Durch Zentrifugalkraft gesteuerte Dichtung Bis anhin war es üblich, verschiedene Formen von Labyrinthdichtungen und kontaktlosen Dichtun gen für die Lager von schnellaufenden Maschinen zu verwenden, bei welchen Kontaktdichtungen wegen der bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten erzeugten Wärme nicht zur Anwendung gelangen können. Die Dichtungsfähigkeit der bisher benutzten Dichtungen war gut, wenn die Maschine, in welcher sie montiert waren, mit hoher Drehzahl lief; sie war aber un genügend, wenn die Maschine stillstand oder im Anlaufen begriffen war.
Durch den bei hohen Dreh zahlen erzeugten Pumpeffekt wird in den Lager gehäusen ein gewisser Unterdruck erzeugt. Wenn die Drehzahl zurückgeht, nimmt auch der Pumpeffekt ab und Luft, welche für das Lager schädliche Feuchtig keit und Staubteilchen enthält, dringt ins Lager ein. Dies geschieht auch, und zwar in noch stärkerem Masse, wenn ein stillstehendes Lager sich von der Betriebstemperatur abkühlt.
Eine verbesserte Form der obenerwähnten allgemeinen Form ist die durch Zentrifugalkraft gesteuerte Dichtung, welche beispiels weise eine leicht kuppenförmige, elastische Scheibe besitzen kann, deren äusserer Rand eine zur Rota tionsachse senkrechte Fläche berührt, wenn die Maschine stillsteht oder langsam läuft. Bei hoher Drehzahl wird die Scheibe infolge der Flichkraft flach, so dass sich ihr Rand von der genannten Fläche abhebt. Die Dichtungsfähigkeit einer solchen Scheibe hängt vom Berührungsdruck ab, welcher mit zuneh mender Abnützung abnimmt, wodurch auch die Dichtungsfähigkeit vermindert wird.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaf fung einer durch Zentrifugalkraft gesteuerten Dichtung zwischen einem stillstehenden Teil. und einem relativ dazu drehenden Teil. Sie besitzt die meisten Vorzüge der bekannten, durch Zentrifugal- kraft gesteuerten Dichtungen, vermeidet aber deren oben erwähnten Nachteile.
In der beiliegenden Zeichnung sind drei Aus- führungsformen des Erfindungsgegenstandes beispiels weise dargestellt; es zeigt:
Fig. l eine Dichtung mit einem auf dem einen Ende einer Schleifscheibenwelle montierte Dichtungs teil, wobei der obere Teil der Figur die montierte Dichtung und der untere Teil die Dichtung während der Montage darstellt, Fig. 2 eine Dichtung mit einem auf einer Welle montierte Dichtungsteil, welcher gegen eine von der Welle durchdrungene Wand abdichtet, Fig. 3 teilweise eine Dichtung,
welche mit einer Schmiereinrichtung kombiniert ist.
Fig. 3a in vergrössertem Massstab einen Ausschnitt der in Fig. 3 gezeigten Dichtung.
In Fig. 1 bezeichnet 1 das stillstehende Lager gehäuse einer Schleifscheibenwelle 2, welche in einem hochschulterigen Kugellager 3 dreht. Das Kugellager wird durch einen Deckel 4 ,festgehalten, dessen innerer Teil 5 eine ebene, vorzugsweise geschliffene oder polierte äussere Fläche 6 aufweist.
Ein O-Ring 7 ist unter seiner eigenen Spannung auf eine konische Fläche 8 gebracht, welche eine der Wände einer im,, mit der Welle 2 sich d'rehend'en Dichtungsring 9 befindlichen Rille 10 bildet, die zur Rotationsachse dieses Ringes 9 zentrisch ist.
