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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mechanische Abdichtung. Insbesondere bezieht sie sich auf eine mechanische Abdichtung zum Abdichten zwischen einer Drehwelle und einem Gehäuse in einer abgedichteten Welleneinrichtung, wie beispielsweise in verschiedenen industriellen Pumpen und Rühreinrichtungen, wobei eine abdichtende Oberfläche eines sich drehenden Rings und eine abdichtende Oberfläche eines stationären Rings in Kontakt miteinander gebracht werden.
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STAND DER TECHNIK
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Bei einer Einrichtung zum Bearbeiten einer starken Säure oder einer starken alkalischen, äußerst korrosiven Substanz, zum Beispiel bei einer Rühreinrichtung zum Durchführen einer rührenden Bearbeitung der Substanz, wird ein Behälter (ein Druckbehälter) verwendet, in dem eine Oberfläche eines Basismaterials aus Metall, wie beispielsweise Edelstahl, zur Sicherstellung der Korrosionsbeständigkeit mit einem Glas oder Polytetrafluorethylen beschichtet wird, bei dem es sich um einen Fluorokunststoff handelt.
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Ein Behälter, der mit einem Glas beschichtet ist, wird auch als Kessel mit Glasüberüberzug oder Emailleüberzug bezeichnet (im Folgenden wird auf diesen auch als GL-Kessel Bezug genommen), und ein Behälter, der mit einem Fluorokunststoff beschichtet ist, wird auch als ein „mit einem Fluorokunststoff beschichteter Kessel“ bezeichnet (auf diesen wird im Folgenden auch als ein „PTFE-Kessel“ Bezug genommen).
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Bei einer mit dem GL-Kessel oder dem PTFE-Kessel ausgestatteten Rühreinrichtung sind die Oberfläche auf der Innenseite des GL-Kessels oder des PTFE-Kessels, die in Kontakt mit einer äußerst korrosiven Substanz kommen, und die Oberfläche der in dem GL-Kessel oder dem PTFE-Kessel eingesetzten Drehwelle zum Drehen der Rührkomponente, wie beispielsweise eines Rührflügels, um die Substanz zu rühren, mit einem Glas oder einem Fluorokunststoff beschichtet.
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Übrigens ist es im Fall eines Prozesspulvers oder eines Lösungsmittels mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit beim Verwenden einer Rühreinrichtung, die mit dem GL-Kessel oder dem PTFE-Kessel ausgestattet ist, wahrscheinlich, dass eine statische Elektrizität erzeugt wird. In dem GL-Kessel oder dem PTFE-Kessel ist, da dessen Oberfläche auf der Innenseite mit einem Glas oder einem Fluorokunststoff beschichtet ist, der spezifische Volumenwiderstand (der auch als spezifischer Widerstand bezeichnet wird) (Ω·cm) hoch, und durch die erzeugte statische Elektrizität bildet sich leicht eine Aufladung. Wenn sich durch eine große Menge an statischer Elektrizität eine Aufladung bildet, besteht die Möglichkeit, dass Probleme auftreten, wie beispielsweise eine Staubexplosion oder eine Zündung an dem Lösungsmittel.
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Aus diesem Grund sind ein GL-Kessel, ein PTFE-Kessel und eine Drehwelle üblicherweise geerdet, so dass eine elektrostatische Aufladung an dem GL-Kessel etc. eliminiert wird.
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KURZBESCHREIBUNG
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Mit der Erfindung zu lösende Probleme
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Bei einer Rühreinrichtung, die mit dem vorstehend erwähnten GL-Kessel oder PTFE-Kessel ausgestattet ist, bildet sich eine elektrostatische Aufladung zusätzlich zu der Oberfläche auf der Innenseite des GL-Kessels etc. auch an dem sich drehenden Ring und dem stationären Ring, welche die Abdichtungskomponente der mechanischen Abdichtung bilden. Bei einem derartigen sich drehenden Ring und einem stationären Ring tritt nicht nur eine elektrostatische Aufladung aufgrund eines Pulvers oder eines Lösungsmittels in dem GL-Kessel oder dem PTFE-Kessel, sondern auch eine elektrostatische Aufladung auf, die aufgrund des schleifenden Kontakts zwischen der abdichtenden Oberfläche des sich drehenden Rings und der abdichtenden Oberfläche des stationären Rings erzeugt wird.
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Von dem sich drehenden Ring und dem stationären Ring ist der stationäre Ring häufig über einen O-Ring an einem Abdichtungsgehäuse angebracht. In diesem Fall kommt der stationäre Ring nicht wesentlich mit dem Abdichtungsgehäuse in Kontakt und wird über den O-Ring in einem Zustand etwas entfernt (zum Beispiel etwa 0,15 mm bis 0,3 mm) von dem Abdichtungsgehäuse gehalten. Aus diesem Grund weist der stationäre Ring keinen Bereich zum Ableiten von statischer Elektrizität auf und ist so strukturiert, dass er sich leicht auflädt.
