Rotierende mechanische Dichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine rotierende mechanische Dichtung für Wellen oder andere rotie rende Körper, welche bestimmt ist, zwischen zwei relativ zueinander drehenden Körpern, beispielsweise der Antriebswelle einer Pumpe und dem Pumpen gehäuse, einen flüssigkeitsdichten Abschluss zu bil den.
Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf Flächendichtungen, d. h. auf solche, bei welchen die Gleitflächen der relativ rotierenden Teile der Dichtung sich radial erstrecken.
Es ist bekannt, solche Dichtungen in gespalteter Form herzustellen, indem man die ringartigen Flächendichtungsglieder, welche miteinander in Be rührung stehen, dadurch abgenützt werden und von Zeit zu Zeit ersetzt werden müssen, in zwei oder mehrere bogenförmige Abschnitte aufzuteilen. In dieser Weise können die Dichtungsteile in ihre die Welle umgebende Lage gebracht werden, ohne dass hierfür das Freimachen des Wellenendes notwendig wäre. Es wird erhebliche Demontage- und Montage arbeit beim Ersetzen der abgenützten Dichtungsteile eingespart.
Wenn auch das Ersetzen von abgenützten Dich tungsringen einfacher wird, so bringen die geteilten Ringe doch besondere Schwierigkeiten. So ist - um nur ein Beispiel zu nennen - die einwandfreie Funk tion der Dichtung abhängig von der Oberflächengüte und der perfekten Ebenheit der Reibungsflächen der Dichtungsglieder, wobei es ausserordentlich schwierig ist, diese Bedingung bei einem mehrteiligen Ring mit der notwendigen Genauigkeit zu erfüllen. Dar über hinaus besteht die Gefahr, dass durch die Stoss fuge zwischen zwei benachbarten Ringteilen das ab zudichtende Fluidum entweicht.
Es ist anderseits zutreffend, dass ein oberhalb des atmosphärischen Druckes liegender Fluidum- druck bestrebt ist, die Ringteile gegeneinander zu drücken, doch kann bei rotierenden Dichtungen die Zentrifugalkraft, insbesondere bei hohen Drehzahlen, diese Wirkung des Fluidumdruckes aufheben und die Ringteile radial nach aussen drücken, so dass die Stossfuge geöffnet wird.
Ein weiterer Nachteil geteilter Dichtungsringe zeigt ,sich in der Schwierigkeit, die beim Einsetzen der Dichtung in bezug auf das Zusammenhalten der Ringteile in .ihrer die Welle umgebenden Lage auftritt, wobei es vor allem schwierig ist, den mehr teiligen Ring in die Stopfbüchse der Pumpe oder andersartigen Maschine einzuführen, namentlich wenn es sich um eine enge, schlecht zugängliche Anordnung handelt.
Ausserdem ergeben sich Schwierigkeiten, wenn mehrteilige Dichtungsringe z. B. beim Ersetzen de montiert werden müssen, namentlich insofern, als sie mit enger Passung in einer Bohrung eines Ma schinenteiles gehalten werden.
Ein Zweck der Erfindung ist, eine rotierende Dichtung mit geteiltem Dichtungsring zu schaffen, welche bar der erwähnten Nachteile ist.
Erfindungsgemäss umfasst die Dichtung ein rotie rendes Flächendichtungsglied, welches mit einer Welle oder mit einem anderen rotierenden Körper verbunden und in federnd nachgiebiger Weise gegen ein nichtrotierendes Flächendichtungsglied gedrückt wird, welches seinerseits mit einem Gehäuse oder einem anderen feststehenden Teil verbunden ist, wo bei wenigstens das eine Flächendichtungsglied in Segmente unterteilt ist, so dass es demontiert werden kann, ohne dass hierfür die Freilegung des Wellen endes notwendig wäre.
Die Erfindung besteht darin, dass das geteilte Dichtungsorgan in einen Tragkörper dichtend eingesetzt und von einem Ring aus einem dehnbaren absorbierenden Material umgeben ist, wel- eher in einer Ringnut zwischen dem Dichtungsorgan und dem Tragkörper angeordnet ist, wobei der dehn bare Ring mit dem abzudichtenden Fluidum in Be rührung steht, so dass er dieses Fluidum absorbiert und dabei eine Schwellung erleidet, um dabei auf den ganzen Umfang des geteilten Dichtungsorgans einen radialen Druck auszuüben und die Segmente zusammenzuhalten.
