Ingenieurbüro
Milosiu
Patentverwertung
Entwicklung
Consulting
Bierlachweg
34 * D-91058 Erlangen *
Tel.+49(0)9131-37124 * FAX +49(0)9131-129265
Produkt-Name: Gasfeste Abdichtung
integriert im Kugellager
Produkt-Beschreibung:
Die gasfeste Abdichtung (1) bildet ein monolithisches Aggregat mit einem handelsüblichen Kugellager (3) mit dem Zweck dem Druckunterschied der Gasumgebungen auf beiden Seiten des Kugellagers standzuhalten. Die gasfeste Abdichtung findet statt vom Stillstand bis zu sehr hohen Drehzahlen, Richtwert 45.000 U/Min. Der abgedeckte Druckbereich geht von Hochvakuum bis einige bar. Das Funktionsprinzip basiert auf der Anwendung von zentrifugal erzeugten Flüssigkeitsscheiben kombiniert mit ebenfalls zentrifugal gesteuerten Kontaktdichtungen. Dabei wirken die Kontaktdichtungen hauptsächlich bei Stillstand, während die Flüssigkeitsscheiben im höheren Drehzahlbereich durch hydrostatischen Druckunterschied den äußeren Überdruck neutralisieren. Im Übergangsbereich der Drehzahlen werden die Kontaktdichtungen mit steigender Drehzahl zunehmend entlastet, bis sie bei einer vorgewählten Drehzahl unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft komplett abheben. Dadurch ergeben sich nachfolgende Vorteile dieser Neuentwicklung:
- extrem niedrige Reibungsverluste im ganzen Drehzahlbereich - einige Watt - und dadurch keine nennenswerte Wärmeentwicklung
- beliebig wählbare Abdichtungsdrücke für die Gase auf beiden Seiten des Kugellagers, z.B. Dp = 1 bar bei 7.500 U/Min
- sehr vereinfachte Montage (in Vergleich mit anderen Dichtungsarten) des Aggregats Kugellager/gasfeste Abdichtung, da nur die Kugellagermontage wie üblich berücksichtigt werden muss (keine direkte Berührung zwischen Gehäuse (4) und gasfeste Abdichtung und nur axialer Montageabstand auf der Welle (2) nötig)
- flache Ausführung aus Metall, das mit Lot eine zuverlässige flächendeckende Verbindung mit dem Kugellager aufweist
- die gasfeste Abdichtung ist beliebig kaskadierbar, um höhere Druckunterschiede zu übernehmen, z.B. 25 bar
- die gasfeste Abdichtung ist einsatzfähig bis 170 °C in normaler Ausführung und bis 250 °C in Sonderausführung; höhere Werte auf Anfrage
- die Vorrichtung ist wartungsfrei
- wichtiger Nebeneffekt: die gasfeste Abdichtung kühlt das angegliederte Kugellager zusätzlich ab und führt so zur Erhöhung seiner Grenzdrehzahl
Wichtige Maße in der nachfolgenden Montageanordnung sind:
D – Außenmaß der gasfesten Abdichtung
DL – Außendurchmesser Kugellager
dL – Innenbohrung Kugellager
h – Montagehöhe der gasfesten Abdichtung auf der Welle
H – Montagehöhe der gasfesten Abdichtung vom Außenring Kugellager
Darstellung:
Tests und
Messergebnisse
Zum Zwecke der Ermittlung des tatsächlichen Leistungsverbrauchs in der gasfesten Abdichtung wurden Messungen auf einer Testanordnung bestehend aus Motor, Kugellager 61906 und gasfester Abdichtung gemacht. Die folgende Daten zeigen die Ergebnise dieser Tests.
lfd.Nr. |
N |
P(Mot+1L+1GFA) |
P(Mot+1L) |
P Mot |
P(1GFA) |
P(1L+1GFA) |
P(Kontk.Di.) |
1 |
U/Min |
W |
W |
W |
W |
W |
W |
2 |
0 |
15 |
15 |
15 |
0 |
0 |
0 |
3 |
1000 |
75 |
69 |
68 |
6 |
7 |
3,5 |
4 |
2000 |
94 |
84 |
82 |
10 |
12 |
7 |
5 |
3000 |
103 |
94 |
93 |
9 |
10 |
10,5 |
6 |
4500 |
111 |
106 |
105 |
5 |
6 |
15,75 |
7 |
6000 |
122 |
121 |
116 |
1 |
6 |
21 |
8 |
7500 |
138 |
137 |
128 |
1 |
10 |
26,25 |
P(Mot+1L+1GFA) – Gesamtleistungsverbrauch Motor + Kugellager + gasfeste Abdichtung
P(1GFA) – Verlustleistung in der gasfesten Abdichtung
P(Kontk.Di.) – Verlustleistung im Falle der Anwendung der Kontaktdichtung zugehörig der vorliegenden Abdichtung, wenn das zentrifugale Abheben nicht stattfindet.
