiten Fläche 23 des Stators zugewandt ist, und eine zwischenliegende longitudinale dritte Fläche 86, die der dritten Fläche 28 des Rotors zugewandt ist.

Die verbesserte Dichtungsanordnung 82 umfasst im weitestgehenden Sinne eine in ihrer Länge kontinuierliche Aussparung 31, die sich in den Flügel von seiner ersten, zweiten und dritten Fläche erstreckt. Nahe ihren distalen Enden ragt die Aussparung tiefer und vorzugsweise rechteckförmig in den Flügeln von dessen erster und zweiter Oberfläche, wie bei 32 angedeutet, hinein. Wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, ist die Aussparung rechteckförmig mit gegenüberliegenden Seitenwänden 88, 88, die durch einen Zwischenboden 8 9 voneinander getrennt sind. Das nachgiebige Element 38 ist entsprechend der perimetrischen Gestalt der Aussparung 32 ausgelegt und in der Aussparung 32 durch ein Paar abdeckscheibenförmige Elemente 33, 33 unter Druck aufgenommen.

Die Druckbeaufschlagung des nachgiebigen Elementes 38 durch die Wände 88, 88 der Aussparung bewirkt, dass sich das nachgiebige Element radial nach innen in dichtender Berührung mit dem Boden 8 9 der Aussparung und ebenfalls radial nach aussen in dichtender Berührung mit der benachbarten zugewandten Oberfläche von Rotor oder Stator auswölbt. Die Aufnahme der nach innen weisenden Endabschnitte 41 des nachgiebigen Elementes in dem vertieften entfernt liegenden Endabschnitt 42 der Aussparung ergibt eine mechanische Verbindung und gewährleistet

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einen dichtenden Eingriff zwischen nachgiebigen Element und zugewandter erster bzw. zweiter Oberfläche von Rotor und Stator.

Abänderungen

Es sei deutlich darauf hingewiesen, dass ohne Abweichen vom Wesen der Erfindung verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden..können.

Obschon das Dichtungselement 49 vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen wegen dessen niedrigem Reibungswert besteht, können natürlich auch andere Materialien anstelle davon verwendet werden. Wenn erwünscht, kann das Dichtungselement aus einem geeigneten'Metall, z.B. Bronze oder dgl. bestehen.Ebenso kann die Gestalt des Dichtungselementes ohne weiteres verändert werden. Wenn erwünscht, kann der Querschnitt des Dichtungselementes quadratisch, rechteckförmig, dreieckförmig sein oder irgendeine andere Formgebung haben. Falls der Querschnitt dreieckförmig ist, können die verschiedenen eingeschlossenen Winkel variiert werden, um die Kraftkomponenten, die das Dichtungselement in Berührung mit Rotor und Stator drücken, zu modifizieren. Die erste und zweite Oberfläche des Dichtungselementes sollten jedoch jeweils einen Abschnitt haben, der in wesentlicher dichtender Berührung mit den benachbarten Oberflächen von Rotor bzw. Stator steht. Möglicherweise könnte der Halter 59 unter Vorsehen von einem vergrösserten nachgiebigen Element, das eine Absatzfläche des Stators berührt, gänzlich weggelassen werden, wobei jedoch zu beachten ist, dass ein ausreichender Fluiddruck auf die erste und zweite Stirnfläche des Dichtungselementes aufgegeben wird. Auch könnte es möglich sein, das Halteelement insgesamt wegzulassen. Z.B. könnte das Dichtungselement in geeigneter Weise gestaltet werden, um eine geeignete Statorfläche direkt zu berühren. Die erste und zweite Oberfläche des Dichtungselementes brauchen nicht notwendigerweise, wie dargestellt, zylindrisch oder planar sein.

