DE1243930B

DE1243930B - Mechanical seal

Info

Publication number: DE1243930B
Application number: DE1966V0030157
Authority: DE
Inventors: Robert Martin Voitik
Original assignee: Continental Illinois National Bank and Trust Co
Current assignee: Bank of America Illinois
Priority date: 1966-01-15
Filing date: 1966-01-15
Publication date: 1967-07-06

Description

Gleitringdichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitringdichtung zur Abdichtung zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Maschinenteil, vorzugsweise von verhältnismäßig großem Durchmesser, mit einem feststehenden und einem rotierenden Gleitring, die längs einer gemeinsamen, dichtenden Eingriffsfläche aneinander anliegen und durch elastische Zwischenringe »schwebend« gehalten und angedrückt werden, deren jeder zwischen einem mit dem betreffenden Maschinenteil verbundenen Haltering und dem anliegenden Gleitring angeordnet ist, wobei jeder der elastischen Zwischenringe in konkave Nuten der benachbarten Ringe eingreift und die Kräfte dieses Eingriffes in einer Ringfläche liegen, die die Form eines Kegels hat.Mechanical seal The invention relates to a mechanical seal for sealing between a stationary and a rotating machine part, preferably of a relatively large diameter, with a fixed and a rotating slide ring running along a common, sealing engagement surface rest against each other and held "floating" by elastic intermediate rings and are pressed, each of which between one with the relevant machine part connected retaining ring and the adjacent slip ring is arranged, each of the elastic intermediate rings engages in concave grooves of the adjacent rings and the forces of this engagement lie in an annular surface which has the shape of a Kegels has.

Derartige Gleitringdichtungen sind bekannt (französische Patentschriften 1109 950, 1336 693, USA.-Patentschriften 3 086 782, 3167321).Such mechanical seals are known (French patents 1109 950, 1336 693, U.S. Patents 3,086,782, 3167321).

Die meisten der bekannten Gleitringdichtungen verwenden einen elastischen Zwischenring, der in unbelastetem Zustand einen kreisförmigen oder kreisringförmigen Querschnitt hat. Diese Dichtungen haben den Nachteil, daß der »Hub«, d. h. der Betrag der axialen Verschiebungsmöglichkeit zwischen dem feststehenden und dem rotierenden Maschinenteil, außerordentlich gering ist. Diese Teile müssen in.- der Arbeitsstellung einen genau vorherbestimmten Abstand voneinander mit geringen Toleranzen haben, um sicherzustellen, daß die Anpressung der Gleitringe den gewünschten Betrag erreicht, diesen jedoch nicht nennenswert über- oder unterschreitet, da die Charakteristik, d. h. die Kurve der Anpressungskraft in Abhängigkeit von der axialen Verschiebung der Maschinenteile, nicht linear ist, sondern außerordentlich steil, nach Art einer Exponentialfunktion, ansteigt.Most of the known mechanical seals use an elastic one Intermediate ring, which in the unloaded state has a circular or annular shape Has cross-section. These seals have the disadvantage that the "hub", i.e. H. the amount the possibility of axial displacement between the fixed and the rotating Machine part, is extremely small. These parts must be in the working position have a precisely predetermined distance from each other with small tolerances, to ensure that the pressure of the sliding rings reaches the desired amount, However, it does not noticeably exceed or fall below this, as the characteristic d. H. the curve of the contact force as a function of the axial displacement of the machine parts, is not linear, but extremely steep, like a Exponential function, increases.