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Ferner wird mitunter ein gesinterter Presskörper aus SiC (Siliciumcarbid) als Material für den stationären Ring verwendet, um eine hohe Korrosionsbeständigkeit sicherzustellen, der spezifische Volumenwiderstand von SiC liegt jedoch in einem Bereich von 105 Ω·cm bis 107 Ω·cm. In Bezug auf den spezifischen Volumenwiderstand wird in Betracht gezogen, dass es für den elektrischen Strom schwer wird, zu fließen, wenn der spezifische Volumenwiderstand als Referenzwert größer als 106 Ω·cm wird, während es für den elektrischen Strom leicht wird, zu fließen, wenn der spezifische Volumenwiderstand kleiner als der Referenzwert ist.
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Im Fall von SiC gibt es Schwankungen des spezifischen Volumenwiderstands, wie vorstehend beschrieben, die zu einem stationären Ring führen, in dem der elektrische Strom kaum fließt und sich leicht eine elektrostatische Aufladung bildet. Da eine elektrostatische Aufladung an dem stationären Ring in diesem Fall aufgrund dessen, dass sich eine hohe elektrostatische Aufladung bildet, nicht abgeführt werden kann, wie vorstehend beschrieben, besteht die Gefahr, dass Probleme auftreten können, wie beispielsweise eine Staubexplosion, wie vorstehend beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Umstände konzipiert und zielt darauf ab, eine mechanische Abdichtung anzugeben, die in der Lage ist, die Bildung von elektrostatischen Aufladungen an einem stationären Ring zu unterbinden.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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(1) Die mechanische Abdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen sich drehenden Ring, der an einer in einem Gehäuse einzusetzenden Drehwelle angeordnet ist, einen stationären Ring, der so angeordnet ist, dass er dem sich drehenden Ring in einer axialen Richtung gegenüberliegt, sowie eine elastische Einrichtung auf, die so konfiguriert ist, dass sie den einen von dem sich drehenden Ring und dem stationären Ring in Richtung zu dem anderen hin drückt, um gegenüberliegende abdichtende Oberflächen des sich drehenden Rings und des stationären Rings miteinander in Kontakt zu bringen, wobei die mechanische Abdichtung so konfiguriert ist, dass sie einen ersten Raum und einen zweiten Raum abteilt, wobei sich der erste Raum und der zweite Raum in der axialen Richtung auf der einen Seite beziehungsweise der anderen Seite befinden, wobei die abdichtenden Oberflächen dazwischen eingefügt sind, wobei der stationäre Ring aus einem gesinterten Presskörper aus SiC hergestellt ist, wobei eine Diamantschicht an einer abdichtenden Oberfläche des stationären Rings ausgebildet ist, die dem sich drehenden Ring gegenüberliegt, wobei eine Diamantschicht durchgehend mit der Diamantschicht der abdichtenden Oberfläche an einer äußeren Umfangsoberfläche oder einer inneren Umfangsoberfläche des stationären Rings ausgebildet ist und wobei der spezifische Volumenwiderstand des stationären Rings, an dem die Diamantschicht ausgebildet ist, einen Wert von 101 Ω·cm bis 104 Ω·cm besitzt.
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Bei der mechanischen Abdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Diamantschicht an der abdichtenden Oberfläche des stationären Rings ausgebildet, die dem sich drehenden Ring gegenüberliegt, und eine Diamantschicht ist durchgehend mit der Diamantschicht der abdichtenden Oberfläche an einer äußeren Umfangsoberfläche oder einer inneren Umfangsoberfläche des stationären Rings ausgebildet. Ferner ist der spezifische Volumenwiderstand des stationären Rings, an dem die Diamantschicht ausgebildet ist, gleich 101 Ω·cm bis 104 Ω·cm.
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Diamant weist einen geringen spezifischen Volumenwiderstand auf, und der spezifische Volumenwiderstand des stationären Rings, an dem eine derartige Diamantschicht ausgebildet ist, variiert in Abhängigkeit von der Schichtdicke der Diamantschicht; wenn diese jedoch innerhalb eines Bereiches einer normalen Schichtdicke liegt (zum Beispiel 1,0 µm bis 30 µm), beträgt der spezifische Volumenwiderstand nur 101 Ω·cm bis 104 Ω·cm, wie vorstehend beschrieben. Aus diesem Grund ermöglicht der stationäre Ring leicht ein Fließen eines elektrischen Stroms, und daher kann die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an diesem unterbunden werden.
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(2) Bei der unter dem vorstehend erwähnten Aspekt (1) beschriebenen mechanischen Abdichtung ist es bevorzugt, dass eine Diamantschicht durchgehend mit der Diamantschicht, die an der äußeren Umfangsoberfläche oder der inneren Umfangsoberfläche des stationären Rings ausgebildet ist, an einer rückwärtigen Oberfläche des stationären Rings ausgebildet ist, bei der es sich um eine der abdichtenden Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche handelt. In diesem Fall ist es möglich, den spezifischen Volumenwiderstand des stationären Rings weiter zu reduzieren, um dadurch die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an dem stationären Ring effektiver zu unterbinden.
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(3) Bei der unter den vorstehenden erwähnten Aspekten (1) oder (2) beschriebenen mechanischen Abdichtung ist es bevorzugt, einen Bereich zur Eliminierung von statischer Elektrizität anzuordnen, um eine elektrostatische Aufladung an dem stationären Ring aufgrund der äußeren Umfangsoberfläche und/oder der inneren Umfangsoberfläche des stationären Rings zu eliminieren. Da die elektrostatische Aufladung an dem stationären Ring durch den Bereich zur Eliminierung von statischer Elektrizität eliminiert werden kann, ist es möglich, die Bildung der elektrostatischen Aufladung an dem stationären Ring effektiver zu unterbinden.