Die Axialkomponente der von der konischen Wand auf den Ring 7 aus geübten Gegenkraft drückt diesen mit einem durch die Ringspannung und die Konizität der konischen Wand gegebenen Druck gegen die Fläche 6, die vorzugsweise senkrecht zur Rotationsachse des Ringes 9 steht. Um die Montage der Dichtung zu erleichtern, ist ein Ring 11 auf dem Lagerzapfen 12 der Welle zwischen dem Innenring des Kugellagers 3. und dem Dichtungsring 9 vorhanden.
Wenn die Dichtung mon tiert wird, wird der O-Ring, wie in der unteren Hälfte der Fig. 1 gezeigt, auf den Ring 11 gebracht, dessen zylindrische Aussenfläche den gleichen Durchmesser aufweist wie die innere dem Lager 3 zugewandte Kante der konischen Fläche 8, worauf der Dichtungs- ring 9 in seine Arbeitsstellung verschoben wird. Da durch wird der O-Ring auf die konische Fläche 8 gepresst und liegt wie oben beschrieben, auf der Fläche 6 auf, wodurch die Abdichtung erzeugt wird. In dieser Stellung befindet sich der O-Ring, wenn die Welle stillsteht oder nur langsam rotiert.
Sobald die Drehzahl einen gewissen Wert erreicht, hebt die auf den O-Ring wirkende Fliehkraft die durch die Ring spannung auf die konische Fläche 8 wirksame Kraft auf, der O-Ring dehnt sich aus und gelangt mit der äusseren konischen Fläche 13 der Rille 10 in Berüh rung. Daraufhin wird bei weiterer Erhöhung der Drehzahl der O-Ring durch die konische Fläche 13, von der Fläche 6 abgehoben, so dass jegliche Gleit- berührung aufhört und die Dichtung wie eine kontakt lose Dichtung arbeitet.
Die Dichtung ist also bei Stillstand oder bei niedrigen Drehzahlen eine Kon taktdichtung und bei höheren Drehzahlen eine kon taktlose Dichtung und besitzt die Vorteile beider Typen, aber nicht deren Nachteile. Die koaxialen Kegelflächen 8 und 13 sind vorzugsweise parallel zueinander.
In Fig. 2 bezeichnet 21 eine Welle und 22 eine von der Welle durchdrungene Wand. Ein Ring 23, vorzugsweise aus Metall, ist auf der Welle 21 durch einen zusammengedrückten O-Ring 24 befestigt. Der Ring 23 enthält eine Rille 25, welche gleiches Profil hat wie die Rille 10 in Fig. 1 und dieser entspricht.
Ein O-Ring 27, welcher auf der inneren konischen Fläche 26 der Rille 25 aufliegt, wird am Abrutschen oder Abrollen durch eine in entgegengesetzter Rich tung geneigte kegelige oder kegelähnliche Fläche 28 gehindert. Diese Dichtung arbeitet gleich wie die jenige nach Fig. 1.
Der Unterschied der Ausführungsform gemäss Fig. 3 gegenüber derjenigen nach Fig. 1 besteht im wesentlichen darin, dass die Ausführungsform gemäss Fig. 3 mit einer Schmiereinrichtung mit Mitteln 31 kombiniert ist, die das Einführen eines Schmierfettes in das Lager erlauben. Ein Führungsring 33 zwingt das Fett, in das Lager einzutreten, wobei überflüssiges oder verbrauchtes Fett aus dem Lager in einen ringförmigen Raum (Spalt) 32 gepresst wird. Dieses Fett, welches die Dichtungseinrichtung durch einen Spalt 35 verlässt, schiebt den O -Ring 34 beiseite.
Um zu verhindern, dass Schmierfett, das sich in der Rille 38 angesammelt hat, die Bewegungsfreiheit des O-Ringes 31 beeinträchtigt, wodurch sein Abheben von der Kontaktfläche verhindert werden könnte, befindet sich eine Öffnung, vorzugsweise ein gebohrtes Loch 37, zwischen dem hinteren Teil der Rille und der freien Atmosphäre.