Eine ändere bekannte Gleitringdichtung -verwendet einen elastischen Zwischenring, der im Querschnitt die Form eines schmalen Parallelogramms hat, welche in rechteckige Nuten der anliegenden Ringe eingreift, wobei die schmalen Flächen des Parallelogramms; auf ihrer. ganzen Fläche anliegend, in zylindrische Gegenflächen eingreifen. Diese Dichtung hat den Nachteil, daß der elastische Zwischenring bei axialer Verschiebung zwischen dem feststehenden und dem rotierenden Maschinenteil nicht als Ganzes gekippt; sondern - in sich derart verbogen oder verformt wird, daß er eine im Querschnitt etwa S-förmige Gestalt annimmt. Hierdurch werden im elastischen Zwischenring innere Spannungen hervorgerufen, die seine Lebensdauer herabsetzen. Beiden bekannten Dichtungen gemeinsam ist der Nachteil einer verhältnismäßig schlechten Wärmeabführung von den Zwischenringen; da die Berührungsfläche zwischen den Zwischenringen und der inneren Ölfüllung der Dichtung verhältnismäßig gering ist.Another known mechanical seal uses an elastic one Intermediate ring, which has the shape of a narrow parallelogram in cross section, which engages in rectangular grooves of the adjacent rings, the narrow surfaces of the parallelogram; on your. adjacent to the entire surface, in cylindrical mating surfaces intervention. This seal has the disadvantage that the elastic intermediate ring at axial displacement between the stationary and the rotating machine part not tipped as a whole; but - is bent or deformed in such a way, that it assumes an approximately S-shaped cross-section. This will be in the elastic Intermediate ring caused internal stresses that reduce its service life. Both known seals have the disadvantage of a relatively poor one in common Heat dissipation from the intermediate rings; because the contact surface between the intermediate rings and the internal oil filling of the seal is relatively low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Gleitringdichtung zu schaffen, die die Vorteile der beiden bekannten Dichtungen in sich vereinigt -und darüber hinaus weitere Vorteile hat, d. h. die eine verhältnismäßig flache lineare Charakteristik hat, so daß der »Hub«, d. h. die zulässige axiale Verschiebung des feststehenden Maschinenteils gegenüber dem rotierenden Maschinenteil, verhältnismäßig groß ist und erhebliche Toleranzen aufweist, bei der die Anpressungskraft der elastischen Zwischenringe .gegenüber den mit ihnen in Eingriff kommenden Flächen verhältnismäßig groß ist, bei der die Zwischenringe als Ganzes gekippt werden und bei der eine verbesserte Wärmeabführung von den Zwischenringen zu der umgebenden Flüssigkeit erzielt' wird.The invention is based on the stated disadvantages avoid and create a mechanical seal that takes advantage of the two known seals combined in itself - and also has other advantages, d. H. which has a relatively flat linear characteristic, so that the "stroke" d. H. the permissible axial displacement of the stationary machine part opposite the rotating machine part, is relatively large and has considerable tolerances has, in which the contact pressure of the elastic intermediate rings .über the surfaces coming into engagement with them is relatively large, in which the Intermediate rings can be tilted as a whole and with improved heat dissipation from the intermediate rings to the surrounding liquid is achieved '.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, däß die elastischen Zwischenringe in unbelastetem Zustand die Form eines Quadrates mit abgerundeten Ecken und eingebuchteten Seiten haben, so daß vier symmetrische Lappen entstehen, und daß die in Richtung der kegelförmigen Ringfläche angeordneten Lappen in die konkaven Nuten des Halteringes und des Gleitringes derart eingreifen, daß sie bei axialer Verschiebung der Maschinenteile aufeinander zu um ihre Achse gekippt und dabei rautenförmig deformiert werden.The essence of the invention is that the elastic intermediate rings in the unloaded state the shape of a square with rounded corners and indented Have sides so that there are four symmetrical lobes, and that in the direction of of the conical annular surface in the concave grooves of the retaining ring and the slip ring engage in such a way that they are axially displaced the Machine parts tilted towards each other around their axis and deformed in a diamond shape will.

Dichtungsringe, die in unbelastetem Zustand die Form eines Quadrates mit abgerundeten Ecken und eingebuchteten Seiten haben, so daß vier gleichartige Lappen entstehen, sind an sich bekannt (britische Patentschrift 826 521). Bei diesen Ringen handelt es sich jedoch um Dichtungsringe für Kolben, die zwei gegeneinanderbewegte Teile abdichten und nicht rautenförmig deformiert werden. Die Problemstellung und die Problemlösung ist bei ihnen eine gängzlich andere als bei den elastischen Zwischenringen der Gleitringrichtung nach der Erfindung.Sealing rings which, when unloaded, have the shape of a square with rounded corners and indented sides, so that four of the same kind Flaps arise are known per se (British patent specification 826 521). With these Rings, however, are sealing rings for pistons that move two against each other Seal parts and avoid deforming them in a diamond shape. The problem and The solution to the problem is usually different for them than for the elastic intermediate rings the slip ring direction according to the invention.

Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung weist die konkave Nut, in die der Lappen des elastischen Zwischenringes eingreift, an derjenigen Seite des urverformten Lappens, nach welcher hin die Kippung erfolgt, einen größeren Abstand von dem Läp= per auf als an der anderen Seite der Nut. Hierdurch wird eine leichte und einwandfreie Kippung des Zwischenringes erzielt.According to a further embodiment of the invention, the concave groove in which engages the flap of the elastic intermediate ring, on that side of the the originally deformed flap, after which the tilting takes place, a greater distance from the lap on than on the other side of the groove. This is an easy one and perfect tilting of the intermediate ring is achieved.

An den Enden der im wesentlichen axial gerichteten Flanken der kokaven Nuten sind an sich bekannte, radiale, den Nutgrund radial überragende Vorsprünge derart angeordnet, daß die elastischen Zwischenringe während der Montage in den Nuten gehalten werden.At the ends of the essentially axially directed flanks of the cocaves Grooves are radial projections which are known per se and project radially beyond the groove base arranged so that the elastic intermediate rings during assembly in the Grooves are held.

Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung können die nicht im Eingriff mit den benachbarten Ringen stehenden, aufeinander zu gerichteten äußeren Lappen der Zwischenringe derart ausgebildet sein, daß sie in der Arbeitsstellung gegeneinander anschlagen bzw. sich gegen eine zylindrische Wandfläche der Nut legen.According to a further embodiment of the invention, they cannot be engaged outer lobes facing one another and standing with the neighboring rings the intermediate rings be designed such that they are in the working position against each other strike or lie against a cylindrical wall surface of the groove.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht.Some embodiments of the invention are illustrated in the drawing.

F i g. 1 ist ein Teilschnitt einer Maschine mit einer Dichtungsanordnung nach der Erfindung in unbelastetem Zustand; F i g. 2 ist ein Schnitt ähnlich F i g. 1, der die Dichtungsanordnung in belastetem Zustand, d. h. in der Arbeitsstellung, zeigt; F i g. 3 zeigt die Belastungskurve einer Dichtungsanordnung nach der Erfindung; F i g. 4 zeigt im Schnitt eine abgeänderte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes; F i g. 5 zeigt eine weitere Abänderung.F i g. Figure 1 is a partial section of a machine with a seal assembly according to the invention in the unloaded state; F i g. 2 is a section similar to FIG G. 1, which shows the sealing arrangement in a loaded condition, i. H. in the working position, shows; F i g. 3 shows the load curve of a sealing arrangement according to the invention; F i g. Figure 4 shows, in section, a modified embodiment of the subject matter of the invention; F i g. 5 shows another modification.

In der Zeichnung sind einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.In the drawing are some preferred embodiments of the invention shown.

Die Dichtungsanordnung nach der Erfindung bildet eine Sperre, welche das Austreten von Schmiermittel und Öl nach außen verhindert und keine Fremdkörper, z. B. Schmutz oder Staub, in den von ihr umschlossenen Raum eintreten läßt.The sealing arrangement according to the invention forms a barrier which prevents the leakage of lubricant and oil to the outside and no foreign bodies, e.g. B. dirt or dust, can enter the space enclosed by it.