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(4) Bei der mechanischen Abdichtung, wie unter dem vorstehend erwähnten Aspekt (3) beschrieben, kann der Bereich zur Eliminierung von statischer Elektrizität so konfiguriert sein, dass er eine Zuführungspassage aufweist, die in einem Element ausgebildet ist, an dem der stationäre Ring angebracht ist, und die so konfiguriert ist, dass der äußeren Umfangsoberfläche und/oder der inneren Umfangs-oberfläche des stationären Rings Kühlwasser zugeführt wird, dass er eine Auslasspassage aufweist, die in dem Element ausgebildet ist und so konfiguriert ist, dass das der äußeren Umfangsoberfläche und/oder der inneren Umfangsoberfläche zugeführte Kühlwasser abgelassen wird, und dass er eine Pumpe aufweist, die so konfiguriert ist, dass der Zuführungspassage Kühlwasser zugeführt wird. In diesem Fall kann der stationäre Ring gekühlt werden, indem der Zuführungspassage mittels der Pumpe Kühlwasser zugeführt wird, und die elektrostatische Aufladung an dem stationären Ring kann über das Kühlwasser in den Außenbereich abgeführt werden.
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(5) Bei der mechanischen Abdichtung, wie bei irgendeinem der vorstehend erwähnten Aspekt (1) bis (4) angeführt, können eine innere Oberfläche des Gehäuses und eine Oberfläche der Drehwelle, die in Kontakt mit einem zu bearbeitenden Objekt in dem Gehäuse kommen, mit Glas oder einem Fluorokunststoff beschichtet sein. Auch wenn statische Elektrizität erzeugt wird, wenn durch das Einwirken einer starken Säure oder eines starken alkalischen Pulvers oder eines Lösungsmittels mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit auf Rührprozesse in dem Gehäuse der stationäre Ring aufgeladen wird, kann die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an dem stationären Ring unterbunden werden, da der stationäre Ring mit einer Diamantschicht beschichtet ist und der spezifische Volumenwiderstand gering ist.
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(6) Bei der unter dem vorstehend erwähnten Aspekt (5) beschriebenen mechanischen Abdichtung kann es sich bei dem zu bearbeitenden Objekt um eine starke Säure oder ein starkes alkalisches Pulver oder ein Lösungsmittel mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit handeln.
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Effekte der Erfindung
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Gemäß der mechanischen Abdichtung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an dem sich drehenden Ring zu unterbinden.
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Figurenliste
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Rühreinrichtung, bei der es sich um ein Beispiel für eine Einrichtung handelt, bei welcher eine mechanische Abdichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
- 2 eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Ausführungsform der mechanischen Abdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine vergrößerte Ansicht zur Erläuterung eines Hauptbereichs der in 2 gezeigten mechanischen Abdichtung;
- 4 eine vergrößerte Ansicht zur Erläuterung eines Hauptbereichs einer Modifikation der in 2 gezeigten mechanischen Abdichtung;
- 5 eine vergrößerte Ansicht zur Erläuterung eines Hauptbereichs einer weiteren Ausführungsform einer mechanischen Abdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen einer mechanischen Abdichtung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
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Aufbau einer Rühreinrichtung
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1 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Rühreinrichtung A, bei der es sich um ein Beispiel für eine Einrichtung handelt, bei welcher eine mechanische Abdichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Die in 1 gezeigte Rühreinrichtung A ist eine Rühreinrichtung vom vertikalen Typ, bei der eine Welle oder eine Drehwelle 2 eines Rührflügels (nicht gezeigt) zum Rühren eines zu bearbeitenden Objekts in einem Behälter 1 im Wesentlichen vertikal angeordnet ist. Am oberen Endbereich (dem oberen Endbereich in 1) des Behälters 1 ist ein Montageständer 3 angeordnet.
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Der Montageständer 3 ist an einem Öffnungsbereich 5 des Behälters 1 mit Schraubbolzen 4 angebracht, die in Gewindebereiche von geteilten Flanschen 6 eingeschraubt sind, die unter dem Öffnungsbereich 5 des Behälters 1 angeordnet sind. Der Montageständer 3 ist mit einem Gewindebolzen 8 an einem Befestigungsbereich 7 befestigt, der an der oberen Endfläche 1a des Behälters 11 ausgebildet ist.
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Ein Wellenkopfbereich 2a der Drehwelle 2 ist in dem Montageständer 3 angeordnet, und ein Lager 9 sowie eine mechanische Abdichtung M1 sind am äußeren Umfang des Wellenkopfbereichs 2a angeordnet. Das Spitzenende 2a1 des Wellenkopfbereichs 2a ist in eine geteilte Kupplung 11 eingesetzt. Die mechanische Abdichtung M1 ist so konfiguriert, dass sie den Raum S1 in dem Behälter 1 (auf den im Folgenden auch als ein erster Raum S1 Bezug genommen wird), der in der axialen Richtung auf der einen Seite positioniert ist, und den Raum S2 abteilt (auf den im Folgenden auch als ein zweiter Raum S2 Bezug genommen wird), der in der axialen Richtung auf der anderen Seite positioniert ist, und dass sie verhindert, dass ein zu bearbeitendes Objekt etc., das in dem Behälter 1 vorhanden ist, in den Außenbereich der Einrichtung entweicht. Die Öffnung 12 an der oberen lateralen Seite des Montageständers 3 ist mit einer Sicherheitsabdeckung 13 verschlossen, die aus einem Metall hergestellt ist, wie beispielsweise Edelstahl.
