DE3346073A1 - Wellendichtung - Google Patents

Description

CMN Georg Müller Nürnberg GmbH 3346073

Äußere Bayreuther Str. 230 8500 Nürnberg 13

Anmelder-Nr. 1 816 586

Wellendichtung

Zum Abdichten sich gegeneinander drehender Teile werden Dichtungen verwendet. Diese Dichtungen wirken im allgemeinen zwischen einem feststehenden Gehäuse und einer drehbar gelagerten, aus dem Gehäuse herausragenden Welle. Spindeln in allen bekannten Formen und für die unterschiedlichen Anwendungen können nur störungsfrei arbeiten und hohe Gebrauchsdauern erreichen, wenn sie durch wirksame Dichtungen während der gesamten Betriebszeit geschützt werden, so daß das Eindringen von Schmutz und Flüssigkeit und in vielen Anwendungsfällen auch das Austreten von Schmierstoffen verhindert wird.

Es gibt eine Vielzahl von berührenden und berührungsfreien Wellendichtungen, die sehr genau in den Standard-Handbüchern für den Maschinen- und Apparatebau und in den Herstellerdruckschriften beschrieben sind.

Berührende Dichtungen, bei denen die Dichtlippen mit einem definierten Anlagedruck auf den drehenden Maschinenteilen schleifen, dichten in der Regel sicher gegen eindringende Fremdstoffe ab, sie sind jedoch bei hohen Drehzahlen, bedingt durch den schleifenden Kontakt und die dabei erzeugte Reibungswärme, nur beschränkt einzusetzen, da sie entweder durch die Reibung und Wärme zerstört werden und/oder diese Temperaturerhöhung die benachbarten Bauteile, im Regelfall die Lagerung, bzw. das gesamte System nachteilig beeinflussen.

Γ ν ι * - < ,t-\,r .nt' \,'.'i.nier 'U-r l.y-jf r um'j'ti und fU-r Schmierstoffe werden bei «•rhohtiT l'jf\r ii-\j'A<rni\*f'.ru\\jr <^jrh<-blich ri.-du/ii:rt. Die zulässige maximale Umfangsgeschwindigkeit der berührenden Dichtungen unterschiedlicher Ausführung ist begrenzt und hängt ab von der Bauform, den Umgebungsbedingungen sowie von den Werkstoffen der Dichtung. Erheblichen Einfluß haben auch die Schmierung und die Beschaffenheit der Gegenlauffläche zur Dichtlippe.

Die obere Einsatzgrenze für die Berührungsdichtungen liegt bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 30 m/s. Werden die von den Herstellern vorgeschriebenen Einbaumaße eingehalten, so treten Temperaturen an den Laufflächen auf, die zu einer Erwärmung und damit verbundenen Maßänderung im Lager- und Spindelsystem führen, die die Genauigkeit und Funktion der Maschine wesentlich beeinträchtigen.

Berührungsfreie Dichtungen mit einem sehr engen glatten radialen oder axialen Spalt oder mit einem Labyrinthspalt, die bislang in schnelldrehenden Spindeln eingesetzt sind, werden nicht in allen Anwendungsfällen ihrer Aufgabe gerecht.

Allgemein wird zusätzlich vor die berührungsfreie Dichtung eine mit der Welle rotierende Schildscheibe gesetzt, die das direkte Auftreffen von Verunreinigungen und Flüssigkeiten auf den Dichtspalt verhindert und Schmutz und Flüssigkeit wieder abschleudert. Die Wirksamkeit der Dichtung, die bestimmt wird von der Länge des Dichtspaltes oder der Anzahl der Labyrinthe, ist mit dem häufig nur geringen zur Verfügung stehenden Einbauraum oft sehr begrenzt.

Um eine steife Spindel zu bekommen, muß der Abstand zwischen dem äußeren Kraftangriffspunkt am Spindelwellenende und der Lagerstelle so kurz wie nur möglich sein.

Um während des Schleifvorganges das Eindringen von Kühlmittel und Schmutz zu verhindern, kann auch ein Sperrmedium z.B. Druckluft eingesetzt werden und die Dichtwirkung verstärken. Wird aber beim Abschalten der Spindel die Sperrluft oder der mit Druckluft zugeführte ölnebel abgeschaltet, so kann Tropfwasser aus dem Arbeitsraum durch den Dichtspält bzw. Labyrinth ins Spindelinnere gelangen.