In F i g. 1 ist ein Teil einer Maschine .dargestellt, die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeichnet ist; beispielsweise handelt es sich dabei um die Halbachse eines schweren,. geländegängigen Traktors, mit den zugehörigen Lager- und Dichtungsteilen, wobei die Dichtungsanordnung einen großen Durchmesser hat und unter äußerst rauhen Bedingungen arbeiten muß. Es versteht sich aber, daß die Erfindung auch für andere Zwecke eingesetzt werden kann. Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung enthält einen Teil eines Lagergehäuses 12 mit einem zylindrischen Flansch 14, der in verhältnismäßig großem Abstand eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) Welle umgibt, die in an sich bekannter Weise in dem Gehäuse gelagert ist. Die (in der Zeichnung nicht dargestellte) Achse ist an ihrem Ende mit einer Nabe 18 verbunden, die ihrerseits beispielsweise ein Rad trägt, eine Raupenkette antreibt oder irgendeine andere Funktion ausübt, wobei eine Drehung der Nabe 18 erfolgt. Die Nabe 18 hat einen zylindrischen Flansch 19, der den zylindrischen Flansch 14 des Gehäuses 12 mindestens teilweise in gewissem Abstand umgibt.In Fig. 1 a part of a machine is shown, which with the general reference numeral 10 is indicated; for example it is around the semi-axis of a heavy ,. all-terrain tractor, with the associated Bearing and sealing parts, the sealing arrangement having a large diameter and has to work under extremely harsh conditions. But it goes without saying that the invention can also be used for other purposes. The in F i g. 1 shown Assembly includes part of a bearing housing 12 with a cylindrical flange 14, which at a relatively large distance a (not shown in the drawing) Surrounding shaft, which is mounted in a known manner in the housing. In the The axle (not shown in the drawing) is connected at its end to a hub 18, which in turn, for example, carries a wheel, drives a caterpillar chain or any other performs another function, with a rotation of the hub 18 takes place. The hub 18 has a cylindrical flange 19 connecting the cylindrical flange 14 of the housing 12 at least partially surrounds at a certain distance.

Die Abdichtung soll zwischen den Teilen 12 und 18 erfolgen, wobei das Gehäuse 12 stillstehend ist, während die Nabe 18 rotiert. Die Abdichtung erfolgt in an sich bekannter Weise durch zwei im Eingriff miteinander stehende Gleitringe, vorzugsweise aus Metall, von denen der eine stillsteht und der andere rotiert.The seal should take place between the parts 12 and 18, wherein the housing 12 is stationary while the hub 18 rotates. The seal takes place in a manner known per se by means of two sliding rings which are in engagement with one another, preferably made of metal, one of which stands still and the other rotates.

Die relativ zueinander rotierenden Gleitringe werden in an sich bekannter Weise durch elastische Zwischenringe ancinandergedrückt und }>schwebend« im Gleichgewicht gehalten, die sich gegen Halteringe abstützen. Die Halteringe und die Gleitringe sind in bekannter Weise mit konkaven Nuten versehen, welche die elastischen Zwischenringe aufnehmen. Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung jedoch haben die elastischen Zwischenringe - in unbelastetem Zustand - im Querschnitt die Form eines Quadrates mit abgerundeten Ecken und eingebuchteten Seiten, so daß vier Lappen entstehen, von denen zwei einander gegenüber angeordnete Lappen derart von den Halteringen und den gegeneinander gleitbaren Dichtungsringen aufgenommen werden, daß bei axialer Verschiebung der Nabe gegenüber dem Gehäuse die durch die beiden haltenden Lappen hindurchgehende Achse, welche die Druckkräfte aufnimmt, gekippt wird, wobei vorzugsweise Anschläge vorgesehen sind, welche das Maß dieser Kippung begrenzen.The sliding rings rotating relative to one another are known per se Pressed together by elastic intermediate rings and "floating" in equilibrium held, which are supported against retaining rings. The retaining rings and the sliding rings are provided in a known manner with concave grooves, which the elastic intermediate rings take up. In contrast to the known arrangement, however, the elastic Intermediate rings - in the unloaded state - the shape of a square in cross-section with rounded corners and indented sides, so that four lobes arise, of which two oppositely arranged tabs so from the retaining rings and the sealing rings slidable against one another are received that at axial Displacement of the hub in relation to the housing by the two holding tabs through axis, which absorbs the compressive forces, is tilted, preferably Stops are provided which limit the extent of this tilting.

