HUP0300501A2 - Labyrinth seal between rotating parts - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya labirinttömítés egymáshoz képest forgatható,tengelyirányban rögzített részek (7, 8) között. A tengelyiránybanegymás mögött, mindig az egyik részen (7) elrendezett gyűrűelemek (9)homlokfelületei és a másik részen (8) lévő tömítő felületek tömítőrést (12) alkotnak. A találmány lényege, hogy a gyűrűtömítőrést (12)alkotó köpenyfelületek (11, 13) kúposan vannak kialakítva. Ó

Description

KÖZZÉTÉTELI ϋ· ·^! PÉLDÁNY

LABIRINTTÖMÍTÉS FORGATHATÓ RÉSZEK KÖZÖTT

A találmány tárgya labirinttömítés egymáshoz képest tengely körül forgatható tengelyirányban rögzített részek között legalább két, tengelyirányban egymás mögött elrendezett gyűrű alakú megszakítatlan tömítőgyűrű réssel, mindig az egyik részen elrendezett gyűrű elem homlokfelülete és egy másik részen lévő tömítő felülete között és a homlokfelületek és tömítő felületek a hozzájuk tartozó tömítőgyűrű rések köpenyfelületeit alkotják.

A DE 44 03 776 A1 számú leírásból ismert labirinttömítés ezen megoldási körbe tartozik, és egy golyóscsapágynál kerül alkalmazásra egy hajtómotor és arra felperemezett hajtómű között. Amellett egy házhoz rögzített rész sugárirányban befelé nyúló, párhuzamosan egymáshoz elrendezett és azonos belső átmérőjű gyűrű elemmel van ellátva. A hajtómotor Ankertengelyén egy további gyűrű alakú rész ül, amely az egyes gyűrűelemek homlokfelületeinek tartományában egy azzal szomszédos hengeres tömítő felülettel rendelkezik. Ez a további rész sugárirányban kifelé irányuló leszóró bordákkal rendelkezik, amelyek a gyűrű elemek közé nyúlnak. A gyürüelemek homlokfelületei átmérőjüket tekintve valamivel nagyobbak, mint a hozzájuk tartozó hengeres tömítő felület átmérője, és így egy körül futó szűk tömítőgyűrű rés alakul ki a mindenkori homlokfelület és a hozzá tartozó tömítő felület között. A homlokfelületek és a tömítő felületek így a mindig hozzájuk tartozó tömítőgyűrű rés belső és külső köpenyfelületét alkotják. A gyakorlatban megmutatkozott, hogy a tömítő felületek tökéletes körbe futása nem biztosítható. Ilyen technikailag elkerülhetetlen forma és helyzet eltérések változnak, és ezáltal változik az amúgy is igen keskeny tömítőgyűrű rés a dinamikus forgásfrekvencia révén. Ha például olaj kerül akár csepp formában vagy olajköd formájában a golyócsapágyból a labirinttömítésbe, és ezáltal a tömítőgyűrű résbe, akkor az excentrikusán körbe futó tömítő felület mint egy

97447-1413 WE/Tz

- 2 szivattyú működik, és szállítja az így fellépő szennyeződést a tömítőgyűrű felületen keresztül, amely azután egészen a motorig juthat, és ott zavart okozhat. Ezen hiba kiküszöbölésére a labirinttömítésbe egy fesztelenítési tartomány van integrálva, amely egy csatorna révén mint egy Venturifúvókaként működő diffúzorhoz van csatlakoztatva, amely a külső atmoszférával áll kapcsolatban.

A találmány feladata a labirinttömítéseknél egy olyan megoldás kidolgozása, amelynél ezen szivattyú hatással szemben ébredő hatás biztosítható.

A találmány révén a kitűzött feladatot azáltal oldjuk meg, hogy legalább egyik tömítőgyűrű rés legalább egyik köpenyfelülete kúposán van kialakítva.