Der Ring ist vorzugsweise ebenfalls geteilt, so dass er gleichzeitig mit dem Dichtungsorgan ersetzt werden kann. Bei der Wahl des Materials des Ringes ist das abzudichtende Fluidum zu berücksichtigen, doch besteht der Ring im allgemeinen aus einem Fasermaterial. Im Zusammenhang mit Wasser oder wässrigen Lösungen sind vulkanisierte Textilfasern, hergestellt z. B. aus Lumpen, geeignet, oder eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von gepress tem Asbest.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung schematisch dargestellt; es zeigt Fig. 1 eine Wellendichtung, bei welcher das ro tierende Dichtungsorgan in dem Tragkörper ange ordnet ist und das .stillstehende Dichtungsorgan sich in einem Gehäuse befindet, und Fig. 2 eine modifizierte Anordnung des rotieren den Dichtungsorgans in seinem Tragkörper.
Gemäss der Fig. 1 ist eine Welle 1 in einem Gehäuse 2 drehbar gelagert, und das Gehäuse soll so abgedichtet werden, dass das Fluidum entlang der Welle 1 nicht entweichen kann. Die diesem Zwecke dienende Dichtung umfasst ein stillstehendes Dichtungsorgan 3 in Form eines Ringes aus einem geeigneten Material, beispielsweise aus Metall oder Kohle, welcher in dem Gehäuse 2 angeordnet ist, ferner ein rotierendes Dichtungsorgan 4, welches mit der Welle drehfest verbunden ist. Das rotierende Dichtungsorgan 4 wird mit Hilfe von im Umfangsinne verteilten Federn, von welchen eine bei 5 ersichtlich ist, in axialer Richtung dichtend gegen das Dichtungs organ 3 gepresst.
Dichtungsorgane dieser Art sind an sich gut bekannt.
Beide Dichtungsorgane 3 und 4 sind in zwei oder mehrere Segmente unterteilt, so dass sie ohne Freimachung des Endes der Welle 1 ersetzt werden können, wenn dies die vorzeitige Abnützung erfor derlich macht. Dies ist ein grosser Vorteil, vielfach sogar unbedingt erforderlich, wobei jedoch die Schwierigkeiten, insbesondere was das Lecken durch die Stossfugen anbelangt, vermieden werden.
Gemäss der Fig. 1 ist das stillstehende Dich tungsorgan 3 in einer Bohrung 6 des Gehäuses 2 angeordnet und abgedichtet durch einen O-Ring 7, welcher ,sich in einer im Querschnitt rechteckigen Ringnut 8 befindet, sowie durch einen Ring 9 mit quadratischem Querschnitt, welcher aus Fasermate rial besteht und in einer Nut 10 von quadratischem Querschnitt angeordnet ist.
Die axiale Tiefe der Nut 8 ist kleiner als die Dicke des O-Ringes 7, so dass dieser O-Ring für das Organ 3 ein nachgiebiges Widerlager bildet, welches unter der Wirkung der in axialer Richtung wirkenden Federn 5 steht, und dessen Nachgiebig keit kleinere Deformationen oder Rauhigkeit der Oberfläche ausgleicht, so dass die Dichtungsflächen der Segmente des Dichtungsorgans tatsächlich in einer Ebene liegen können.
Das rotierende Dichtungsorgan ist an seinem äusseren Umfang abgesetzt und weist dabei eine Schulter 11 auf, welche in eine Traghülse 12 eingreift, wobei das hintere Ende des Organs 4 sich in eine an der Stirnfläche der Traghülse 12 angeordnete Ringnut 13 erstreckt. Durch eine Ausdrehung ist in der Ringnut eine Schulter 15 gebildet, und zwi schen dieser und der Schulter 11 ist ein Ring 16 aus Fasermaterial angeordnet.
Die beiden Ringe 16 und 9 bestehen aus einem solchen Fasermaterial, welches das abzudichtende Fluidum absorbiert und dabei anschwillt. Der Ring 9 ist in der Nut 10 eingeschlossen und steht mit dem Fluidum auf der gemäss Fig. 1 linken Seite in Berührung. Beim Anschwellen wird auf die Seg mente des Organs 3 ein starker, radial nach innen gerichteter Druck ausgeübt, wodurch die Segmente zusammengedrückt werden und ein Lecken durch die Stossfugen unterbunden wird.