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung ist im einzelnen die folgende: Mit dem feststehenden Gehäuse 12 ist ein Haltering 21 verbunden, der im Innern des zylindrischen Flansches 14 angeordnet ist. Ihm gegenüber ist - in axialer und in radialer Richtung versetzt - ein Gletiring 22 angeordnet, der im Verhältnis zu seinem Durchmesser einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt hat. Der Haltering 21 enthält eine konkave Nut 23 mit sanfter Krümmung; der Gleitring 22 hat eine ähnliche Nut 24. Die Nuten 23 und 24 liegen einander längs einer Ringfläche gegenüber, die die Form eines Kegels hat, und die im Querschnitt durch die Linie 25 dargestellt ist. Zwischen diesen beiden konkaven Nuten ist ein elastischer Zwischenring 30 angeordnet, der in unbelastetem Zustand, wie in F i g. 1 dargestellt, die Form eines Quadrates mit abgerundeten Ecken und eingedrückten Seiten hat, so daß vier symmetrische Lappen 31, 32, 33 und 34 entstehen, die durch die eingebuchteten Seitenwände voneinander getrennt sind. Die beiden einander gegenüberliegenden Lappen 31 und 32 greifen in die Nuten 23 und 24 ein. In ähnlicher Weise enthält die Nabe 18 einen Haltering 41, dem gegenüber - in axialer und in radialer Richtung versetzt - ein rotierender Gleitring 42 angeordnet ist. Der Haltering und der Gleitring haben sanft gerundete Nuten 43 bzw. 44, die einander längs einer kegelförmigen Ringfläche, d. h. der Linie 45, gegenüberstehen. Zwischen diesen Ringen ist ein elastischer Zwischenring 50 mit den Lappen 51, 52, 53 und 54 angeordnet. Um eine Drehung der Teile 12 und 18 relativ zueinander zu ermöglichen, sind die Gleitringe 22 und 42 derart ausgebildet, daß sie eine gemeinsame Eingriffsfläche 60 haben. Die Gleitringe 22 und 42 bestehen vorzugsweise aus einer Legierung von großer Zähigkeit, die einen hohen Widerstand gegen Abnutzung hat, selbst in Gegenwart schleifender Teilchen wie Schmutz oder Staub. Die Dichtungsglieder insgesamt umgeben dabei eine innere Kammer 61, welche die Lager sowie andere Teile enthält, die gegen das Eindringen von Staub geschützt werden sollen; die Kammer 61 enthält in ihrem Innern eine erhebliche Menge von Schmiermaterial. Um den Zutritt des Schmiermittels zur gemeinsamen Eingriffsfläche 60 zu erleichtern, sind die Gletiringe 22 und 42 in ihrem unteren Teil vorzugsweise abgeschrägt, wie beim Bezugszeichen 62 der F i g. 1 dargestellt.The in F i g. The arrangement shown in FIG. 1 is specifically as follows: A retaining ring 21, which is arranged in the interior of the cylindrical flange 14, is connected to the stationary housing 12. Opposite it is - offset in the axial and radial directions - arranged a glacier ring 22 which has a relatively small cross-section in relation to its diameter. The retaining ring 21 includes a concave groove 23 with a gentle curvature; the sliding ring 22 has a similar groove 24. The grooves 23 and 24 lie opposite one another along an annular surface which has the shape of a cone and which is shown in cross section by the line 25. An elastic intermediate ring 30 is arranged between these two concave grooves, which in the unloaded state, as in FIG. 1, has the shape of a square with rounded corners and indented sides, so that four symmetrical lobes 31, 32, 33 and 34 are formed, which are separated from one another by the indented side walls. The two opposing tabs 31 and 32 engage in the grooves 23 and 24. In a similar way, the hub 18 contains a retaining ring 41, opposite which - offset in the axial and radial directions - a rotating sliding ring 42 is arranged. The retaining ring and the sliding ring have gently rounded grooves 43 and 44, which face one another along a conical annular surface, ie the line 45. An elastic intermediate ring 50 with tabs 51, 52, 53 and 54 is arranged between these rings. In order to enable the parts 12 and 18 to rotate relative to one another, the sliding rings 22 and 42 are designed in such a way that they have a common engagement surface 60. The slip rings 22 and 42 are preferably made of an alloy of great toughness that has a high resistance to wear, even in the presence of abrasive particles such as dirt or dust. The sealing members as a whole surround an inner chamber 61 which contains the bearings and other parts that are to be protected against the ingress of dust; the chamber 61 contains a substantial amount of lubricating material inside it. In order to facilitate the access of the lubricant to the common engagement surface 60, the lower part of the glacier rings 22 and 42 are preferably beveled, as in the case of the reference numeral 62 in FIG. 1 shown.