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Wenn erwünscht, können diese Flächen mit Rippen oder mit irgendeiner anderen Einrichtung versehen sein, durch die die aufgegebene Belastung konzentriert werden kann. Eine solche Rippenkonstruktion würde auch die Reibungsberührungsfläche zwischen Dichtungselement und Rotor sowie Stator verringern. Es versteht sich, dass die verbesserte Dichtungsanordnung nicht auf die Verwendung in einem begrenzt verdrehbaren Drehbetätigungsorgan beschränkt ist, sondern eine grössere Anwendungsvielfalt aufweist, um eine Dichtungszone zwischen einer geeigneten Vorrichtung mit einem Rotor und einem Stator vorzusehen. Die Ausdrücke "Vorrichtung", "Rotor" und "Stator" sollten daher im weitesten Sinne interpretiert werden. Ebenfalls ist der Ausdruck "Kammer" nicht in seiner Bedeutung nur auf eine abgedichtete Kammer bezogen, sondern kann sämtliche Arten von Kammern oder damit in Verbindung stehenden Durchlasswegen umfassen, unabhängig davon, ob diese Kammern abgedichtet sind oder in Verbindung mit der Atmosphäre stehen und unabhängig von dem darin befindlichen

exakten Druck. Bei dem Fluid kann es sich natürlich entweder um Flüssigkeiten oder Gase handeln. Als Alternative für das durch die Druckablassung bewirkte selbsttätige Druckbeaufschlagen der Kammer der Dichtungsanordnung könnte diese Kammer auch von einer anderen Quelle, wenn erwünscht, unter Druck gesetzt werden. Z.B. könnte eine geeignete Leitung so angeordnet werden, dass sie den Speisedruck direkt der Kammer der Dichtungsanordnung zuführt. Der Druck in der Kammer der Dichtungsanordnung kann ferner, wenn erwünscht, grosser als der Druck in der Niederdruckkammer sein, obgleich dies zu einer Vergrösserung der Reibungskräfte zwischen Dichtungselement und Rotor in Nähe von jeder Hochdruckkammer führt.

Die vorausgehende Aufzählung soll lediglich aus der Vielzahl von möglichen Modifikationen der Erfindung einige herausstellen. Die Liste von Modifikationen ist damit jedoch keinesfalls erschöpft.

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Claims (16)

1. PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

   DtPU-ING-

   H. KINKELDEY

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   DR-INGAaE (CALTECHl

   K. SCHUMANN

   DR R£R MAT - DfPL-PHYS

   P. H. JAKOB

   DIPL-ING

   G.BEZOLD

   DR R6R MAT - D(PL-CHEM

   8 MÜNCHEN

   MAXIMILIANSTRASSE *3

   4-. März 1980 P 14- 831

   Hoog Inc.

   Proner Airport, East Aurora, Hew York 14052, USA

   Dichtungsanordnungen für eine Vorrichtung mit einem, in einem Stator gelagerten Rotor

   PATENTANSPRÜCHE

   Dichtungsanordnung für eine Vorrichtung mit einem, in einem Stator gelagerten Rotor, wobei der Rotor eine Fläche und der Stator eine nahe der Rotorfläche angeordnete Fläche hat und wobei Rotor und Stator zwischen sich eine erste Kammer bilden, die ein unter einem ersten Druck stehendes Fluid enthält, dadurch gekennzeichnet , dass die Dichtungsanordnung (10) eine Dichtungszone zwischen Rotor und Stator in Nähe der ersten Kammer schafft und aufweist: ein Dichtungselement (49) mit einer ersten Oberfläche (51), die die Rotorfläche (30) berührt,und einer zweiten Oberfläche (52),

