DE2628831A1

DE2628831A1 - Dichtung

Info

Publication number: DE2628831A1
Application number: DE19762628831
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr Dr Laussermair; Bruno Dipl Chem Dr Stemmler
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1976-06-26
Filing date: 1976-06-26
Publication date: 1978-01-05
Also published as: NL7705853A; CH622596A5; FR2356066A1; GB1575145A; JPS531750A; FR2356066B1; SE7707257L; ATA358277A; AT357836B; IT1082068B

Description

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG 26288

Aktiengesellschaft

München, den 10. Juni 1976

Dichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für relativ zueinander, insbesondere axial sich bewegende Bauteile.

Diverse Technologien befassen sich mit der Problematik zur Abdichtung von Räumen, die entweder unterschiedliche Medien enthalten und/oder verschiedenen Drücken ausgesetzt sind. In dieser Hinsicht sind die Fälle besonders problematisch, in denen sich bewegende Bauelemente Teile der Trennzonen bilden.

Für untergeordnete Zwecke erfolgt die klassische Lösung derartiger Probleme durch Stopfbüchsen mit verschiedenen Packungen oder Labyrinthe (mit Drosselspalten). Für höhere Anforderungen und hermetische Abdichtungen werden Membranen, Bälge, Stopfbüchsen mit selbstdichtenden Packungen, spezielle Stopfbüchsen mit Sperrgas oder stopfbüchsenartigen Abdichtungen eingesetzt. Die Membranen werden an die an der

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Relativbewegung beteiligten Bauteilte befestigt und entsprechend dem Bewegungshub dimensioniert. Somit ist in vielen Fällen, wie z.B. bei Kolbenstangen eines Stirlingmotors die Membran U-förmig gestaltet (Rollsocken, Stulpdichtung). Im Betrieb der arbeitenden Bauteile ist die Membran in einer ständigen Biege-bzw. Abrollbewegung und somit hohen Belastungen ausgesetzt, welche die Lebensdauer der Dichtung stark beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die für hohe Dichtungsansprüche geeignet eine von der Bewegungsfrequenz unabhängige Lebensdauer aufweist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine als ÄbdichtungsmediuHi dienende ferromagnetische Flüssigkeit gelöst, die in einem Magnetfeld zwischen den sich bewegenden Bauteilen festgehalten ist.

An der abzudichtenden Stelle wird ein Magnetfeld erzeugt, das sich über den Spalt zwischen den Bauteilen bzw. innerhalb eines Bauteiles erstreckt. In diesem Feld sammelt sich die magnetische Flüssigkeit, die zur Abdichtung der angrenzenden Räume nach Maßgabe der Feldstärke dort festgehalten wird.

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Die magnetische Flüssigkeit besteht aus einer ferromagnetische Partikel enthaltenden Trägerflüssigkeit. Durch entsprechende Behandlung dieser Partikeln wird das Ausflocken derselben bei der Einwirkung eines Kraftfeldes verhindert, so daß sich die Magnetflüssigkeit unter allen Bedingungen als homogenes Medium verhält.

Ferromagnetische Flüssigkeiten lassen sich unter Verwendung verschiedenartiger Trägerflüssigkeiten herstellen und an die Anforderungen des Einzelfalles, die beispielsweise durch mit der Dichtung in Berührung kommende Strömungsmedien bestimmt sein können, anpassen.

Ba Bereich rotierender Wellen ist die Magnetflüssigkeit alss Dichtung bereits zum Einsatz gekommen. Zu diesem Zweck hat die Welle im Dichtungsbereich ein sägezahnartiges Profil, an dessen Spitzen sich die Magnetflüssigkeit im radialen Magnetfeld sammelt und den Spalt überdeckt. Das radiale, den Spalt durchdringende Magnetfeld wird durch einen um die Riefen gestellfest angeordneten Permanentmagneten erzeugt.

Bei Anordnungen mit sich axial bewegenden Bauteilen, beispielsweise Kolben von Verbrennungsmaschinen, hat die Magnetflüssigkeit jedoch lediglich als Schmiermittel eine

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Anwendung gefunden. Gegen deren Einsatz die Dichtungszwecke auf diesem Gebiet spielen Faktoren, wie die durch Hin- und Herbewegung hervorgerufenen Axialkräfte auf die Flüssigkeit sowie Wirbelstromverluste, eine Rolle , die derartige Dichtungen als eine im Verhältnis zu den Belangen doch recht unrentable Lösung erscheinen läßt.