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Bei dem Behälter 1 der Rühreinrichtung A handelt es sich um einen Behälter, der ein sogenannter GL-Kessel ist, und Bereiche und Oberflächen, mit denen das zu bearbeitende Objekt in Kontakt kommt, wie z.B. die innere Oberfläche 1b des Behälters 1 und die Oberfläche 2b der Drehwelle 2, sind mit einem Glas beschichtet, wie beispielsweise Emaille.
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Da eine Beschichtung mit einem Glas die Korrosionsbeständigkeit verbessert, können Rührprozesse mit starken Säuren oder starken alkalischen, äußerst korrosiven Substanzen in dem Behälter 1 durchgeführt werden. Wenn eine Beschichtung mit Polytetrafluorethylen (das im Folgenden auch mit PTFE abgekürzt werden kann), bei dem es sich um einen Fluorokunststoff handelt, etc. mit Ausnahme von Glas durchgeführt wird, kann die Korrosionsbeständigkeit des Behälters verbessert werden.
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Mechanische Abdichtung
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2 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung der mechanischen Abdichtung M1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 3 ist eine vergrößerte Ansicht zur Erläuterung eines Hauptbereichs der in 2 gezeigten mechanischen Abdichtung M1. In den 2 und 3 sowie den später noch zu beschreibenden 4 und 5 ist die Schichtdicke der Diamantschicht zum leichteren Verständnis übertrieben dargestellt.
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Die mechanische Abdichtung M1 ist an der Rühreinrichtung vom vertikalen Typ angebracht, in den 2 und 3 ist die linke Seite die obere Seite der Rühreinrichtung (die äußere Seite der Einrichtung), und die rechte Seite ist die untere Seite der Rühreinrichtung (die innere Seite der Einrichtung).
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Die in 2 gezeigte mechanische Abdichtung M1 ist mit Folgendem versehen: einem sich drehenden Ring 21, der an einer Drehwelle 20 angebracht ist, die in den Behälter der Rühreinrichtung als einem Gehäuse eingesetzt ist, einem stationären Ring 22, der so angeordnet ist, dass er dem sich drehenden Ring 21 in der axialen Richtung gegenüberliegt, einer Feder 23 und Bälgen 24, bei denen es sich um eine elastische Einrichtung handelt, um den sich drehenden Ring 21, der einer von dem sich drehenden Ring 21 und dem stationären Ring 22 ist, in Richtung zu der anderen Seite des stationären Rings 22 hin zu drücken, um so die gegenüberliegenden abdichtenden Oberflächen des sich drehenden Rings 21 und des stationären Rings 22 in Kontakt miteinander zu bringen.
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Ein zylindrischer Anschlagring 25 ist extern an dem äußeren Umfang der Drehwelle 20 angebracht, und dieser Anschlagring 25 ist mittels einer Feststellschraube 26 an der Drehwelle 20 befestigt. Ein ringförmiger Antriebsring 27 ist in der axialen Richtung auf der inneren Seite des Anschlagrings 25 der Einrichtung angeordnet. Dieser Antriebsring 27 ist mittels eines Bolzens 28 verschraubt, der den Anschlagring 25 durchdringt und in der axialen Richtung positioniert ist.
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Eine Mehrzahl von Federn 23 ist in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen zwischen dem Anschlagring 25 und dem Federhalter 29 montiert. Es ist anzumerken, dass 2 nur eine Feder 23 zeigt. Die Feder 23 ist in einem Loch 27a angeordnet, das in dem peripheren Bereich des Antriebsrings 27 ausgebildet ist. Der Endbereich der Feder auf der äußeren Seite der Einrichtung befindet sich in Kontakt mit der Oberfläche 25a des Anschlagrings 25 auf der inneren Seite der Einrichtung, und der Endbereich der Feder auf der inneren Seite der Einrichtung befindet sich in Kontakt mit der Bodenfläche eines vertieften Bereichs 29a, der an der Oberfläche des Federhalters 29 auf der äußeren Seite der Einrichtung ausgebildet ist.
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Die Feder 23 drückt den Federhalter 29 und die Bälge 24 in der axialen Richtung zu der inneren Seite der Einrichtung hin, um den sich drehenden Ring 21 in Richtung zu der Seite des stationären Rings 22 zu drücken, um dadurch die abdichtende Oberfläche 21a (siehe 3) des sich drehenden Rings 21 in Kontakt mit der abdichtenden Oberfläche 22a des stationären Rings 22 zu bringen.