Damit der O-Ring bei der Montage nicht von der Fläche 36 abrutscht, ist die Öffnung der Rille leicht verengt, so dass der O-Ring leicht zusammengedrückt werden muss, damit er in die Rille eingeführt werden kann; wie in Fig.3a gezeigt.
Mit durch Zentrifugalkraft gesteuerten Dichtungen der beschriebenen Art ausgeführte Versuche haben ergeben, dass die konische Fläche 10 bis 20 zu der Wellenachse geneigt sein muss, und dass eine gewisse axiale Bewegung zwischen der konischen Fläche und der zur Wellenachse senkrecht stehenden Kontakt fläche sogar beim Lauf zulässig ist, da dies den Dichtungsdruck nicht wesentlich ändert und die Wirksamkeit der Dichtung nicht herabsetzt.
Einen weiteren Vorteil der beschriebenen Dich tungen bildet die Tatsache, dass die Abdichtungs fläche (6 in Fig. 1) in die Nähe der Rotationsachse gelegt werden kann, so dass die Umfangsgeschwindig keit und das Moment der Reibungskräfte relativ klein sind.
Damit die Dichtung bei Verwendung von Öl oder einem ähnlichen Schmiermittel zufriedenstel'lend arbeitet, sollte der Abstand zwischen den konischen Rillenwänden 15 bis 2011l9 grösser sein als der Quer schnittsdurchmesser des O-Ringes.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 2 kann der Metallring 23 durch einen Ring aus plastischem oder elastischem Material, wie z. B. Gummi, ersetzt wer den, in welchem Fall die Herstellung des Ringes billig und seine Montage einfach ohne weitere Befestigungs mittel möglich ist, sofern der Durchmesser des Ringes so gewählt wird, dass dieser durch seine eigene Span nung auf der Welle festgehalten wird.
Centrifugal force controlled seal Until now, it has been customary to use various forms of labyrinth seals and non-contact seals for the bearings of high-speed machines in which contact seals cannot be used because of the heat generated at high peripheral speeds. The sealing ability of the previously used seals was good when the machine in which they were mounted was running at high speed; but it was insufficient when the machine was at a standstill or was starting up.
The pumping effect generated at high speeds creates a certain negative pressure in the bearing housings. When the speed decreases, the pumping effect also decreases and air, which contains moisture and dust particles harmful to the bearing, penetrates the bearing. This also happens, and to an even greater extent, when a stationary bearing cools down from operating temperature.
An improved form of the above-mentioned general form is the centrifugal force-controlled seal, which example, may have a slightly dome-shaped, elastic disc, the outer edge of which touches a surface perpendicular to the rotation axis when the machine is stationary or running slowly. At high speed, the disc becomes flat due to the force of the wind, so that its edge stands out from the surface mentioned. The sealing ability of such a disk depends on the contact pressure, which decreases with increasing wear, whereby the sealing ability is also reduced.
The purpose of the present invention is to create a centrifugally controlled seal between a stationary part. and a part rotating relative to it. It has most of the advantages of the known seals controlled by centrifugal force, but avoids the disadvantages mentioned above.
In the accompanying drawing, three embodiments of the subject matter of the invention are shown by way of example; it shows:
1 shows a seal with a seal part mounted on one end of a grinding wheel shaft, wherein the upper part of the figure shows the mounted seal and the lower part shows the seal during assembly, FIG. 2 shows a seal with a seal part mounted on a shaft, which seals against a wall penetrated by the shaft, Fig. 3 partially a seal,
which is combined with a lubricating device.
FIG. 3a shows, on an enlarged scale, a detail of the seal shown in FIG. 3.
In Fig. 1, 1 denotes the stationary bearing housing of a grinding wheel shaft 2, which rotates in a high-shouldered ball bearing 3. The ball bearing is held in place by a cover 4, the inner part 5 of which has a flat, preferably ground or polished outer surface 6.