Der Ring 16 ist in der im Querschnitt recht- eckförmigen Ringnut zwischen der zylindrischen und der radialen Fläche der Hülse 12 und dem Organ 4 eingeschlossen. Das die Hülse 12 umgebende Flui dum erreicht diesen Ring durch den Spalt zwischen dem Ende der Hülse 12 und dem Flansch des Organs 4, es wird von dem Ring 16 absorbiert, wo bei dieser anschwillt. Der Ring 16 kann sich in axialer Richtung nicht ohne weiteres ausdehnen, zu mal die unter dem starken Druck der Feder 5 stehende Hülse 12 über diesen Ring gegen das Dichtungsorgan 4 abgestützt ist.
Zufolge dessen wird beim Anschwellen des Ringes 15 ein starker, radial nach innen gerichteter Druck auf die Segmente des Organs 4 ausgeübt, so dass diese gegen die trennende Wirkung der Zentrifugalkraft zusammengehalten wer den.
Die Wahl des Materials für die Ringe 16 und 9 ist von der Natur des abzudichtenden Fluidums ab hängig, wobei der auf diesem Gebiet bewanderte Fachmann mit der Materialwahl keine Schwierigkei ten haben wird. Für Wasser und wässrige Lösungen können die Ringe aus vulkanisierten Textilfasern, hergestellt aus Lumpen, oder aus gepressten Asbest fasern bestehen.
Es ist klar, dass die Ringe 16 und 9, ferner der O-Ring 7 nicht geschlossen, sondern an einer Stelle gespalten sind. Diese Ringe können daher ähnlich den Organen 3 und 4 demontiert und ersetzt wer den, ohne dass dazu die freie Zugänglichkeit vom Ende der Welle her erforderlich wäre. Bei der Mon tage soll die Stossfuge der Ringe zwischen den Stoss fugen des zugeordneten Dichtungsorgans liegen. Die Traghülse 12 ist auf einer Hülse 17 axial verschiebbar, welche ihrerseits durch eine Schraube 18 mit der Welle 1 verbunden ist.
Die Hülse 12 ist gegenüber der Hülse 17 durch einen O-Ring 19 abgedichtet, und die letztgenannte Hülse ist gegen über der Welle durch einen O-Ring 20 abgedichtet, wobei beide O-Ringe in an sich bekannter Weise in Ringnuten angeordnet sind.
Die Hülse 17 besitzt, wie ersichtlich, eine Anzahl im Umfangsinne versetzte Ausnehmungen, in welchen die Federn 5 angeordnet sind, welche auf der hinteren Fläche der Traghülse 12 abgestützt sind und diese nach Massgabe der Abnützung der Dichtungsorgane 3 und 4 verschieben.
Dem Antrieb des rotierenden Dichtungsorgans, d. h. der drehfesten Verbindung desselben mit der Welle, dient eine weitere Hülse 22, die mit der Welle 1 durch eine Schraube 23 verbunden ist. Keile 24, welche am einen Ende der Hülse 22 im Umfangsinne verteilt angeordnet sind, greifen in Keilnuten 25 der Traghülse 12 ein. Die Traghülse 12 ist mit axialen Stiften 26 versehen, welche in Ausnehmungen 27 auf der hinteren Fläche des Dichtungsorgans 4 eingreifen, um dieses Organ in Drehung zu versetzen.
Die Hülse 22 besitzt indessen eine weitere Funk tion. Zufolge der festen Umklammerung des Dich tungsorgans 4 durch den Ring 16 kann dieses Dich tungsorgan nur schwer demontiert werden, insbe sondere wenn die Dichtung selber in einem engen Raum angeordnet ist, wie dies gewöhnlich zutrifft. Die Keile 24 sind in der Hülse 22 axial angeordnet, und das Dichtungsorgan 4 ist mit einem Innenflansch 28 versehen, welcher einen kleineren Innendurch messer aufweist als der Umkreis der Spitzen der Keile 24. Um das Dichtungsorgan 4 nach dem Öffnen des Gehäuses 1 und Entfernen des Dichtungsorgans 3 herauszunehmen, wird die Schraube 23 gelöst und die Hülse 22 gemäss der Fig. 1 nach rechts ver schoben.
Durch Eingriff der Keile 24 mit dem Flansch 28 wird das Dichtungsorgan 4 aus dem Träger herausgeschoben und kann dann ohne weiteres ersetzt werden.
Fig. 2 zeigt eine modifizierte Ausführung des rotierenden Dichtungsorgans 4 und dessen Trägers 12. Hier ist der Ring 16 in einer im Querschnitt rechteckigen Ringnut des Dichtungsorgans 4 ange ordnet, so dass er nicht dem axialen Druck der Feder ausgesetzt ist, sondern sich genauso benimmt wie der Ring 9 gemäss der Fig. 1. Er schwillt und dehnt sich in radialer Richtung gegen die Traghülse 12 aus, wobei am Dichtungsorgan 4 ein radial nach innen gerichteter Druck wirksam wird. Das Fluidum hat zu dem Ring von rechts durch den Spalt zwi- sehen der Traghülse und dem Dichtungsorgan Zu tritt.