Wie ersichtlich, sinkt die Verlustleistung von etwa 10 W in der gasfesten Abdichtung ab einer Drehzahl von ca. 2.000 U/Min auf einen Wert von nur 1 W bei 6.000 U/Min. Im Vergleich steigt die Verlustleistung in der Kontaktdichtung kontinuirlich mit der Drehzahl und beträgt bei 7.000 U/Min ca. 24,5 W. Dies hat zur Folge, dass die gasfeste Abdichtung sich nicht erwärmt mit steigender Drehzahl, ja dass sie die Erwärmung des Kugellagers durch Ableitung mindert. Daraus erwachsen enorme Vorteile für den Betrieb von Anlagen unter Anwendung der gasfesten Abdichtung; sie können deutlich vereinfacht werden, eine Kühlung erscheint nicht mehr notwendig. Das Verhalten der gasfesten Abdichtung bleibt fast unverändert bis zu sehr hohen Drehzahlen, wenn man von einer geringfügigen Zunahme der Verluste bis zu einigen wenigen Watt absieht.
Ein Berechnungsbeispiel erlaubt eine Übersicht über die Abdichtungsfähigkeit der Flüssigkeitsscheiben. Die dazugehörige Drehzahlabhängigkeit erlaubt die Festlegung auf einem Übergangsbereich zwischen den Dichtungsphasen mit Kontakt und mit Flüssigkeitsscheiben, damit die Anwendungsanforderungen eingehalten werden können.
R =
27,5 . 10-3 m r = 20
. 10-3 m Rs
= 25 . 10-3 m N1 =
3.000 U/Min = 50 1/s N2 =
6.000 U/Min = 100 1/s N3 = 12.000
U/Min = 200 1/s B = 10 mm (theor. Berechnungswert)
Fc = m . w2 . Rs [N] Zentrifugalkraft
w1 = 2 p n = 2 p 3.000 = 314 w12 = 98.596
w2 = 2 p n = 2 p 6.000 = 628 w22 = 394.384
w3 = 2 p n = 2 p 12.000 = 1.256 w32 = 1.577.536
Das Volumen der Flüssigkeit ist:
V = p (R2 – r2) B = 11,192 . 10 –6 m3
Die Seitenfläche wo der zentrifugale Druck ausgeübt wird ist:
A = 2 p R B = 1,727 . 10-3 m2
Dies ergibt:
Fc1
= 27,6 N p1 = Fc1 / A
= 160 mbar
Fc2
= 110,4 N p2 = Fc2 / A
= 639 mbar
Fc3
= 441,6 N p3 = Fc3 / A =
2.556 mbar = 2,556 bar !
Diese Werte beziehen sich jedoch aleine nur auf die Fähigkeit der Flüssigkeitsscheiben den Überdruck zu übernehmen; dies trifft für diese Vorrichtung so nicht zu, denn bis zum Abheben wirken die Kontaktdichtungen und sichern die Abdichtung bis zu einigen bar. Die Abhebedrehzahl verschiebt sich zu höheren, jedoch genau berechenbaren Werten, wenn Überdrücke herrschen. Dabei ist die Reibung an den Kontaktdichtungen wesentlich geringer als ohne die Unterstützunge durch die Flüssigkeitsscheiben.
N [U/Min] |
p [mbar] |
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
3000 |
160 |
|
|
|
|
|
|
6000 |
639 |
|
|
|
|
|
|
12000 |
2556 |
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
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Anfragen
Da die gasfeste Abdichtung als Aggregat mit dem gewählten Kugellager geliefert wird, sind die Anfragen versehen mit Details für den Betrieb, wie unter anderem:
-
Kugellager
typ
- Max. Drehzahl
- Abhebedrehzahl (ab welcher praktisch keine Reibung mehr vorliegt)
- Betriebstemperatur
- Druckverlauf in Abhängigkeit von Drehzahl
an IMPECon zu richten
per eMail an: info@IMPECon.com
per FAX an: 09131 129265
per Brief an:
IMPECon
Bierlachweg 34
91058 Erlangen
Anschliessend
erhalten Sie ein Angebot für den konkreten Anwendungsfall.
Anmerkung: So lange der Vorrat reicht, werden eizelne
Aggregate Kugellager + gasfeste Abdichtung bezogen auf die Kugellager typ 6206
und 61906 kürzfristig geliefert. Der Preis beträgt 800 Euro pro Stück. Dies sollte potenziellen Anwendern die
prinzipielle Prüfung der neuartigen Abdichtung erlauben.