DE69712980T2

DE69712980T2 - Dichtungsanordnung zwischen einem drehenden und stationärem Element

Info

Publication number: DE69712980T2
Application number: DE69712980T
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Mitani; Tomohiko Nishiyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2017-05-16
Also published as: JPH1038092A; DE69712980D1; EP0807774A1; US5957462A; KR100214043B1; EP0807774B1; JP3006537B2; KR19980079237A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zwischen einem drehbaren und einem stationären Element.
Gewöhnlich wird als Dichtung zwischen einem drehbaren Element und einem stationären Element eine mechanische Dichtung verwendet. Die mechanische Dichtungsanordnung wird aus verschiedenen Dichtungstypen im Hinblick auf Benutzungsbedingungen ausgewählt, beispielsweise Druck, Temperatur, Drehzahl, und ob eine geringe Menge an Undichtigkeitsverlusten zugelassen wird oder nicht etc.
Falls die Dichtung an einem gleitend berührten Abschnitt angeordnet ist und einer relativ hohen Temperatur oberhalb 200ºC und einem relativ geringen Druck ausgesetzt ist, wird gewöhnlich kein O-Ring verwendet. Dies liegt daran, dass ein O-Ring nur als Dichtung zwischen stationären Elementen oder als Dichtung zwischen einem hin- und herbewegbaren Element und einem stationären Element Anwendung findet, da ein hoher Druck nötig ist, um einen Abschnitt des O-Rings zu verformen und in einen Spielraum zwischen zwei Elementen zu bringen, und daran, dass ein metallischer O-Ring, welcher gewöhnlich bei hohen Temperaturen oberhalb ca. 200ºC verwendet wird, verglichen mit einem Gummi-O-Ring schwache Dichtungseigenschaften hat.
Da die mechanischen Dichtungen jedoch so entworfen werden, dass sie einem hohen Druck, einer hohen Temperatur und hohen Druckzahlen standhalten, weisen sie gewöhnlich einen komplizierten Aufbau auf und sind hochpreisig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtungsanordnung zwischen einem drehbaren Element und einem stationären Element zu schaffen, die einen einfachen Aufbau hat und zur Verwendung unter relativ niedrigen Druck- und relativ hohen Drehzahlbedingungen geeignet ist.
Eine Dichtungsanordnung zwischen einem drehbaren und einem stationären Element gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst (a) ein stationäres Element, dem ein Innenraum zu eigen ist, (b) ein drehbares Element, das drehbar in dem stationären Element angeordnet ist und den Innenraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt, die einen höheren Druck als die erste Kammer aufweist, (c) ein aus einem elastischen Ring gefertigtes Dichtungselement, das eine Dichtung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer bildet, wobei das Dichtungselement an das drehbare Element und das stationäre Element jeweils an einem ersten Kontaktabschnitt und einem zweiten Kontaktabschnitt gedrückt wird, die sich wegen einer durch ein Umfangsspannung bzw. Wandbeanspruchung im Dichtungselement erzeugten Radialkraft auf einer radialen Seite des Dichtungselement befinden; und (d) eine Ausnehmung zum Auffangen von Schmiermitteln, die zumindest in dem drehbaren Element oder dem stationären Element ausgebildet ist, und sich auf der der zweiten Kammer zugewandten Seite des Dichtungselements befindet.
Vorzugsweise grenzen das drehbare Element und das stationäre Element eine Lücke zwischen dem ersten Kontaktabschnitt und dem zweiten Kontaktabschnitt ein. Das drehbare Element umfasst eine erste Dichtungsoberfläche, an der das drehbare Element das Dichtungselement berührt, und das stationäre Element umfasst eine zweite Dichtungsoberfläche, an der das stationäre Element das Dichtungselement berührt. Die erste Dichtungsoberfläche und die zweite Dichtungsoberfläche weisen Abschrägungen auf, die in einer von der Lücke weg zum Dichtungselement hin verlaufenden Richtung aufspreizen.
Falls das Dichtungselement bei einem Brenner mit regenerativer Verbrennung eingesetzt wird, sind das drehbare Element und das stationäre Element jeweils ein drehbares Element und ein drehbares stationäres Element eines Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus eines Brenners mit regenerativer Verbrennung. Die erste Kammer und die zweite Kammer sind jeweils eine eine Abgasdurchströmung ermöglichende Kammer und eine eine Versorgungsluftdurchströmung ermöglichende Kammer des Brenners mit regenerativer Verbrennung.