Rotating mechanical seal The invention relates to a rotating mechanical seal for shafts or other rotating bodies, which is intended to form a liquid-tight seal between two bodies rotating relative to one another, for example the drive shaft of a pump and the pump housing.
In particular, the invention relates to surface seals, i. H. to those in which the sliding surfaces of the relatively rotating parts of the seal extend radially.
It is known to produce such seals in split form by dividing the ring-like surface sealing members, which are in contact with each other, thereby worn out and must be replaced from time to time, into two or more arcuate sections. In this way, the sealing parts can be brought into their position surrounding the shaft without the need to clear the shaft end. There is considerable disassembly and assembly work saved when replacing the worn sealing parts.
Even if the replacement of worn sealing rings is easier, the split rings bring particular difficulties. To name just one example, the perfect function of the seal depends on the surface quality and the perfect flatness of the friction surfaces of the sealing members, although it is extremely difficult to meet this requirement with the necessary accuracy in a multi-part ring. In addition, there is a risk that the fluid to be sealed will escape through the butt joint between two adjacent ring parts.
On the other hand, it is true that a fluid pressure above atmospheric pressure endeavors to press the ring parts against each other, but with rotating seals the centrifugal force, especially at high speeds, can cancel out this effect of the fluid pressure and push the ring parts radially outwards, so that the butt joint is opened.
Another disadvantage of split sealing rings is the difficulty that occurs when inserting the seal with respect to holding the ring parts together in .ihrer the shaft surrounding position, it being especially difficult to insert the multi-part ring into the stuffing box of the pump or to introduce a different type of machine, especially if it is a narrow, poorly accessible arrangement.
There are also difficulties when multi-part sealing rings z. B. must be mounted when replacing de, namely insofar as they are held with a tight fit in a hole in a Ma machine part.
One purpose of the invention is to provide a rotating seal with a split sealing ring which is free of the disadvantages mentioned.
According to the invention, the seal comprises a rotating surface sealing member, which is connected to a shaft or with another rotating body and is pressed in a resiliently resilient manner against a non-rotating surface sealing member, which in turn is connected to a housing or another fixed part, where at least one Surface sealing member is divided into segments so that it can be dismantled without exposing the shaft end would be necessary.
The invention consists in that the divided sealing element is inserted sealingly into a support body and is surrounded by a ring made of an expandable absorbent material, which is rather arranged in an annular groove between the sealing element and the support body, the expandable ring with the fluid to be sealed is in contact, so that it absorbs this fluid and thereby suffers a swelling in order to exert a radial pressure over the entire circumference of the divided sealing element and to hold the segments together.
The ring is preferably also divided so that it can be replaced at the same time as the sealing member. When choosing the material of the ring, the fluid to be sealed must be taken into account, but the ring is generally made of a fiber material. In connection with water or aqueous solutions, vulcanized textile fibers, produced e.g. B. from rags, suitable, or another possibility is the use of pressed system asbestos.
Embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically in the drawing; It shows Fig. 1 a shaft seal in which the ro animal sealing member is arranged in the support body and the .stillstanding sealing member is located in a housing, and Fig. 2 shows a modified arrangement of the rotating the sealing member in its support body.
According to FIG. 1, a shaft 1 is rotatably mounted in a housing 2, and the housing is to be sealed in such a way that the fluid cannot escape along the shaft 1. The seal used for this purpose comprises a stationary sealing element 3 in the form of a ring made of a suitable material, for example of metal or carbon, which is arranged in the housing 2, and a rotating sealing element 4 which is connected to the shaft in a rotationally fixed manner. The rotating sealing member 4 is pressed against the sealing member 3 in an axial direction with the aid of springs distributed in the circumferential direction, one of which can be seen at 5.
Sealing members of this type are well known per se.
Both sealing members 3 and 4 are divided into two or more segments so that they can be replaced without releasing the end of the shaft 1 if this makes premature wear neces sary. This is a great advantage, in many cases even absolutely necessary, but the difficulties, in particular with regard to leakage through the butt joints, are avoided.