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An der Oberfläche der Antriebsring 27 auf der inneren Seite der Einrichtung ist eine geeignete Anzahl von Antriebsstiften 30 ausgebildet. Dabei ist an der Oberfläche des Federhalters 29 auf der äußeren Seite der Einrichtung die gleiche Anzahl von Vertiefungen 31 wie jene der Antriebsstifte 30 ausgebildet. Durch das Eingreifen des Antriebsstifts 30 in die Vertiefung 31 wird verhindert, dass der Federhalter 29 relativ in Bezug auf den Antriebsring 27 gedreht wird, während eine Bewegung des sich drehenden Rings 21 in der axialen Richtung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zugelassen wird.
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Die Bälge 24 sind an der inneren Umfangsseite des Federhalters 29 angeordnet. Bei den Bälgen 24 handelt es sich um eine zylindrische integrale Struktur, die aus Polytetrafluorethylen oder dergleichen hergestellt ist, das ein Fluorokunststoff mit einer sehr guten Korrosionsbeständigkeit ist. Die Bälge 24 weisen einen Expansions- und Kontraktionsbereich 24a mit einer gewundenen Querschnittsform auf, der in der axialen Richtung oder in der vertikalen Richtung an einem Zwischenbereich in seiner axialen Richtung oder in der vertikalen Richtung (der Richtung nach links und rechts in 2) ausdehnbar oder zurückziehbar ist. Der Befestigungsbereich 24b, bei dem es sich um den oberen Endbereich (den Basisendbereich) der Bälge 24 handelt, ist mittels eines ringförmigen Adapters 32, der aus einem Metall hergestellt ist, wie beispielsweise Edelstahl, an der Drehwelle 20 fest angebracht.
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Der sich drehende Ring 21 ist ein ringförmiges, aus PTFE etc. hergestelltes Element, das ein Füllmittel enthält, wie z.B. Glasfasern, Kohlenstofffasern, einen wärmebeständigen Kunststoff und Graphit, und ist mit einer abdichtenden Oberfläche 21a versehen, bei der es sich um eine glatte ringförmige ebene Oberfläche orthogonal zu der Achsenlinie an dem unteren Endbereich desselben handelt. Eine relative Drehung zwischen dem sich drehenden Ring 21 und dem Federhalter 29 wird somit verhindert.
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Der sich drehende Ring 21 ist integral mit einem Verbindungsbereich 24c verbunden, bei dem es sich um einen unteren Endbereich (einen Spitzenendbereich) der Bälge 24 handelt. Das heißt, der sich drehende Ring 21 und der Verbindungsbereich 24c der Bälge werden zum Zeitpunkt des Herstellungsprozesses der Bälge 24 und des sich drehenden Rings 21 oder einem von diesen oder durch Integrieren der Bälge 24 und des sich drehenden Rings 21 nach dem Herstellungsprozess derselben verbunden.
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In dem integrierten Zustand erscheint die Grenze zwischen den Bälgen 24 und dem sich drehenden Ring 21 in der axialen Richtung nicht deutlich. Der Außendurchmesser des Verbindungsbereichs 24c der Bälge 24 ist etwas größer als der Expansions- und Kontraktionsbereich 24a und der Befestigungsbereich 24b der Bälge 24, so dass er den gleichen Außendurchmesser wie jenen des oberen Endbereichs (des Basisendbereichs) des sich drehenden Rings 21 aufweist.
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An der inneren Umfangsseite des Federhalters 29 ist ein ringförmiger Stufenbereich 29b ausgebildet Der periphere Bereich des Verbindungsbereichs 24c der Bälge 24 ist als ein Stufenbereich 24c1 ausgebildet, der radial weiter nach außen herausragt als die äußere Umfangsoberfläche des Expansions- und Kontraktionsbereichs 24a der Bälge 24. Der Stufenbereich 29b des Federhalters 29 befindet sich im Eingriff mit dem Stufenbereich 24c1 des Expansions- und Kontraktionsbereichs 24a der Bälge 24, und er ist derart konfiguriert, dass sich beide Stufenbereiche 29b und 24c1 im Eingriff befinden, so dass die Druckkraft der Feder 23 über den Federhalter 29 auf die Bälge 24 einwirkt.
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Der stationäre Ring 22 ist aus einem gesinterten Presskörper aus SiC (Siliciumcarbid) hergestellt, und dieser gesinterte Presskörper kann zum Beispiel durch Sintern bei Raumtemperatur oder durch Reaktions-Sintern aus SiC erhalten werden. Der stationäre Ring 22 ist über O-Ringe 33 und 34 an dem ersten Flansch 35 angebracht. An diesem ersten Flansch 35 ist mittels Bolzen 37 eine Abdeckung 36 befestigt, die aus einem synthetischen Harz hergestellt ist, wie z.B. einem Acrylharz, um ein Verteilen von Abnutzungspulver oder Abriebpulver zu verhindern, das von dem sich drehenden Ring 21 und/oder dem stationären Ring 22 erzeugt wird. Ferner ist ein zweiter Flansch 39 mittels Bolzen 38 an dem ersten Flansch 35 angebracht.
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Bei dieser Ausführungsform ist der erste Flansch 35 mit einem Zuführungsloch 40 versehen, bei dem es sich um eine Zuführungspassage handelt, um der äußeren Umfangsoberfläche des stationären Rings 22 eine Kühlflüssigkeit zuzuführen. In dem stationären Ring 22 ist an einer Position, die dem Zuführungsloch 40 in Bezug auf die Drehwelle 20 gegenüberliegt, ein Auslassloch (nicht gezeigt) in dem Außenbereich ausgebildet, bei dem es sich um eine Auslasspassage für ein Ablassen der Kühlflüssigkeit handelt, die dem stationären Ring 22 zugeführt wird.