Falls das Dichtungselement einer relativ hohen Temperatur oberhalb von ca. 150ºC ausgesetzt ist, sind der erste Kontaktabschnitt und der zweite Kontaktabschnitt vorzugsweise radial innerhalb des Dichtungselements angeordnet.
Falls das Dichtungselement einer relativ niedrigen Temperatur unterhalb von ca. 150ºC ausgesetzt ist, können sowohl der erste als auch der zweite Kontaktabschnitt radial ausserhalb des Dichtungselements angeordnet sein.
Die obenstehend beschriebene Dichtungsanordnung gemäss der vorliegenden Erfindung kann in einem relativ niedrigen Drehzahlbereich (beispielsweise unterhalb 10rpm) und einem relativ niedrigen Druckbereich (beispielsweise unterhalb 800 mmH&sub2;O (7840 Pa)) eingesetzt werden.
Da das Dichtungselement aufgrund der durch die eigene Umfangsspannung erzeugte Radialkraft gegen die erste Dichtungsoberfläche und die zweite Dichtungsoberfläche gedrückt wird, wirkt die Druckkraft so sacht, dass das Dichtungselement nicht auf eine Weise verformt wird, dass ein Ankleben bzw. -haften verursacht wird. Ferner wird, da die Ausnehmung zum Aufnehmen von Schmiermittel vorgesehen ist und das Dichtungselement mit Schmiermittel versorgt wird, eine Verformung des Dichtungselements wirksam verhindert. Da die Ausnehmung zum Aufsammeln von Schmiermittel auf Seiten der zweiten Kammer am Dichtungselement angeordnet ist, fliesst das Schmiermittel auch dann, wenn das Dichtungselement leckt, aufgrund eines von der Luftleckage verursachten Luftstroms in Richtung des Dichtungselements und stoppt die Leckage bzw. Undichtigkeitsverluste am Dichtungselement. Da die Dichtungsanordnung aus nicht mehr besteht, als das Dichtungselement am abzudichtenden Abschnitt anzuordnen, ist die Dichtungsanordnung sehr einfach.
Da die ersten und zweiten Dichtungsoberflächen abgeschrägt sind, wird das Dichtungselement daran gehindert, sich von der Lücke wegzubewegen, so dass die Dichtung zuverlässig ist.
Da die Drehteile des drehbaren Elements des Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus des Brenners mit regenerativer Verbrennung kleiner als etwa 10 rpm ist und die Druckdifferenz zwischen der Versorgungsluft und dem Abgas ungefähr 800 mmH&sub2;O (7840 Pa) beträgt, kann die Dichtungsanordnung als eine Dichtung zwischen dem drehbaren Element und dem stationären Element des Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus des Brenners mit regenerativer Verbrennung eingesetzt werden.
Diesbezüglich ist es, falls das Dichtungselement durch das durch den Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus strömende Abgas auf eine Temperatur oberhalb von ca. 150ºC erhitzt wird, vorteilhaft, da der Gummi unter thermischer Belastung schrumpft, dass sich der erste Kontaktabschnitt und der zweite Kontaktabschnitt radial innerhalb des Dichtungselements befinden, so dass die Dichtung beibehalten wird. Falls das Dichtungselement maximal auf eine Temperatur unterhalb von 150ºC erhitzt wird, können der erste Kontaktabschnitt und der zweite Kontaktabschnitt radial ausserhalb des Dichtungselements angeordnet sein, so dass die Druckdifferenz genutzt werden kann, um das Dichtungselement auf die erste Dichtungsoberfläche und die zweite Dichtungsoberfläche zu drücken und ebenso die Umfangsspannung des Dichtungselements selbst.
Die obenstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher und leichter verstanden werden.
In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine Querschnittansicht einer Dichtungsanordnung zwischen einen drehbaren Element und einem stationären Element gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittansicht einer Dichtungsanordnung zwischen einem drehbaren Element und einem stationären Element gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Querschnittansicht eines Brenners mit regenerativer Verbrennung, bei dem die Dichtungsanordnung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
Fig. 1 und 3 stellen eine Dichtungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 2 stellt eine Dichtungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Teile bzw. Abschnitte, die in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gleich oder ähnlich sind, werden in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit den gleichen Bezugszeichen gezeichnet.