A találmány szerinti labirinttömítés egy kivitelénél a tömítőgyűrű rés kúpos kialakítása miatt a tengelyirányú pumpahatás tekintetében - amely a tömítőgyűrű rés dinamikus változása következtében következik be, mégpedig a kerektől való eltérés révén - egy sugárirányú komponens jön létre a tömítőgyűrű résben. A pumpahatás ezen sugárirányú komponense révén függvénye a fordulatszámnak, átmérőnek, valamint a kúpos tömítőgyűrű rés dőlésének. Előnyösen a sugárirányú rés szélesség egy tengelyirányú részen azonos. Azután egy csonka kúp alakú tömítőgyűrű rés forma adódik. Lehetséges azonban a tömítőgyűrű rés csak egy köpenyfelületét, azaz vagy a gyűrű elem homlokfelületét, vagy a tömítő felületet a hozzárendelt további építési részen kúposán dönteni. Lehetséges azonban a két köpenyfelületet a tengely irányában ellentétesen döntötten kialakítani. Célszerű lehet, ha az előbb említett köpenyfelületek dőlése csak tengelyirányú elnyúlásuk egy részén van kialakítva. A pumpahatás nagyságára különösen hatással van a tömítőgyűrű rés külső köpenyfelületének dőlése. Amellett a pumpahatás a tömítőgyűrű rés azon vége felé van irányítva, amely a nagyobb átmérőjű. A tömítőgyűrű rés nagyobb átmérője azon oldal felé van elrendezve, amelyről a zava

- 3 ró folyadékok, különösen olaj, víz vagy hasonló a labirinttömítéshez tud hozzááramolni. A pumpahatás szempontjából amellett a visszatartandó folyadékra kifejtett sugárirányú repítő erőnek is jelentősége van, amely a tömítőgyűrű résbe behatolt folyadékot kifelé szállítja. A döntött külső felületen ekkor egy áramlási komponens lép fel, amely a nem kereszt futás miatt előállított pumpahatás az áramló folyadék ellen hat. A kúpossági dőlés és a fordulatszám megválasztásával az ellen ható erőkomponens optimálisan beállítható. Abból a célból, hogy a tömítö felülettel ellátott építési rész átmérőjét lehetőleg kis értéken tudjuk tartani, tengelyirányban egymás után következő csonka kúp alakú tömítő felületek vannak, amelyek hosszmetszetben fűrészfog alakúan vannak elrendezve, és azoknak a középső átmérője legalább megközelítően azonos. Lehetséges azonkívül a labirinttömítést tömítőgyűrű résekkel ellátni, amelyek ellentétesen vannak döntve. Amellett egy közös tömítő felülettel több gyűrűs felület állhat szemben. Célszerű legalább egyes szomszédos tömítő felületek között sugárirányban kifelé irányuló szórógyűrűket elrendezni, amelyek a hozzájuk tartozó szomszédos gyűrűs elemek között nyúlnak, és amelyek révén a tömítőgyűrű résen keresztül behatoló folyadékot sugárirányban kirepítik a hozzájuk tartozó gyűrű elemekben lévő felfogó hornyokba. A kirepített folyadék azután egy közös gyűjtőcsatornán elvezethető.

A találmányt részletesen kiviteli példa kapcsán a rajz alapján ismertetjük, ahol az

1. ábra egy motor ágyazó pajzsán elrendezett labirinttömítés hosszmetszete, a

2. ábra egy gyűrűs tömítési nagyobb léptékű rajza egy tömítőgyűrű rés tartományában.

Az 1. ábrán egy villamos motor rögzített házának 1 belső tere látható, amelyben egy 3 tengelyen 2 forgórész van felerősítve. A 3 tengely 4 gördülő

- 4 csapágy révén a ház 5 ágyazó pajzsában van forgathatóan ágyazva. A 3 tengelynek a ház 1 belső teréből kinyúló vége hajtókapcsolatban áll az 5 ágyazó pajzshoz kapcsolódó mechanikus hajtóművel, amelyből lényegében csak a 6 hajtómű kerekek láthatók. A 6 hajtómű kerekek nem ábrázolt olajfürdőben futnak. A 6 hajtómű kerekek által szállított olajmennyiség szolgál a 4 gördülöcsapágy kenésére is. Annak elkerülésére, hogy a hajtómű olaj amely tengelyirányban a 4 gördülőcsapágyon keresztüljut - ne tudjon a motorház 1 belső terébe jutni, a 4 gőrdülőcsapágyhoz tengelyirányban csatlakozóan egy, a 2 forgórészig tengelyirányban elnyúló többkamrás labirinttömítés van elrendezve. A labirinttömítés egy hüvely alakú belső 8 részből áll, amely a 3 tengelyen van rögzítve, és a 3 tengellyel körbe forog, valamint a 8 részt héjszerűen körülvevő külső 7 részből, amely viszont az 5 ágyazó pajzzsal van összekapcsolva. A külső 7 rész belső falán sugárirányban befelé irányuló 9 gyűrűelemek vannak, amelyek tengelyirányban távolságban egymástól vannak elrendezve, és amelyek között U-alakú keresztmetszetű 10 üregterek vannak. Mint ahogy a 2. ábra mutatja, a 9 gyúrűelemek sugárirányban befelé mutató 11 homlokfelületei 12 tömítőgyűrű rést alkotva szorosan határosán és érintésmentesen 13 tömítö felülettel szemben helyezkednek el, amely tömítő felület a 3 tengellyel körül futó 8 rész külső falán van kialakítva. Maga a 8 rész hüvely alakú. Mivel a 13 tömítő felület gyakorlatilag nem pontosan körbe fut, a 12 tömítőgyűrű rés sugárirányú mérete változik a 3 tengely forgásfrekvenciájának megfelelően. Ez azt eredményezi, hogy a 12 tömítőgyűrű résben a 4 gördülőcsapágytól érkező kenőolaj - dacára az igen kicsi résnek - a 12 tömítőgyűrű résen keresztül kerül pumpálásra.