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Die Kühlflüssigkeit wird dem Zuführungsloch 40 mittels einer (nicht gezeigten) Pumpe zugeführt. Bei dieser Ausführungsform bilden das Zuführungsloch 40, das Auslassloch und die Pumpe einen Bereich zum Abführen von statischer Elektrizität, um eine elektrostatische Aufladung an dem stationären Ring 22 zu beseitigen.
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An dem Endbereich des stationären Rings 22 auf der äußeren Seite der Einrichtung in der axialen Richtung ist eine abdichtende Oberfläche 22a ausgebildet, bei der es sich um eine glatte ringförmige Ebene orthogonal zu der Achse handelt. Die abdichtende Oberfläche 21a des sich drehenden Rings 21 befindet sich in einer vorgespannten Weise in Kontakt mit der abdichtenden Oberfläche 22a des stationären Rings 22, so dass der erste Raum S1 auf der inneren Seite der Einrichtung und der zweite Raum S2 auf der äußeren Seite der Einrichtung abgedichtet sind.
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Bei dieser Ausführungsform sind an der abdichtenden Oberfläche 22a des stationären Rings 22, der äußeren Umfangsoberfläche 22b des stationären Rings 22 und der rückwärtigen Oberfläche 22c des stationären Rings 22, bei der es sich um eine der abdichtenden Oberfläche 22a gegenüberliegende Oberfläche handelt, jeweils Diamantschichten d1, d2 und d3 ausgebildet. Die Diamantschichten d1, d2 und d3 sind so ausgebildet, dass sie durchgehend miteinander ausgebildet sind.
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Der spezifische Volumenwiderstand des stationären Rings 22, der aus einem gesinterten Presskörper aus SiC hergestellt ist, das die jeweilige Diamantschicht d1, d2 und d3 bildet, variiert in einem gewissen Ausmaß in Abhängigkeit von der Schichtdicke der Diamantschichten d1, d2 und d3, ist jedoch ein kleiner Wert von 101 Ω·cm bis 104 Ω·cm. Aus diesem Grund fließt ein elektrischer Strom leicht durch den stationären Ring 22 hindurch, so dass die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an dem stationären Ring 22 unterbunden werden kann.
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Das heißt, auch wenn aufgrund des Pulvers und/oder des Lösungsmittels in dem Behälter der mit der mechanischen Abdichtung M1 versehenen Rühreinrichtung eine elektrostatische Aufladung auftritt, oder auch wenn aufgrund des schleifenden Kontakts zwischen der abdichtenden Oberfläche 21a des sich drehenden Rings 21 und der abdichtenden Oberfläche 22a des stationären Rings 22 eine elektrostatische Aufladung auftritt, wird die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an dem stationären Ring 22 unterbunden, da der stationäre Ring 22 einen geringen spezifischen Volumenwiderstand aufweist und ein elektrischer Strom leicht durch diesen hindurchfließt.
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Ferner ist bei dieser Ausführungsform das Zuführungsloch 40 zum Zuführen einer Kühlflüssigkeit in dem ersten Flansch 35 ausgebildet, bei dem es sich um ein Element handelt, an dem der stationäre Ring 22 angebracht ist. Wenn der äußeren Umfangsoberfläche 22b des stationären Rings 22 Kühlwasser aus dem Zuführungsloch 40 zugeführt wird, kann daher nicht nur der stationäre Ring 22 gekühlt werden, sondern es kann auch eine elektrostatische Aufladung an dem stationären Ring 22 über das Kühlwasser in den Außenbereich der Einrichtung abgeführt werden. Daher ist es möglich, die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an dem stationären Ring 22 effektiver zu unterbinden.
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Die jeweilige Diamantschicht d1, d2 und d3 kann hergestellt werden, indem übliche Fertigungstechniken verwendet werden, wie z.B. ein Mikrowellen-CVD-Verfahren und ein Hot-Filament-CVD-Verfahren. Die Dicke der Diamantschicht d1, d2 und d3 ist bei der vorliegenden Erfindung nicht speziell beschränkt, sie beträgt jedoch üblicherweise 1,0 µm bis 30,0 µm, bevorzugt 5,0 µm bis 15,0 µm. Vom Gesichtspunkt einer weiteren Reduzierung des spezifischen Volumenwiderstands des stationären Rings 22 her ist es wünschenswert, dass die Dicke gleich 5,0 µm oder größer ist.
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Wenn die Diamantschichten d1, d2 und d3 dicker werden, nimmt auch die Oberflächenrauigkeit der Schichten zu, so dass es schwierig wird, diese als abdichtende Oberflächen der mechanischen Abdichtung M1 zu verwenden, bei der es sich um ein mechanisches Präzisionsteilstück handelt, und außerdem nimmt die Restspannung der Diamantschichten d1, d2 und d3 zu. Unter Berücksichtigung der vorstehend geschilderten Umstände ist es wünschenswert, dass die Diamantschicht eine Dicke von 15,0 µm oder weniger aufweist. Die Diamantschicht d1 und die Diamantschichten d2 und d3 können die gleiche Dicke aufweisen, sie können jedoch auch unterschiedliche Dicken aufweisen.