Zuerst werden Abschnitte, die in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gleich oder ähnlich sind, beispielhaft unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 3 erläutert.
Wie in Fig. 1 dargestellt, umfasst eine Dichtungsanordnung zwischen einem drehbaren Element und einem stationären Element gemäß sämtlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein stationäres Element 2 mit einem Innenraum, ein im stationären Element 2 drehbar angeordnetes, drehbares Element 3, das den Innenraum des stationären Elements 2 in eine erste Kammer 5 und eine zweite Kammer 4 mit einem höheren Druck als die erste Kammer 5 unterteilt, ein Dichtungselement 1 als Dichtung zwischen der ersten Kammer 5 und der zweiten Kammer 4, sowie eine Ausnehmung 7 zum Auffangen von Schmiermittel, die in zumindest dem drehbaren Element 3 oder dem stationären Element 1 ausgebildet ist.
Das Dichtungselement 1 ist ein Vollkörper- oder Hohlring aus elastischem Material, (beispielsweise Gummi, Kunstharz und Metall). Das Dichtungselement 1 ist in seiner Umfangsrichtung fortlaufend. Das Dichtungselement 1 wird jeweils an einem ersten Kontaktabschnitt 11 und einem zweiten Kontaktabschnitt 12 an das drehbare Element 3 und das stationäre Element 2 gedrückt. Der erste Kontaktabschnitt 11 und der zweite Kontaktabschnitt 12 sind auf einer radialen Seite des Dichtungslements 1 angeordnet. Das Dichtungselement 1 wird an das drehbare Element 3 und das stationäre Element 2 aufgrund einer durch eine auf das Dichtungselement 1 wirkenden Umfangsspannung erzeugten Radialkraft an den ersten Kontaktabschnitt 11 und den zweiten Kontaktabschnitt 12 gedrückt. Der erste Kontaktabschnitt 11 und der zweite Kontaktabschnitt 12 bilden eine Dichtung zwischen der ersten Kammer 5 und der zweiten Kammer 4.
Das drehbare Element 3 und das stationäre Element 2 schließen eine Lücke 6 ein, die in einer Richtung senkrecht zu einer Achse des Dichtungselements 1 zwischen dem ersten Kontaktabschnitt 11 und dem zweiten Kontaktabschnitt 12 verläuft. Des drehbare Element 3 umfasst eine erste Dichtungsoberfläche 14, an der das Dichtungselement 1 das drehbare Element 3 berührt, und das stationäre Element 2 umfasst eine zweite Dichtungsoberfläche 15, an der das Dichtungselement 1 das stationäre Element 2 berührt. Die erste Dichtungsoberfläche 14 und die zweite Dichtungsoberfläche 15 sind so abgeschrägt, dass sie in einer von der Lücke 6 weg zum Dichtungselement 1 hin verlaufenden Richtung aufspreizen.
Die Ausnehmung 7 zum Auffangen von Schmiermittel bzw. -fett (Schmierstoff) ist zumindest an dem drehbaren Element 3 oder dem stationären Element 2 ausgebildet. Die Ausnehmung 7 befindet sich auf einer der zweiten Kammer zuweisenden Seite des Dichtungselements 1. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung 7 mit Schmierfett gefüllt, obgleich auch andere Schmiermittel verwendet werden können. Das Schmierfett senkt einen Gleitwiderstand zwischen dem Dichtungselement 1 und dem drehbaren Element 3 und dient zum Verbessern der Dichtungseigenschaften des Dichtungselements durch Ausfüllen einer sehr kleinen Lücke zwischen dem Dichtungselement einerseits und dem drehbaren und stationären Element andererseits.
Der Grund dafür, dass sich die Ausnehmung 7 an einer der zweiten Kammer (einer Kammer mit höherem Druck) zugeneigten Seite des Dichtungselements 1 befindet, liegt darin, dass, wenn der Dichtungsabschnitt leckt, die Luft von der Kammer mit höherem Druck zur Kammer mit niedrigerem Druck strömt und das Schmierfett in dieselbe Richtung wie der Leckluftstrom strömt, so dass das Schmierfett zum Dichtungsabschnitt hin strömt, um die leckende Lücke auszufüllen.
In der Nähe der Ausnehmung 7 zum Aufsammeln von Schmierfett ist im stationären Element 2 eine Schmierfettversorgungsöffnung bzw. eine Schmierfettversorgungsbohrung 8 ausgebildet. Wenn die Menge des Schmierfetts abfällt, wird die Ausnehmung 7 durch die Bohrung 8 mit Schmierfett versorgt.
Bei einer Dichtungsanordnung für einen Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus eines Brenners 13 mit regenerativer Verbrennung ist die Drehzahl des drehbaren Elements 1 relativ gering, beispielsweise gleich oder kleiner als 100 rpm, insbesondere gleich oder kleiner als 10 rpm.