Azért, hogy az olaj nem kívánt áthatolását a 12 tömítőgyűrű résen keresztül megakadályozzuk, az kúposán van kialakítva. Ebből a célból a 9 gyűrűelemen mind a 11 homlokfelület, mind pedig a hozzájuk tartozó 13 tömítö felület kúposán van kialakítva. A 11 homlokfelület és a 13 tömítő felület dőlé

- 5 se a 3 tengely 14 középtengelyéhez képest azonos és azonos irányú. A 12 tömítőgyűrű rés ezáltal egy üreges csonka kúp alakját veszi fel, amelynek átmérője azzal az iránnyal szemben nő, amelyből a visszatartandó folyadék, azaz olaj érkezik. A 3 tengellyel együtt forgó 13 tömítő felület hatására a 12 tömítőgyűrű résen előre hatoló olaj a 12 tömítőgyűrű résbe behatolva kifelé felgyorsításra kerül, és a hozzá tartozó döntött 11 homlokfelületen egy irányítást szenved, amely a folyadékáramlással szembe mutató komponenssel rendelkezik. A dőlés megválasztásával - figyelembe véve a 3 tengely fordulatszámát - az erökomponenst úgy lehet megválasztani, hogy a körbe futó nem kerek futás következtében létrejövő pumpahatás a 12 tömítőgyűrű résben legalább részben kompenzálásra kerül. Az ilyen módon kialakított labirinttömítés többszörözött kialakításával olyan mértékben lehet csökkenteni a folyadék átjutást, hogy az eddigi hengeres tömítőgyűrű résekkel szemben lényegesen kevesebb ilyen 12 tömítőgyűrű rést kell 9 gyűrűelemekkel kialakítani, és ennek megfelelően kisebb tömítő felületet kell létesíteni.

Eltérve a bemutatott kiviteli példától, ahol a 12 tömítőgyűrű rés kúpos 11 homlokfelülete és 13 tömítő felülete azonos dőlésű, lehetséges, hogy csak az egyik vagy a 11 homlokfelület vagy a 13 tömítő felület van kúposán elrendezve, miközben az ebből származó erőkomponens szintén a javított tömítési viszonyokat van hivatva biztosítani.

Abból a célból, hogy a belső 8 rész sugárirányú falvastagságát minimális értéken lehessen tartani, akkor legalább két, szomszédosán elrendezett kúpos 12 tömítőgyűrű rés közepes átmérője legalább megközelítően azonos. A hozzájuk tartozó tengelyirányban egymás mellett fekvő és a forgathatóan ágyazott 8 részen lévő, csonka kúp alakú 13 tömítő felületek egy tengelyirányú metszetben fúrészfog alakot alkotnak.

Abból a célból, hogy a 12 tömítőgyűrű réseken keresztül a folyadék kirepítést javítsuk, a fűrészfog csúcsok tartományában a szomszédos 13 tö

- 6 mítö felületek között sugárirányban kifelé irányuló 15 leszóró gyűrűk vannak, amelyek a hozzájuk tartozó szomszédos 9 gyűrűelemek közé nyúlnak.

Ha fennáll a lehetősége, hogy a nem kívánt folyadék a tömítés mindkét oldaláról behatolhat, célszerű, ha a 12 tömítőgyűrű rések ellentétes dőléssel vannak ellátva a labirinttömítés végtartományaiban. A kiviteli példánál a 2 forgórész felé eső 8 rész végszakasza egy olyan 13 tömítő felülettel van ellátva, amely dőlése a 14 tengelyhez képest éppen ellentétes, mint a labirinttömítésnél a hajtómű felé eső oldali 13 tömítő felület dőlése. Ennek megfelelően természetesen a hozzájuk tartozó 9 gyűrűelemek 11 homlokfelületeinek dőlései is ellentétesek. A szembenéző dőlésű 12 tömítőgyűrű rések közötti tartományban egy 16 semleges kamra van a labirinttömítésbe beépítve, amelyből a bejutott folyadék elvezetésre kerül. A 10 üregtérből - amely a hajtómű felé eső oldalon van - az abban összegyűlt ill. oda kiszórt folyadék, például hajtóolaj, visszavezethető a 4 gördülőcsapágyhoz ill. a hajtóműhöz.