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Wenn zum Zeitpunkt der Herstellung der Diamantschicht eine Dotierung mit Störstellen, wie beispielsweise Bor, in die Schicht hinein erfolgt, kann bewirkt werden, dass der spezifische Volumenwiderstand des stationären Rings 22 kleiner als in dem Fall ist, in dem eine nur aus Diamant bestehende Schicht hergestellt wird. Ferner kann der spezifische Volumenwiderstand durch Erhöhen der Dotiermenge reduziert werden.
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Dagegen verschlechtert sich die Sprödigkeit der hergestellten Schicht (die Schicht wird brüchig) bei einer Dotierung der Diamantschicht mit Bor etc. Bei der mechanischen Abdichtung M1, bei welcher der sich drehende Ring 21 und der stationäre Ring 22 durch einen schleifenden Kontakt abgedichtet werden, ist es daher bevorzugt, die nicht mit Bor etc. dotierte Diamantschicht (die nicht-dotierte Diamantschicht) in dem stationären Ring 22 zu bilden.
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4 ist eine vergrößerte erläuternde Ansicht, die einen Hauptbereich einer Modifikation der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform darstellt. Diese Modifikation unterscheidet sich von der mechanischen Abdichtung M1 gemäß der vorstehend erwähnten Ausführungsform dahingehend, dass eine Diamantschicht d4 an der inneren Umfangsoberfläche 22d des stationären Rings 22 anstelle der äußeren Umfangsoberfläche 22b des stationären Rings 22 ausgebildet wird. Daher sind den Komponenten, die wie bei der vorstehend erwähnten Ausführungsform die gleichen sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und eine erneute Erläuterung derselben wird der Einfachheit halber weggelassen.
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Bei dieser Modifikation sind die Diamantschichten d1, d4 und d3 an der abdichtenden Oberfläche 22a des stationären Rings 22, der inneren Umfangsoberfläche 22d des stationären Rings 22 beziehungsweise der rückwärtigen Oberfläche 22c des stationären Rings 22 ausgebildet, bei der es sich um eine der abdichtenden Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche handelt. Die Diamantschichten d1, d4 und d3 sind so ausgebildet, dass sie durchgehend miteinander ausgebildet sind. Daher fließt ein elektrischer Strom auch bei dieser Ausführungsform leicht durch den stationären Ring 22 hindurch, so dass die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an dem stationären Ring 22 unterbunden werden kann.
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Das heißt, auch wenn eine elektrostatische Aufladung aufgrund des Pulvers und/oder des Lösungsmittels in dem Behälter der mit der mechanischen Abdichtung M1 versehenen Rühreinrichtung auftritt, oder auch wenn eine elektrostatische Aufladung aufgrund des schleifenden Kontakts zwischen der abdichtenden Oberfläche 21a des sich drehenden Rings 21 und der abdichtenden Oberfläche 22a des stationären Rings 22 auftritt, wird die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an dem stationären Ring 22 unterbunden, da der stationäre Ring 22, an dem die Diamantschichten d1, d4 und d3 ausgebildet sind, einen geringen spezifischen Volumenwiderstand aufweist und ein leichtes Fließen eines elektrischen Stroms ermöglicht.
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Um den Unterschied zu der vorstehend erwähnten Ausführungsform zu verdeutlichen: die Diamantschichten d1, d4 und d3 sind an der abdichtenden Oberfläche 22a, der inneren Umfangsoberfläche 22d beziehungsweise der rückwärtigen Oberfläche 22c des stationären Rings 22 ausgebildet. Darüber hinaus kann jedoch die Diamantschicht d2 an der äußeren Umfangsoberfläche 22b ausgebildet sein.
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5 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung einer mechanischen Abdichtung M2 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Grundstruktur der mechanischen Abdichtung M2 ist wie bei der mechanischen Abdichtung M1 die gleiche, mit Ausnahme dessen, dass sich die Konfigurationen der Drehwelle 50 und des stationären Rings 41 sowie die Konfiguration des ersten Flanschs 42, an dem der stationäre Ring 41 angebracht ist, von den Konfigurationen der Drehwelle 20 und des stationären Rings 22 und der Konfiguration des ersten Flanschs 35 bei der mechanischen Abdichtung M1 gemäß der in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform unterscheiden.
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Daher sind den Elementen und Bauteilen, die bei den zwei mechanischen Abdichtungen M1 und M2 die gleichen sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und die Erläuterung derselben wird der Einfachheit halber weggelassen.
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Bei dieser Ausführungsform sind die Diamantschichten d1, d2 und d3 an der abdichtenden Oberfläche 41a, der äußeren Umfangsoberfläche 41b beziehungsweise der rückwärtigen Oberfläche 41c des stationären Rings 41 ausgebildet, bei der es sich um eine der abdichtenden Oberfläche 41a gegenüberliegende Oberfläche des stationären Rings 41 handelt. Die Diamantschichten d1, d2 und d3 sind so ausgebildet, dass sie durchgehend miteinander ausgebildet sind. Aus diesem Grund fließt ein elektrischer Strom leicht durch den stationären Ring 41 hindurch, so dass die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an dem stationären Ring 41 unterbunden werden kann.