Bei einer Dichtungsanordnung für den Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus des Brenners 13 mit regenerativer Verbrennung ist die Druckdifferenz zwischen den Drücken in der ersten und zweiten Kammer 4 und 5 ebenfalls relativ gering, beispielsweise gleich oder kleiner als 2000 mmH&sub2;O (19600 Pa), aber grösser als 0 mmH&sub2;O (0 Pa). Insbesondere beträgt der Druck der zweiten Kammer (worin Versorgungsluft strömt) ungefähr 1200 mmH&sub2;O (11760 Pa) und der Druck der ersten Kammer (worin Abgas strömt) ungefähr 400 mmH&sub2;O (3920 Pa). die Druckdifferenz beträgt ca. 800 mmH&sub2;O (7840 Pa).
Bei einer Dichtungsanordnung für einen Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus des Brenners 13 mit regenerativer Verbrennung wird, da der Abschnitt, an dem das Dichtungselement 1 einer Temperatur zwischen einer Raumtemperatur und 300ºC ausgesetzt ist, insbesondere einer Temperatur von 100-250ºC, ein hitzebeständiger Gummi eingeschlossen einem Silikongummi als Gummi für das Dichtungselement 1 verwendet.
Die oben beschriebene Dichtungsanordnung kann als Dichtungsmechanismus des Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus 40 des Brenners 13 mit regenerativer Verbrennung vom alleinstehenden Typ verwendet werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt, umfasst der Brenner 13 mit regenerativer Verbrennung vom alleinstehenden Typ ein Wärmespeicherelement 30 (beispielsweise aus Keramik hergestellt), ein Gehäuse 34, eine Brennerauskleidung bzw. -kachel 62, die auf einer axialen Seite des Wärmespeichers 30 angeordnet ist, den Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus 40, der auf der anderen axialen Seite des Wärmespeicherelements 30 angeordnet ist, und eine Kraftstoffzufuhrdüse (Kraftstoffausstoßdüse) 60, die sich durch den Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus 40 und das Wärmespeicherelement 30 zur Brennerauskleidung 62 hin erstreckt.
Das Wärmespeicherelement 30 fängt einen Teil der Hitze des Abgases (das eine Temperatur von ungefähr 1000º hat) auf, um die Hitze einzulagern und die Temperatur des Abgases auf ungefähr 250ºC zu verringern, wenn das Abgas durch das Wärmespeicherelement 30 strömt und gibt die Hitze an die Versorgungsluft (die eine im wesentlichen der Umgebungstemperatur gleichende Temperatur hat) zur Verbrennung ab, um die Versorgungsluft auf ungefähr 900ºC vorzuheizen, wenn das Wärmespeicherelement vom Abgasstrom in den Versorgungsluftstrom umgeschaltet wird. Der Querschnitt in Seitenrichtung des Wärmespeicherelements 30 ist eine Vielzahl von Abschnitte unterteilt. Wenn das Abgas durch einen Teil der Abschnitte strömt, strömt die Versorgungsluft durch die verbleibenden Abschnitte. Luftzufuhr und Gasabfuhr werden durch den Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus 40 abwechselnd geschaltet.
Die Brennerauskleidung 62 wird aus Keramik oder hitzebeständigem Metall hergestellt. Die Brennerauskleidung 62 umfasst eine Luftversorgungs- und Gasabfuhroberfläche 63 und einen Vorsprung 64, der aus der Luftversorgungs- und Gasabfuhroberfläche 63 hervorsteht. eine Kraftstoffabgabeoberfläche 65 ist von einer Innenseite des Vorsprungs 64 zu einer Vorderendoberfläche des Vorsprungs 64 hin ausgeformt. Eine Mehrzahl von Luftversorgungs- und Gasabfuhrlöchern bzw. -Öffnungen 66 ist in der Brennerauskleidung ausgeformt und steht der Luftversorgung und der Gasabfuhroberfläche 63 offen. Die Luftversorgungs- und Gasabfuhröffnungen 66 und die Mehrzahl von Abschnitten des Wärmespeicherelements 30 stimmen eins zu eins überein. Deshalb strömt, wenn das Abgas durch einen Teil der Luftversorgungs- und Gasabfuhröffnungen 66 strömt, die Versorgungsluft durch den verbleibenden Teil der Luftversorgungs- und Gasabfuhröffnungen 66.
Wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, umfasst der Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus 40 das drehbare Element 3, das stationäre Element 2 und eine Trennwand 40. Das drehbare Element 2 umfasst eine Mehrzahl von Penetrationslöchern bzw. -Öffnungen 47, die in einer eindeutigen Zuordnung zu den Abschnitten des Wärmespeicherelements 30 stehen. Das drehbare Element 3 umfasst eine Öffnungseinfassung 42, die auf einer Seite der Trennwand 41 ausgebildet ist, und eine weitere Öffnungseinfassung 42, die auf der anderen Seite der Trennwand 41 ausgebildet ist. Die Öffnungseinfassung 42 steht mit einem Versorgungslufteinlass 51 in Verbindung und die Öffnungseinfassung 43 mit einem Abgasauslass 52. Das drehbare Element 3 wird in eine Richtung oder in eine gegensätzliche Richtung durch eine Antriebsvorrichtung 45 (ein Motor oder ein Zylinder) gedreht. Durch ein derartiges Drehen des drehbaren Elements 3, dass die Penetrationsöffnung 47, welche an der Öffnungseinfassung 42 war, an die Öffnungseinfassung 43 gelangt und die Penetrationsöffnung 47, die an der Öffnungseinfassung 43 war, an die Öffnungseinfassung 42 gelangt, wird die Luftzufuhr und Gasabfuhr durch das Wärmespeicherelement 30 und die Luftversorgungs- und Gasabfuhröffnungen 66 umgeschaltet.
Die Dichtungsanordnung wird beim Dichtungsmechanismus zwischen dem drehbaren Element 3 und dem stationären Element 2 eingesetzt. Ein Innenraum des stationären Elements 2 des Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus 40 wird durch das drehbare Element 3 in die erste Kammer 5 und die zweite Kammer 4 unterteilt. Versorgungsluft strömt durch die zweite Kammer 4 und Abgas strömt durch die erste Kammer 5. ein Druck der Versorgungsluft ist beispielsweise 1200 mmH&sub2;O (11760 Pa) und höher als ein Druck des Abgases (beispielsweise 400 mmH&sub2;O (3920 Pa)). Daher besteht eine Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern 4 und 5. Ferner liegt die Temperatur der Versorgungsluft bei Raumtemperatur und die Temperatur des Abgases am stromabwärts gelegenen Ende des Wärmespeicherelements 30 in der Abgasfließrichtung (entgegengesetzt eines stromabwärts gelegenen Endes 68 des Wärmespeicherelements 30 in Versorgungsluftfließrichtung (bei ungefähr 250ºC)). Die Ausnehmung 7 zum Auffangen von Schmierfett ist auf der Seite der zweiten Kammer am Dichtungselement 1 ausgeformt. Die Schmierfettversorgungsöffnung 8 ist am stationären Element 8 ausgeformt.
Wie in Fig. 1 dargestellt, weist das drehbare Element 3 einen Abschnitt 17 auf, der einem Abgasstrom ausgesetzt ist. Eine Nut 9 ist im drehbaren Element 3 zwischen dem Abschnitt 17 und dem ersten Kontaktabschnitt 11 ausgeformt. Die Nut bzw. Rille 9 steht gegenüber der zweiten Kammer 4 offen. Wenn die Versorgungsluft bei Raumtemperatur in die Nut 9 strömt, nimmt die Luft die von der Wand des Abschnitts 17 zum ersten Kontaktabschnitt 11 hin geleitete Hitze weg, um den Abschnitt zu kühlen, an dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist. Um den Abschnitt, an dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist, stärker zu kühlen, ist eine Rippenanordnung mit zumindest einer der Atmosphäre ausgesetzten Rippe 10 an einem Abschnitt des stationären Elements 2 ausgebildet, der radial ausserhalb des Richtungselements 1 angeordnet ist, so dass der Abschnitt, an dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist, aufgrund der Wärmekonvektion an der Rippenanordnung gekühlt werden kann.
Aufgrund dieser Anordnung wird, obwohl die Abgastemperatur ungefähr 250º beträgt, die Temperatur am Abschnitt, an dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist, auf eine Temperatur unterhalb von 200ºC gedrückt. Daraus folgt, dass das Dichtungselement aus Gummi hergestellt werden kann. Insbesondere wird ein aus Gummi hergestellter O-Ring (hitzebeständiger Gummi) mit einem Voll- oder Hohlquerschnitt als das Dichtungselement 1 verwendet.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Dichtungsanordnung erläutert:
Da das Dichtungselement 1 aufgrund der durch die Umfangsspannung des Dichtungselements 1 erzeugte Radialkraft sacht gegen das drehbare Element 3 und das stationäre Element 2 gedrückt wird, ist ein Widerstand zwischen dem drehbaren Element 3 und dem Dichtungselement 1 gering. Daraus folgt, dass Verformung und Abnutzung bzw. Abrieb des Dichtungselements 1 verhindert wird, was zu einer erhöhten Lebensdauer des Dichtungselements 1 führt.
Da die erste Dichtungsoberfläche 14 und die zweite Dichtungsoberfläche 15 in der Richtung von der Lücke 6 weg aufspreizen, wird das Dichtungselement 1 daran gehindert, von der Lücke weg versetzt zu werden, so dass die Zuverlässigkeit der Dichtungsanordnung hoch ist.