Diese Problematik wird durch die Erfindung überwunden, die insbesondere vorsieht, daß der Magnetfluß sich hauptsächlich im Spalt konzentriert und maximal nur eine dünne Grenzfläche der angrenzenden Bauteile durchströmt, wobei die magnetischen Pole als dem Bauteil zugehörig betrachtet werden.

Hierdurch ist eine maximale Nutzung der magnetischen Feldenergie gewährleistet, die die Herstellung einer Dichtung mittels magnetischer Flüssigkeit erlaubt. Je nach der Ausführungsform wird der Magnetfluß beide oder auch nur ein Bauteil an deren Grenzfläche durchfließen.

Als Felderreger kann erfindungsgemäß ein eingeprägter oder eingesetzter Magnet vorgesehen sein, der entweder als Dauermagnet oder als Elektromagnet ausgebildet ist.

Nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung verläuft der magnetische Fluß überwiegend durch ein Bauteil. Hierbei kann durch entsprechende Bemessung der Geometrie erreicht werden,

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daß das Magnetfeld sich über die Breite des Spaltes ausdehnt, jedoch ohne in das gegenüberliegende Bauteil eindringen zu müssen. Hierdurch ist es möglich, eine Dichtung mittels magnetischer Flüssigkeit auch in Anlagen einzusetzen, in den mindestens ein Bauteil aus einem Kunststoff oder im allgemeinen aus nicht ferromagnetischem Material besteht.

Bei Anordnungen mit radialem bzw. annähernd radialem Magnetfeld, kann gemäß der Erfindung zur Bildung eines Magnetflusses das dem Magnet gegenüberliegende Bauteil nur stellenweise aus ferromagnetischem Material bestehen, wobei die ferromagjjetischen Teile in Form einer aufgebrachten Schicht sein können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, kann für die magnetische Flüssigkeit eine evtl. gekühlte Bevorratung bzw. ein Strömungskreislauf vorgesehen sein. Hierdurch wird ein stationärer Dichtungszustand erreicht und ein unvorhersehbarer Ausfall der Dichtung (durch Verschleiß oder übermäßiger Erwärmung der Flüssigkeit) verhindert. Bekanntlich nimmt die ferromagnetische Suszeptibilität mit steigender Temperatur ab. Die von der evtl. gekühlten Bevorratung kommende kalte Magnetflüssigkeit wird am Dichtungsort in das magnetische Feld hineingesaugt, während eine äquivalente Menge erwärmter Magnetflüssigkeit hieraus verdrängt wird und in den

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Rücklaufzweig gelangt. Hierdurch wird bereits ohne zusätzliche Fördereinrichtung ein Zwangsumstrom erreicht, der als Kühl- und Regenerierkreislauf aufzufassen ist.

Die Kühlung der Magnetflüssigkeit kann aber auch erfindungsgemäß durch Kühlung eines oder aller Bauteile oder des Flüssigkeit-Kreislaufes erfolgen.

Hohe Anforderungen der Dichtungen werden nicht nur dann gestellt, wenn in etwa hohe Bewegungsfrequenzen auftreten, sondern insbesondere auch bei größeren Druckunterschieden. Für sehr hohe Ansprüche kann der Dichtung erfindungsgemäß ein pneumatischer oder hydraulischer Stützdruck zugeordnet werden, der je nach Bedarf kontinuierlich oder nur bei Druckspitzen auftritt. Bei meheren hintereinanderliegenden Dichtungsstellen kann der Stützdruck vorteilhaft zwischen diesen Dichtungsstellen auferlegt werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung beinhaltet

den Einsatz ferromagnetischer Flüssigkeit (en) in einer Bauteilkonstruktion aus einer bzw. mehrerer konzentrisch angeordneter Tauchglocken (Tauchglockenlabyrinth).

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.

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In der Zeichnung sind lediglich die Dichtungsstellen von beispielsweise Kolbenstangen von Arbeitsmaschinen dargestellt. In Fig. 1 ist eine Stange 10 von einem Gehäuse 11 unter Beibehaltung eines Spaltes 12 umgeben. Der untere Spaltraum ist vom oberen Spaltraum 14 mittels einer erfindungsgemäßen Dichtung getrennt. Die Dichtung besteht aus einem im Gehäuse verankerten ringförmigen Permanentmagneten 16, der in Zusammenwirkung mit einem ferromagnetischen, in der Stange eingelassenen Ring 17 ein Magnetfeld erzeugt, deren Feldlinien den Spalt 12 im wesentlichen radial überqueren. Als Dichtungsmedium dient eine Magnetflüssigkeit 18, die sich im Ringfeld höchster Feldstärke konzentriert und dort festgehalten wird.