According to Fig. 1, the stationary up processing organ 3 is arranged in a bore 6 of the housing 2 and sealed by an O-ring 7, which is located in an annular groove 8 with a rectangular cross-section, and by a ring 9 with a square cross-section, which consists of fiber mate rial and is arranged in a groove 10 of square cross-section.
The axial depth of the groove 8 is smaller than the thickness of the O-ring 7, so that this O-ring forms a flexible abutment for the organ 3, which is under the action of the springs 5 acting in the axial direction, and its flexibility is smaller Compensates for deformations or roughness of the surface, so that the sealing surfaces of the segments of the sealing element can actually lie in one plane.
The rotating sealing member is offset on its outer circumference and has a shoulder 11 which engages in a support sleeve 12, the rear end of the member 4 extending into an annular groove 13 arranged on the end face of the support sleeve 12. A shoulder 15 is formed by a recess in the annular groove, and between tween this and the shoulder 11, a ring 16 made of fiber material is arranged.
The two rings 16 and 9 are made of a fiber material that absorbs the fluid to be sealed and swells in the process. The ring 9 is enclosed in the groove 10 and is in contact with the fluid on the left side according to FIG. 1. When swelling, a strong, radially inward pressure is exerted on the Seg elements of the organ 3, whereby the segments are compressed and leakage through the butt joints is prevented.
The ring 16 is enclosed in the annular groove, which is rectangular in cross section, between the cylindrical and the radial surface of the sleeve 12 and the member 4. The fluid surrounding the sleeve 12 reaches this ring through the gap between the end of the sleeve 12 and the flange of the organ 4, it is absorbed by the ring 16, where it swells. The ring 16 cannot easily expand in the axial direction since the sleeve 12, which is under the strong pressure of the spring 5, is supported against the sealing member 4 via this ring.
As a result, when the ring 15 swells, a strong, radially inwardly directed pressure is exerted on the segments of the organ 4, so that they are held together against the separating effect of the centrifugal force.
The choice of material for the rings 16 and 9 depends on the nature of the fluid to be sealed off, and those skilled in the art will have no difficulties with the choice of material. For water and aqueous solutions, the rings can be made of vulcanized textile fibers, made from rags, or of pressed asbestos fibers.
It is clear that the rings 16 and 9, and also the O-ring 7, are not closed, but are split at one point. These rings can therefore be dismantled and replaced similar to the organs 3 and 4, without the need for free access from the end of the shaft. During the Mon days, the butt joint of the rings should be between the butt joints of the associated sealing member. The support sleeve 12 is axially displaceable on a sleeve 17, which in turn is connected to the shaft 1 by a screw 18.
The sleeve 12 is sealed off from the sleeve 17 by an O-ring 19, and the latter sleeve is sealed off from the shaft by an O-ring 20, both O-rings being arranged in annular grooves in a manner known per se.
As can be seen, the sleeve 17 has a number of circumferentially offset recesses in which the springs 5 are arranged, which are supported on the rear surface of the support sleeve 12 and move them according to the wear of the sealing members 3 and 4.
The drive of the rotating sealing member, d. H. a further sleeve 22, which is connected to the shaft 1 by a screw 23, is used to connect it to the shaft in a rotationally fixed manner. Wedges 24, which are arranged distributed in the circumferential direction at one end of the sleeve 22, engage in keyways 25 of the support sleeve 12. The support sleeve 12 is provided with axial pins 26 which engage in recesses 27 on the rear surface of the sealing member 4 in order to set this member in rotation.
The sleeve 22, however, has a further function. As a result of the tight grip of the up device organ 4 by the ring 16, this up device organ can only be dismantled with difficulty, especially when the seal itself is arranged in a narrow space, as is usually the case. The wedges 24 are arranged axially in the sleeve 22, and the sealing member 4 is provided with an inner flange 28 which has a smaller inner diameter than the circumference of the tips of the wedges 24. To the sealing member 4 after opening the housing 1 and removing the Take out sealing member 3, the screw 23 is loosened and the sleeve 22 according to FIG. 1 pushed ver to the right.
By engagement of the wedges 24 with the flange 28, the sealing member 4 is pushed out of the carrier and can then be easily replaced.
Fig. 2 shows a modified version of the rotating sealing member 4 and its carrier 12. Here, the ring 16 is arranged in an annular groove of the sealing member 4 with a rectangular cross-section, so that it is not exposed to the axial pressure of the spring, but behaves exactly as it does the ring 9 according to FIG. 1. It swells and expands in the radial direction towards the support sleeve 12, with a pressure directed radially inwards being effective on the sealing member 4. The fluid has to see the ring from the right through the gap between the support sleeve and the sealing member.