Ferner ist der Aufbau sehr einfach, da die Dichtungsanordnung durch blosses Anordnen des Dichtungselements 1 in einer Weise erzielt wird, bei der das Dichtungselement 1 jeweils am ersten Kontaktabschnitt 11 und am zweiten Kontaktabschnitt 12 gegen das drehbare Element 3 und das stationäre Element 2 gedrückt wird. Daraus ergibt sich, dass eine grosse Kostenverringerung erzielt werden kann und die Wartung leicht fällt. Da sich die Ausnehmung 7 zum Auffangen von Schmiermittel auf der Seite der zweiten Kammer am Dichtungselement 1 befindet, kann das Schmierfett durch eine sehr geringe Menge von Leckluft zum Strömen zum Dichtungselement 1 hin angeregt werden, welche am Dichtungselement 1 unausweichlich auftritt, wodurch sichergestellt wird, dass das Dichtungselement 1 mit Schmierfett versorgt wird. Aufgrund der Versorgung des Dichtungselements 1 mit Schmierfett wird das Dichtungselement 1 geschmiert und eine Nutzung des Dichtungselements 1 minimiert. Es ergibt sich, dass die Lebensdauer des Dichtungselements 1 verlängert wird, was die Anzahl der Auswechselzeitpunkte des Dichtungselements 1 verringert.
Durch Anwendung der Dichtungsanordnung auf den Dichtungsmechanismus des Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus 40 des Brenners mit regenerativer Verbrennung wird die Betriebszuverlässigkeit des Brenners erhöht und eine Kostenreduktion beim Brenner erreicht. Falls ein Luftaustritt bzw. eine Luftleckage von Versorgungsluft zum Abgas im Umschaltmechanismus 40 auftritt, weicht ein Verhältnis der Versorgungsluft gegenüber Kraftstoff vom Richtwert ab, so dass eine unvollständige Verbrennung auftreten kann und der Verbrennungswirkungsgrad aufgrund eines Verlustes an Versorgungsluftenergie abgesenkt werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung werden diese unerwünschten Effekte jedoch reduziert.
In dem Fall, bei dem die Nut 9 im drehbaren Element 3 vorgesehen ist, strömt ein Teil der Versorgunsgluft durch die Nut 9, um zu verhindern, dass im Abschnitt, in dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist, die Temperatur ansteigt. Daraus folgt, dass das Dichtungselement 1 von einer thermischen Abnutzung bewahrt wird, so dass die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Dichtungsanordnung verbessert werden.
Ferner wird in dem Fall, bei dem die Rippenanordnung 10 am stationären Element 2 ausgebildet ist, verhindert, dass die Temperatur an dem Abschnitt ansteigt, an dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist.
Als nächstes werden die jeder Ausführungsform eigenen Teile der Erfindung erläutert.
Wie in Fig. 1 am Besten gesehen werden kann, sind bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der erste Kontaktabschnitt 11 und der zweite Kontaktabschnitt 12 radial innerhalb des Dichtungselements 1 angeordnet. Auch die Lücke 6 befindet sich radial innerhalb des Dichtungselements 1. Bei diesem Beispiel ist die durch das Dichtungselement 1 erzeugte Umfangsspannung eine Zugspannung, die eine radial nach innen wirkende Radialkraft erzeugt. Aufgrund der Radialkraft wird das Dichtungselement 1 am ersten Kontaktabschnitt 11 an die erste Dichtungsoberfläche 14 und an die zweite Dichtungsoberfläche 15 am zweiten Kontaktabschnitt 12. Die Dichtungsanordnung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dann eingesetzt, wenn die Temperatur des Abschnitts, an dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist, relativ hoch ist, insbesondere gleich oder höher als 150ºC.
Bei einem Betrieb der ersten Ausführungsform der Erfindung schrumpft, wenn der Abschnitt, an dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist, auf eine Temperatur oberhalb 150ºC aufgeheizt wird, das Dichtungselement 1, das aus Gummi besteht aufgrund der Hitze, wobei der Anpressdruck zwischen dem Dichtungselement 1 am ersten Kontaktabschnitt 11 und dem zweiten Kontaktabschnitt 12 ansteigt, so dass die Dichtung verbessert wird. Obgleich die Druckdifferenz zwischen der zweiten Kammer 4 und der ersten Kammer 5 auf eine Weise wirkt, dass der Durchmesser des Dichtungselements 1 vergrößert wird, kann durch Auslegung der Umfangsspannung des Dichtungselements 1 größer als eine auf das Dichtungselement aufgrund der Druckdifferenz wirkende Kraft (proportional zur Größe der Lücke 6) jederzeit eine Nettohaltekraft auf den ersten Kontaktabschnitt 11 und den zweiten Kontaktabschnitt 12 wirken.
Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung finden sich, wie am besten in Fig. 2 gesehen werden kann, der erste Kontaktabsschnitt 11 und der zweite Kontaktabsschnitt 12 radial außerhalb des Dichtungselements 1. Auch die Lücke 6 befindet sich radial außerhalb des Dichtungselements 1. Bei diesem Beispiel ist die im Dichtungselement 1 erzeugte Umfangsspannung eine Druckspannung, die eine radial nach außen gerichtete Radialkraft erzeugt. Aufgrund der Radialkraft wird das Dichtungselement 1 gegen die erste Dichtungsoberfläche 14 am ersten Kontaktabschnitt 11 und gegen die zweite Dichtungsoberfläche 15 am zweiten Kontaktabschnitt 12 gedrückt. Die Dichtungsanordnung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dann verwendet, wenn die Temperatur des Abschnitts, an dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist, relativ gering ist, beispielsweise niedriger als 150ºC.
Bei einem Betrieb der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, da die Temperatur des Abschnitts, an dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist, relativ gering ist, die thermische Schrumpfung des Dichtungselements 1 klein. Daraus ergibt sich, dass der Anpress- bzw. Kontaktdruck zwischen dem Dichtungselement 1 am ersten Kontaktabschnitt 11 und dem zweiten Kontaktabschnitt 12 wenig von der Temperatur des Dichtungselements 1 beeinflusst wird, so dass die anfänglich gute Dichtung beibehalten wird. Ferner wird, da die Druckdifferenz zwischen der zweiten Kammer 4 und der ersten Kammer 5 derart wirkt, dass der Durchmesser des Dichtungselements 1 ansteigt, die Dichtung verbessert, wobei jederzeit eine Druckkraft auf den ersten Kontaktabschnitt 11 und den zweiten Kontaktabschnitt 12 wirkt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden die folgenden technischen Vorteile erzielt:
Da das Dichtungselement 1 aufgrund der durch die eigene Umfangsspannung erzeugten Radialkraft gegen die erste Dichtungsoberfläche und die zweite Dichtungsoberfläche gedrückt wird, wirkt die Druckkraft nur sacht, so dass das Dichtungselement nicht verformt wird und nicht verklebt. Da ferner die Ausnehmung 7 zum Auffangen von Schmierfett vorgesehen ist und das Dichtungselement mit Schmierfett versorgt wird, werden Verformung und Abnutzung des Dichtungselements 1 wirksam verhindert. Da die Dichtungsanordnung aus nicht mehr als dem Anordnen des Dichtungselements 1 am abzudichtenden Abschnitt besteht, ist die Dichtungsanordnung sehr einfach aufgebaut.
Da sowohl die erste als auch die zweite Dichtungsoberfläche abgeschrägt ist, wird verhindert, dass sich das Dichtungselement aus der Lücke entfernt, so dass die Dichtung zuverlässig ist.
Da die Drehzahl des drehbaren Elements des Luftversorgungs- und Abgasabfuhrumschaltmechanismus des Brenners mit regenerativer Verbrennung niedriger als etwa 10rpm ist und die Druckdifferenz zwischen der Versorgungsluft und dem Abgas ungefähr 800 mmH&sub2;O (7840 Pa), kann die Dichtungsanordnung als Dichtung zwischen dem drehbaren Element und dem stationären Element des Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus des Brenners mit regenerativer Verbrennung verwendet werden.
Falls die Nut 9 vorgesehen ist, wird ein Temperaturanstieg an dem Abschnitt unterdrückt, an dem das Dichtungselement angeordnet ist.
Falls die Rippenanordnung 10 vorgesehen ist, wird ein Temperaturanstieg des Abschnitts unterdrückt, an dem die Dichtungsanordnung 1 angeordnet ist.
Falls sich der erste Kontaktabschnitt 11 und der zweite Kontaktabschnitt 12 radial innerhalb des Dichtungselements 1 befinden, wird, eine gute Dichtung auch dann beibehalten, wenn der Abschnitt, an dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist, auf eine Temperatur von ungefähr 150ºC erhitzt wird.
Falls sich der erste Kontaktabschnitt 11 und der zweite Kontaktabschnitt 12 radial ausserhalb des Dichtungselements 1 befinden, wird dann eine gute Dichtung beibehalten, wenn der Abschnitt, an dem das Dichtungselement 1 angeordnet ist, auf eine Temperatur unterhalb von ungefähr 150ºC erhitzt wird, wobei die durch die Umfangsspannung und die Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer erzeugte Radialkraft verwendet wird.