BAD ORiGISMAL

Ebenso ist das Eindringen von Kühlmittel möglich, wenn bei geringen Drehzahlen die Schleuderwirkung der Schildscheibe nicht mehr vorhanden ist und die Sperrluft ausfällt.

Vor allem bei den modernen Hochleistungszerspanungstechnologien im Maschinen- und Apparatebau, ebenso wie bei der Holz-, Stein- und Substratbearbeitung für die Elektronikindustrie, müssen sehr große Kühlmittelmengen an die Werkzeugeingriffszone gebracht werden, um die Zerspanungswärme und die Späne abzuführen.

Die deutlich größere Kühlmittelmenge, die sehr häufig unter hohem Druck zugeführt werden muß, erfordert eine verbesserte Abdichtung der Arbeits- und Werkstückspindeln gegen eindringende Flüssigkeit und Schmutz.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Arbeits- und Werkstückspindeln während des Arbeitsprogrammes und während der Stillstandsphasen gegen Eindringen von Kühlflüssigkeit abzudichten. Es ist also eine Wellendichtung notwendig, die bei Stillstand und sehr niedrigen Drehzahlen der Welle diese hermetisch nach außen abdichtet und die bei mittleren bis zu den höchsten Drehzahlen wie eine berührungslose Dichtung wirkt.

Die Aufgabenstellung wird gelöst durch Verwendung einer elastischen und berührenden Radial- oder Wellendichtung bekannter Bauart, die auf dem rotierenden Teil des Spindelsystems montiert ist und deren Anlagedruck an die Dichtfläche mit zunehmender Umfangsgeschwindigkeit, da die dabei wirksam werdenden Fliehkräfte an der Dichtlippe den Anlagedruck mehr und mehr aufheben, abnimmt und schließlich ganz aufgehoben wird. Um das Abheben der Dichtlippe von der Dichtfläche zu unterstützen und bereits bei wesentlich niedrigerer Umfangsgeschwindigkeit zu bewirken, wird erfindungsgemäß Druckluft über eine Vielzahl von Düsenbohrungen die in geeigneter Weise über die Dichtfläche verteilt angebracht sind, in die Ringkammer zwischen elastischer Dichtlippe und Dichtfläche geblasen.

Das somit erzeugte Luftpolster läßt in idealer Weise den Abhebezeitpunkt regeln. So wird bei langsamen und schnellen Drehzahlen eine wirkungsvolle Abdichtung erreicht, die die Eigenschaften der Spindel nicht nachteilig beeinflußt. Die abgeschaltete Spindel ist so, mit und ohne Druckluftbeaufschlagung, sicher vor eindringendem Schmutz und Flüssigkeit geschützt.

Der beispielhafte Aufbau einer erfindungsgemäßen Dichtung ist in den Abbildungen dargestellt.

FlG. 1 Querschnitt durch das Dichtungs-ZLagersystem einer Spindel mit einer elastischen Axialwellendichtung

FlG. 2 Querschnitt durch das Dichtungs-/Lagersystem einer Spindel mit einer elastischen Radialwellendichtung

In FIG. 1 ist der Axialwellendichtring 1 in der Schildscheibe 2 befestigt, mit der die Lager 4 und 5 auf der Welle 3 fixiert werden. Die Gegenlaufscheibe 6 ist an ihrer Dichtfläche 12 mit vielen kleinen Bohrungen 8 versehen, deren Teilkreis auf dem Lippendurchmesser des Axialwellendichtringes 1 liegt und die durch den Druckluftanschluß 10 mit Luft versorgt werden.

Die zweite Möglichkeit der Druckluftzufuhr ist ein schmaler Spalt kurz unter der Anlagefläche der Lippe, was ebenfalls ein Abheben der Lippe bewirkt. " ""-"-- .

Als dritte Möglichkeit wird die Gegenlaufscheibe 6 aus porösem Sintermaterial, also luftdurchlässigem Material, ausgeführt. Die Dichtlippe 11 stützt sich an der Dichtfläche 12 ab. Mit steigender Drehzahl der mit der Welle 3 über die Schildscheibe 2 fest verbundenen Wellendichtung 1 nehmen die Fliehkräfte an der Dichtlippe 11 zu und versuchen die schräg an die Dichtlippe 12 angestellte Dichtlippe 11 radial nach außen auszurichten.