Um hohen Dichtungsanforderungen Rechnung zu tragen und höheren Druckdifferenzen zwischen den Spalträumen 13 und 14 standzuhalten, sind die Polflächen mit spitz zulaufenden Ringen ausgestattet, und somit das Magnetfeld in mehrere mehr oder weniger getrennte Ringfelder aufgeteilt. Auch kann die Dichtung ferner mittels eines von einer Druckvorrichtung21 erzeugten Stützdrucks unterstützt werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Elektromagnet, wie in Fig. 2 gezeigt ist, mit gegeneinander zulaufenden Polen 23 bzw. 24 ausgestattet derart, daß die Feldlinien in etwa in Längsrichtung der Stangenachse verlaufen. Der Magnet 22 ist so angeordnet, daß unter Berücksichtigung der Feldstärke sowie der Feldsteuerung der Spalt 12 im Dichtungsbereich ausreichend

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vom Magnetfeld durchflutet wird, so daß die angezogene Magnetflüssigkeit die Spaltbreite ausfüllen kann. Ein derartig gestalteter Magnet 22 läßt sich gleichzeitig als Träger einer Bevorratung 25 für die Magnetflüssigkeit ausnützen. Im allgemeinen werden getrennte Bevorratungen angebracht sein, die über einen Zufuhr- und Abfuhr-Kanal mit dem Magnetfeld verbunden sind. Bei hohen Anforderungen können auch mehrere Magnete dieser Art entlang der Stangenachse angebracht werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

Eine Reihenanordnung von Magneten läßt sich auch in einer einfachen Weise durch Ringmagnete 30, Fig. 4, herstellen, die getrennt durch Isolierstücke 31 aneinandergereiht sind, wobei die Polung von Magnetring zu Magnetring sich abwechselt.

In der Ausgestaltung gemäß Fig. 5 ist die Stange 10 mit einer Tauchglocke 35 verbunden, die zwei Tauchzylinder 36 und 37 aufweist. Die Tauchzylinder 36 und 37 ragen in im Gehäuse 11 eingearbeitete Ringnuten 38 bzw. 39 hinein. Das Magnetfeld erstreckt sich in den beiden Ringnuten 38 und 39 zwischen Pole, die an den Enden der Tauchzylinder 36 und 37 angeordnet sind, und Gegenpole, die entweder axial oder radial den Polen gegenüberliegend sich am Gehäuse 11 befinden. Die Dichtung enthält eine ausreichende Menge von Magnetflüssigkeit, so daß beim Herausheben der Tauchzylinder aus den Ringenuten bei der

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einen Hubbewegung der Stange 10 die dabei mitgezogene Magnetflüssigkeit als eine dichtende, geschlossene Ringfläche verbleibt.

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Leerseite

Claims

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
Aktiengesellschaft

München, den 10. Juni 1976

Patentansprüche

1. Dichtung für relativ zueinander, insbesondere axial sich bewegende Bauteile, gekennzeichnet durch eine als Dichtungsmedium dienende magnetische Flüssigkeit (18), die in einem Magnetfeld zwischen den sich bewegenden Bauteilen (10,11) festgehalten ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Magnetfeldes durch Grenzflächen (17) eines oder mehrerer der Bauteile fließt.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen des Magnetfeldes ein Elektromagnet vorgesehen ist.

4. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes ein" Permanentmagnet (16, 22) vorgesehen ist.

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6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet in einem der Bauteile eingesetzt ist.

7. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Fluß überwiegend durch ein Bauteil verläuft.

8. Dichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des magnetischen Flusses das zweite Bauteil zumindest stellenweise aus ferromagnetischem Material besteht.

9. Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil an der dem Magneten gegenüberliegenden Stelle eine Beschichtung (17) aus ferromagnetischem Material aufweist.

10. Dichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch, eine siliziumhaltige Legierung als ferromagnetisch.es Material.

11. Dichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Einsatz von Ferritten als ferromagnetisches Material.

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12. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die magnetische Flüssigkeit eine Bevorratung (25) bzw. ein Strömungskreislauf vorgesehen ist.

13. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Bauteile und/oder der Strömungskreislauf bzw. die Bevorratung gekühlt wird.

14. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Dichtung ein pneumatischer oder hydraulischer Stützdruck zwischen mindestens zwei Dichtungen aus ferromagnetischer Flüssigkeit vorgesehen ist.

15. Dichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützdruck nur bei Druckspitzen wirksam ist.

16. Dichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützdruck zwischen axial angeordneten Dichtungen wirksam ist.

17. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konstruktive Anordnung aus einer Tauchglocke oder einem Tauchglockenlabyrinth besteht.

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