Claims

1. Dichtungsanordnung zwischen einem drehbaren (3) und einem stationären Teil bzw. Element (2), mit:

einem stationären Element (2), das einen Innenraum aufweist;

einem drehbaren Element (3), das drehbar in dem stationären Element (2) angeordnet ist und den Innenraum in eine erste Kammer (5) und eine zweite Kammer (4) so unterteilt, dass die zweite Kammer (4) einen höheren Druck als die erste Kammer (5) aufweist;

einem aus einem elastischen Ring gefertigten Dichtungselement (1), das eine Dichtung zwischen der ersten Kammer (5) und der zweiten Kammer (4) bildet und aufgrund einer durch eine Umfangsspannung in dem Dichtungselement (1) erzeugten Radialkraft jeweils an einem ersten Kontaktabschnitt (11) und einem zweiten Kontaktabschnitt (12) an das stationäre Element (2) bzw. an das drehbare Element (3) gedrückt wird, wobei sich der erste Kontaktabschnitt (11) und der zweite Kontaktabschnitt (12) an einer radialen Seite des Dichtungselements (1) befinden; und

einer Ausnehmung (7) zum Auffangen von Schmiermittel, die zumindest in dem drehbaren Element (3) oder dem stationären Element (2) ausgebildet ist und sich auf der der zweiten Kammer zugewandten Seite des Dichtungselements (1) befindet.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Dichtungselement (1) aus Gummi besteht.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das drehbare Element (3) und das stationäre Element (2) eine Lücke (6) zwischen dem ersten Kontaktabschnitt (11) und dem zweiten Kontaktabschnitt (12) eingrenzen, wobei das drehbare Element (3) eine erste Dichtungsoberfläche (14) umfasst, an der das drehbare Element (3) das Dichtungselement (1) berührt,

das stationäre Element (2) eine zweite Dichtungsoberfläche (15) umfasst, an der das stationäre Element (3) das Dichtungselement (1) berührt, und

die erste (14) und die zweite Dichtungsoberfläche (15) Abschrägungen aufweisen, die sich in einer von der Lücke (6) weg zum Dichtungselement (1) hin verlaufenden Richtung aufspreizen.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der eine Drehzahl des drehbaren Elements (3) unter 100 U/min liegt.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der eine Druckdifferenz zwischen einer ersten Kammer (5) und der zweiten Kammer (4) höher als 0 mmH&sub2;O (0 Pa), aber tiefer als oder gleich 2.000 mmH&sub2;O (19.600 Pa) liegt.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Dichtungselement (1) einer zwischen Raumtemperatur und 300ºC liegenden Temperatur ausgesetzt ist.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das drehbare Element (3) und das stationäre Element (2) jeweils ein drehbares und ein stationäres Element eines Luftversorgungs- und Gasabfuhrumschaltmechanismus (40) eines Brenners (13) mit regenerativer Verbrennung sind, wobei

die erste Kammer (5) und die zweite Kammer (4) eine Kammer, die Abgasdurchströmung ermöglicht bzw. eine Kammer ausbilden, die Versorgungsluftdurchströmung ermöglicht.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, bei der

das drehbare Element (3) einen Abschnitt (17) umfasst, der einer Abgasströmung ausgesetzt ist, wobei an einem Abschnitt des drehbaren Elements (3)

zwischen dem ersten Kontaktabschnitt (11) und dem der Abgasströmung ausgesetzten Abschnitt (17) eine Nut (9) ausgebildet ist, die mit der zweiten Kammer (4) in Verbindung steht.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, bei der das stationäre Element (2) eine Rippenanordnung (10) umfasst, die an einem Abschnitt des stationären Elements (2) ausgebildet ist, der radial außerhalb des Dichtungselements (1) liegt.

10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der sich der erste Kontaktabschnitt (11) und der zweite Kontaktabschnitt (12) radial innerhalb eines Querschnittmittelpunkts des Dichtungselements (1) befinden.

11. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der sich der erste Kontaktabschnitt (11) und der zweite Kontaktabschnitt (12) radial außerhalb eines Querschnittmittelpunkts des Dichtungselements (1) befinden.