An O-ring 7 is placed under its own tension on a conical surface 8 which forms one of the walls of a groove 10 located in the sealing ring 9 which rotates with the shaft 2 and which is central to the axis of rotation of this ring 9 .
The axial component of the counterforce exerted by the conical wall on the ring 7 presses it against the surface 6, which is preferably perpendicular to the axis of rotation of the ring 9, with a pressure given by the ring tension and the conicity of the conical wall. In order to facilitate the assembly of the seal, a ring 11 is provided on the bearing journal 12 of the shaft between the inner ring of the ball bearing 3 and the sealing ring 9.
When the seal is installed on it, the O-ring, as shown in the lower half of FIG. 1, is placed on the ring 11, the cylindrical outer surface of which has the same diameter as the inner edge of the conical surface 8 facing the bearing 3, whereupon the sealing ring 9 is moved into its working position. Since the O-ring is pressed onto the conical surface 8 and, as described above, rests on the surface 6, whereby the seal is produced. The O-ring is in this position when the shaft is stationary or only rotating slowly.
As soon as the speed reaches a certain value, the centrifugal force acting on the O-ring cancels the force acting on the conical surface 8 through the ring tension, the O-ring expands and enters the groove 10 with the outer conical surface 13 Touch. Then, when the speed is increased further, the O-ring is lifted from the surface 6 by the conical surface 13, so that any sliding contact ceases and the seal works like a contactless seal.
The seal is a contact seal at standstill or at low speeds and a contactless seal at higher speeds and has the advantages of both types, but not their disadvantages. The coaxial conical surfaces 8 and 13 are preferably parallel to one another.
In Fig. 2, 21 denotes a shaft and 22 a wall penetrated by the shaft. A ring 23, preferably made of metal, is fastened on the shaft 21 by a compressed O-ring 24. The ring 23 contains a groove 25 which has the same profile as the groove 10 in FIG. 1 and corresponds to this.
An O-ring 27, which rests on the inner conical surface 26 of the groove 25, is prevented from slipping or rolling by a conical or cone-like surface 28 inclined in the opposite direction. This seal works in the same way as the one according to FIG. 1.
The difference between the embodiment according to FIG. 3 and that according to FIG. 1 is essentially that the embodiment according to FIG. 3 is combined with a lubricating device with means 31 which allow a lubricating grease to be introduced into the bearing. A guide ring 33 forces the grease to enter the bearing, with excess or used grease being pressed out of the bearing into an annular space (gap) 32. This grease, which leaves the sealing device through a gap 35, pushes the O-ring 34 aside.
To prevent the grease that has accumulated in the groove 38 from interfering with the freedom of movement of the O-ring 31, which could prevent it from lifting off the contact surface, an opening, preferably a drilled hole 37, is located between the rear part the groove and the free atmosphere.
So that the O-ring does not slip off the surface 36 during assembly, the opening of the groove is slightly narrowed, so that the O-ring has to be slightly compressed so that it can be inserted into the groove; as shown in Fig.3a.
Tests carried out with seals controlled by centrifugal force of the type described have shown that the conical surface 10 to 20 must be inclined to the shaft axis, and that a certain axial movement between the conical surface and the contact surface perpendicular to the shaft axis is permissible even when running as this does not significantly change the seal pressure and does not reduce the effectiveness of the seal.
Another advantage of the described lines is the fact that the sealing surface (6 in Fig. 1) can be placed in the vicinity of the axis of rotation, so that the speed and the moment of the frictional forces are relatively small.
So that the seal works satisfactorily when using oil or a similar lubricant, the distance between the conical groove walls 15 to 2011/9 should be greater than the cross-sectional diameter of the O-ring.
In the embodiment according to FIG. 2, the metal ring 23 can be replaced by a ring made of plastic or elastic material, such as, for. B. rubber, who replaces the, in which case the production of the ring cheap and its assembly is easy without further fastening means possible, provided that the diameter of the ring is chosen so that it is held by its own tension on the shaft.