   TELEFON (08Ö) 32 28 63 TELEÄOfi-MMO« Λ .TSLEBIJAmE MONAPAT TELEKOPIERER

   2 /

   die die Statorfläche (45) berührt; eine Quelle für den Fluiddruck, wobei der Druck der Quelle grosser als der Druck in der ersten Kammer ist; und eine wirkungsmässig so angeordnete Leitung, dass der Druck von der Quelle am Dichtungselement anliegt, so dass der Differenzdruck zwischen Quelle und erster Kammer die Oberflächen des Dichtungselementes in abdichtender Berührung mit den Oberflächen von Rotor und Stator in Nähe der ersten Kammer drückt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass eine Linie auf der ersten Fläche (51) des Dichtungselementes (49) im wesentlichen parallel zu einer Linie auf der Fläche (30) des Rotors liegt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass eine Linie auf der zweiten Oberfläche (52) des Dichtungselementes (49) im wesentlichen parallel zu einer Linie auf der Oberfläche (45) des Stators liegt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das Dichtungselement (49) aus Polytetrafluoräthylen besteht.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das Dichtungselement (49) einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt hat.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das Dichtungselement (49) ringförmig ist.
7. 7. Anordnung nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass Rotor (13) und Stator (12) zwischen sich eine zweite Kammer bilden, die ein Fluid unter einem Druck enthält, der grosser als der Druck in der ersten Kammer ist, und dass die unter Druck stehende zweite Kammer die Quelle darstellt.

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8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Leitung durch ein nachgiebiges Abbiegen des Dichtungselementes (49) in Nähe der zweiten Kammer geschaffen ist, so dass der aus der zweiten Kammer längs des Dichtungselementes austretende Fluiddruck das Dichtungselement beaufschlagt.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Halteelement (50), das zwischen Dichtungselement (49) und Stator (12) dergestalt wirkt, dass die erste und zweite Oberfläche (51, 52) des Dichtungselementes (49) in Berührung mit den Flächen (30, 45) von Rotor und Stator gedrückt werden.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (50) ein nachgiebiges Element (58) aufweist, das in Berührung mit Stator (12) und Dichtungselement (4 9) steht.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (50) einen Halter (59) umfasst, der wirkungsmässig zwischen dem nachgiebigen Element

    (58) und dem Stator (12) angeordnet ist und eine Durchgangsöffnung (81) aufweist, so dass der Druck gleichmässig verteilt auf das Dichtungselement (49) aufgegeben werden kann.
12. 12. Dichtungsanordnung für eine Vorrichtung mit einem,in einem Stator gelagerten Rotor, wobei entweder Rotor oder Stator einen Flügel aufweisen, der sich zu dem entsprechenden anderen Teil erstreckt und gegenüberliegende erste und zweite Endflächen aufweist, die durch eine zwischenliegende dritte Fläche voneinander getrennt sind, wobei die erste, zweite und dritte Fläche des Flügels so liegen, dass sieden entsprechenden ersten, zweiten und dritten Flächen des betreffenden anderen Teils (Rotor bzw. Stator) zuweisen, dadurch gekennzeichnet , dass die Dichtungsanordnung (82) auf dem Flügel (15,26) gehalten ist und Dichtzonen zwischen Flügel und zugewandter Rotor- oder Statorfläche (16, 28) schafft sowie aufweist: eine in ihrer

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    Länge durchgehende Aussparung (31), die sich in den Flügel von dessen erster, zweiter und dritter Fläche (29, 30, 83, 21, .23, 16) hineinerstreckt, wobei sie sich in die erste und dritte Flügelfläche nahe ihren distalen Enden tiefer hineinerstreckt und beabstandete Seitenwände (88) aufweist, die durch einen zwischenliegenden Boden (89) voneinander getrennt sind; und ein entsprechend gestaltetes nachgiebiges Element (38) , das längs der gesamten Länge in der Aussparung angeordnet ist und mit den Seitenwänden in komprimierendem Eingriff steht, so dass infolge der komprimierenden Druckbeaufschlagung des nachgiebigen Elementes durch die Seitenwände das' nachgiebige Element inwärtig von der Aussparung in dichtendem Eingriff mit dem Boden (89) und auswärtig der Aussparung in dichtendem. Eingriff mit der zugewandten Oberfläche von Rotor bzw. Stator ausbeult.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (31) im wesentlichen U-förmig ist.
14. 14. Anordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein abdeckscheibenförmiges Element (33) , das entsprechend der Aussparung (31) gestaltet und zwischen nachgiebigem Element (38) und einer der Wände (88) der Aussparung angeordnet ist.
15. 15. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass die Wände (88) der Aussparung (31) im wesentlichen parallel zueinander liegen.
16. 16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (89) im wesentlichen senkrecht zu den Wänden (88) der Aussparung (31) liegt.

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