Dabei nimmt der Anlagedruck der Dichtlippe 11 an die Dichtfläche 12 bis auf den Wert 0 ab, bis schließlich die Dichtlippe 11 von der Dichtfläche 12 abhebt. Um den Abhebevorgang der Dichtung zu unterstützen, wird Druckluft verwendet, die in dem Zwischenraum zwischen der Dichtung 1 und der Dichtfläche 12 ein Luftpolster aufbaut und der Anlagekraft der Dichtlippe 11 entgegenwirkt. Die Abhebedrehzahl der Dichtlippe Π von der Dichtfläche 12 kann somit auf niedrigere Drehzahlen vorverlegt werden und ebenso kann die Reibung im Übergangsbereich minimiert werden. So wird bei schnellen und langsamen Drehzahlen eine wirkungsvolle Abdichtung erreicht. Ebenso ist die stehende Spindel, mit und ohne Druckbeaufschlagung, vor eindringendem Tropfwasser geschützt.

In FIG. 2 wird die genau entsprechende Wirkungsweise bei Verwendung eines Radialwellendichtringes 13 dargestellt. Der Einbau des Quad-Ringes 13 erfolgt innendichtend in der Schildscheibe 14, die mit der Welle 15 rotiert. Die Dichtfläche 21 liegt auf der Verschlußmutter 18, durch die auch die Druckluft zugeführt wird und an den Druckluftbohrungen 17 austreten kann. Unter der Einwirkung der Fliehkraft, die durch den erhöhten Luftdruck in der Kammer 16 zwischen den beiden Dichtlippen 19 und 20 und der stillstehenden Dichtfläche 21 unterstützt wird, heben die beiden Dichtlippen 19 und 20 radial von der Dichtfläche 21 ab. Weitere Möglichkeiten der Druckluftzuführung, wie unter Fig. 1 beschrieben, durch eine Ringnute oder eine luftdurch-. lässige Schicht in der Dichtfläche 21 sind Alternativen hierzu.

Die Labyrinthe innerhalb der schleifenden Abdichtung haben die Aufgabe, einen größtmöglichen Widerstand gegen Eindringen von Druckluft in das Spindelinnere zu gewährleisten, damit ein Austreiben des Grundöls aus dem Fett der Lager nicht stattfindet und die nach außen strömende Luft einen genügenden Schutz gegen eindringende feste Partikel bietet und dadurch die Dichtlippe vor Verschleiß geschützt wird.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zur Abdichtung eines relativ zu einem anderen rotierenden und aus diesem herausragenden Maschinenteil mit einem mit dem rotierenden Maschinenteil fest verbundenen Wellendichtung mit axialen oder radialen elastischen Dichtlippen bekannter Bauart, so daß bei Stillstand oder langsamen Relativbewegungen eine hermetische, berührende Abdichtung gegeben ist, und bei der mit zunehmender Relativgeschwindigkeit vorbestimmbar und von außen regelbar die Dichtlippe entlastet wird und von der Dichtfläche abhebt und in eine berührungsfreie Wellendichtung¹ übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Kranz von Düsenbohrungen zwischen dem Wellendichtung und der Dichtfläche Druckluft eingeblasen und somit ein Druckpolster erzeugt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur in der Anlaufphase beziehungsweise bei niedrigen Drehzahlen die das Abheben der Dichtung unterstützende Druckluft zugeschaltet wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem relativ zu einem anderen rotierenden und aus diesem herausragenden Maschinenteil mit einem mit dem rotierenden Maschinenteil fest verbundenen Wellendichtring mit axialen oder radialen elastischen Dichtlippen bekannter Bauart, so daß bei Stillstand oder langsamen Relativbewegungen eine hermetische, berührende Abdichtung gegeben ist, wobei bei zunehmender Relativgeschwindigkeit vorbestimmbar und von außen regelbar die Dichtlippe entlastbar ist, gekennzeichnet durch einen Kranz von Düsenbohrungen zwischen dem Wellendichtring und der Dichtfläche zum Einblasen von Druckluft und Erzeugung eines Druckpolsters.

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4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Labyrinthe vorgesehen sind, die einen größtmöglichen Widerstand gegen Eindringen von Druckluft in das Spindelinnere gewährleisten, damit ein Austreiben des Grundöls aus der Lagerung nicht stattfindet und die nach außen
   strömende Luft einen genügenden Schutz gegen eindringende feste
   Partikel bietet und dadurch die Dichtlippe vor Verschleiß schützt.