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Das heißt, auch wenn aufgrund des Pulvers und/oder des Lösungsmittels in dem Behälter der mit der mechanischen Abdichtung M2 versehenen Rühreinrichtung eine elektrostatische Aufladung auftritt, oder auch wenn aufgrund des schleifenden Kontakts zwischen der abdichtenden Oberfläche 21a des sich drehenden Rings 21 und der abdichtenden Oberfläche 41a des stationären Rings 41 eine elektrostatische Aufladung auftritt, wird die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an dem stationären Ring 41 unterbunden, da der stationäre Ring 41, an dem die Diamantschichten d1, d2 und d3 ausgebildet sind, einen geringen spezifischen Volumenwiderstand aufweist und ein leichtes Fließen eines elektrischen Stroms ermöglicht.
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Bei dieser Ausführungsform ist der stationäre Ring 41 anders als der stationäre Ring 22 bei der mechanischen Abdichtung M1 direkt an dem ersten Flansch 42 angebracht, ohne dass ein O-Ring eingefügt ist. Außerdem befindet sich der Montageständer 43 in Kontakt mit dem äußeren Umfang des ersten Flanschs 42. Sowohl der erste Flansch 42 als auch der Montageständer 43 sind aus einem Metall hergestellt, wie z.B. Edelstahl oder Kohlenstoffstahl, das mit Energie beaufschlagt werden kann. Daher kann die elektrostatische Aufladung an dem stationären Ring 41 über den ersten Flansch und den Montageständer 43 in den Außenbereich der Einrichtung abgeführt werden.
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Im Ergebnis kann eine Aufladung des stationären Rings 41 effektiver unterbunden werden. Bei dieser Ausführungsform bilden der erste Flansch 42 und der Montageständer 43, bei denen es sich um metallische Elemente in elektrischem Kontakt mit dem stationären Ring 41 handelt, einen Bereich zur Eliminierung oder Beseitigung von statischer Elektrizität, der die elektrostatische Aufladung an dem stationären Ring 41 abführt.
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Weitere Modifikationen
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Es ist anzumerken, dass die mechanische Abdichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen innerhalb des in den Ansprüchen angeführten Umfangs vorgenommen werden können.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist zum Beispiel eine vertikale Rühreinrichtung als eine Einrichtung veranschaulicht, bei welcher die mechanische Abdichtung verwendet wird, die mechanische Abdichtung kann jedoch auch bei einer horizontalen Rühreinrichtung verwendet werden. Zusätzlich zu der Rühreinrichtung kann die mechanische Abdichtung der vorliegenden Erfindung auch bei einer Pumpe mit einem Glasüberzug etc. oder einer industriellen Edelstahl- oder Kohlenstoffstahl-Pumpe verwendet werden, die mit einem zu verwendenden Fluid beladen wird.
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In jedem Fall kann der spezifische Volumenwiderstand des kontaktierenden stationären Rings durch Bilden einer Diamantschicht an der Oberfläche des stationären Rings reduziert werden, so dass die Bildung einer elektrostatischen Aufladung an dem stationären Ring unterbunden werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter
- 1a
- obere Endoberfläche
- 1b
- Oberfläche auf der inneren Seite
- 2
- Drehwelle
- 2a
- Wellenkopfbereich
- 2b
- Oberfläche
- 3
- Montageständer
- 4
- Bolzen
- 5
- Öffnungsbereich
- 6
- geteilter Flansch
- 7
- Befestigungsbereich
- 8
- Gewindebolzen
- 9
- Lager
- 11
- geteilte Kupplung
- 12
- Öffnung
- 13
- Sicherheitsabdeckung
- 20
- Drehwelle
- 21
- sich drehender Ring
- 21a
- abdichtende Oberfläche
- 22
- stationärer Ring
- 22a
- abdichtende Oberfläche
- 22b
- äußere Umfangsoberfläche
- 22c
- rückwärtige Oberfläche
- 22d
- innere Umfangsoberfläche
- 23
- Feder
- 24
- Bälge
- 24a
- Expansions- und Kontraktionsbereich
- 24b
- Befestigungsbereich
- 24c
- Verbindungsbereich
- 25
- Anschlagring
- 26
- Feststellschraube
- 27
- Antriebsring
- 28
- Bolzen
- 29
- Federhalter
- 29a
- vertiefter Bereich
- 29b
- Stufenbereich
- 30
- Antriebsstift
- 31
- Vertiefung
- 32
- Adapter
- 33
- O-Ring
- 34
- O-Ring
- 35
- erster Flansch
- 36
- Abdeckung
- 37
- Bolzen
- 38
- Bolzen
- 39
- zweiter Flansch
- 40
- Zuführungsloch
- 41
- stationärer Ring
- 42
- erster Flansch
- 43
- Montageständer
- 50
- Drehwelle
- A
- Rühreinrichtung
- M1
- mechanische Abdichtung
- M2
- mechanische Abdichtung
- S1
- erster Raum
- S2
- zweiter Raum
- d1
- Diamantschicht
- d2
- Diamantschicht
- d3
- Diamantschicht
- d4
- Diamantschicht
