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Gasfeste Abdichtung

     

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.