Továbbá lehetséges legalább két 9 gyűrüelemhez közös 13 tömítő felületet hozzárendelni, mint amilyen az 1. ábra szerinti kiviteli példából látható, a 16 semleges kamra mindkét oldalán.

Összességében megállapítható, hogy a 12 tömítőgyűrű rés kúpos kialakítása révén lényeges tömítési hatás javulás érhető el minden járulékos tér vagy egyéb eszköz alkalmazása nélkül. Másrészt az ily módon létrejövő kihasználható erökomponensek csökkentik a 12 tömítőgyűrű réssel szemben támasztott fojtási követelményeket, és így adott esetben a sugárirányú rés szélesség növelhető, ami a gyártásnál bizonyos pontossági követelmények megtartását nélkülözhetővé teszi. Megnövelt rés szélességnél csökken a relatív dinamikus változás forgó 3 tengely esetén, ami még tovább csökkenti a nem kívánt pumpahatást az olaj oldal felöl. Amellett a belső 8 rész átmérőjét a 13 tömítő felület kúpos kialakítása dacára nem kell növelni, mivel a 13 tömítő felület hosszmetszetében fűrészfog alakú, és így fűződnek az 1 tömítő

- 7 felületek egymáshoz. A külső 7 rész együtt a 9 gyürüelemekkel szerelési okokból osztott kivitelű lehet, míg a belső 8 rész a 13 tömítő felületekkel és a 15 leszóró gyűrűkkel egyetlen építési egységet alkothatnak. Mindegyik 7, 8 rész egymáshoz képest forgatható, azonban tengelyirányban rögzített helyzetű. Közvetlenül egy 11 homlokfelülethez hozzárendelt rész alatt megfelelő 13 tömítő felületen tengelyirányban megszakítás nélkül van kialakítva.

Claims (9)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Labirinttömítés egymáshoz képest egy tengely (14) körül forgatható, tengelyirányban rögzített részek (7, 8) között legalább két, tengelyirányban egymás mögött elrendezett, gyűrű alakú megszakítatlan tömítőgyűrű réssel (12) mindig az egyik részen (7) elrendezett gyűrűelem (9) homlokfelülete (11) és egy, a másik részen (8) lévő tömítő felület (13) között és homlokfelületek (11) és tömítő felületek (13) a hozzájuk tartozó tömítőgyűrű rések (12) köpenyfelületeit alkotják, azzal jellemezve, hogy legalább egyik tömítőgyűrű rés (12) legalább egyik köpenyfelülete (13) kúposán van kialakítva.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti labirinttömítés, azzal jellemezve, hogy egyik homlokfelület (11) kúposán van kialakítva.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti labirinttömítés, azzal jellemezve, hogy egyik tömítő felület (13) kúposán van kialakítva.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti labirinttömítés, azzal jellemezve, hogy egyik tömítőgyűrű rés (12) mindkét köpenyfelülete kúposán van kialakítva, és azonos dőléssel rendelkezik.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti labirinttömítés, azzal jellemezve, hogy a legalább két szomszédosán elrendezett kúpos tömítőgyűrű rés (12) legalább megközelítően azonos nagyságú.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti labirinttömítés, azzal jellemezve, hogy a tömítőgyűrű rések (12) ellentétes dőléssel vannak ellátva.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti labirinttömítés, azzal jellemezve, hogy legalább két gyűrűelem (9) egy átmenő közös tömítő felülettel áll szemben.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti labirinttömítés, azzal jellemezve, hogy több kúpos tömítő felület (13) van tengelyirányban egymás mögött egy részen (8) elrendezve.
9. 9. A 8. igénypont szerinti labirinttömítés, azzal jellemezve, hogy a szomszédos tömítö felületek (13) között kifelé irányított leszóró gyűrűk (15) vannak, melyek a szomszédos gyűrűelemek közé nyúlnak.

   A meghatalmazott:

   DANUBIA

   Szabadalmi és Védjegy Iroda Kft.

   ,.....-.....j ^z' 2 I

   Weichinger András