F i g. 1 zeigt die elastischen Zwischenringe 30 und 50 in unbelastetem Zustand mit »quadratischem« Querschnitt. In der Arbeitsstellung jedoch haben die Zwischenringe nicht diese Querschnittsform, vielmehr sind in dieser Stellung die Teile 12 und 18 in axialer Richtung aufeinander zu verschoben, so daß die elastischen Zwischenringe aus der »quadratischen« Querschnittsform in die »rautenförmige« Querschnittsform verformt werden, wobei die Anpressungskraft an den mit den Gleitringen und den Halteringen im Eingriff stehenden Lappen der Zwischenringe stark ansteigt. In- der Arbeitsstellung nehmen die elastischen Zwischenringe die Form und Stellung der F i g..2 ein, wobei die Lappen 31 und 32 des einen und die Lappen 51 und 52 des anderen Ringes komprimiert werden, so daß an ihnen ebenfalls eine gute Abdichtung erfolgt. Die Erfindung ist nicht auf die in F i g. 1 und 2 dargestellte Maschine 10 beschränkt; es kann dabei irgendein an sich bekanntes (in der Zeichnung nicht dargestelltes) Drucklager verwendet werden, um die Nabe 18 gegenüber dem Gehäuse 12 in der Arbeitsstellung der F i g. 2 zu halten. Da bei der dargestellten Ausführungsform die Nuten 23, 24, 43 und 44 sanft gerundet sind und sich im wesentlichen der Form der eingreifenden Lappen der Dichtungsringe anpassen, kann jeder der Dichtungsringe um den Winkel »a« (F i g: 2) gekippt werden, wenn die Teile 12 und 18 aus der Ruhestellung der F i g. 1 in die Arbeitsstellung der F i g. 2 gebracht werden. Diese Kippung ermöglicht es, daß jeder der elastischen Zwischenringe eine Gleichgewichtsstellung annimmt, in welcher die gegenüberliegenden Lappen gleiche Kräfte F auf die im Eingriff mit ihnen befindlichen Ringe ausüben, so daß auf die elastischen Zwischenringe keine Kräfte ausgeübt werden, die ihren Querschnitt zu verbiegen suchen. Hierdurch unterscheidet die Erfindung sich von bekannten Anordnungen, bei denen elastische Zwischenringe in eine quadratische Ecke eingedrückt werden, wobei die Übereinstimmung mit der Ecke trotz körperlicher Deformation des Querschnittes der elastischen Zwischenringe aufrechterhalten werden muß. Bei der Anordnung nach der Erfindung ist die Krümmung der Nuten etwas geringer als diejenige der Lappen der elastischen Zwischenringe: Darüber hinaus haben die Nuten an derjenigen Seite, nach welcher die Kippung erfolgt, gegenüber den Lappen einen größeren Abstand als an der anderen Seite; beispielsweise ist das linke Ende der Nut 23 (F i g. 1) von dem Lappen 31 weiter entfernt als das rechte (obere) Ende der Nut. Dies ermöglicht eine Kippung des Dichtungsringes um die Kontaktpunkte ohne störende Beeinflussung zwischen den Seitenwänden der Nuten und der in sie eingreifenden Seiten der Dichtungsringe, auch wenn die letzteren bei Verschiebung der Teile 12 und 18 in ihre Arbeitsstellung um einen erheblichen Winkel gekippt werden.F i g. 1 shows the elastic intermediate rings 30 and 50 in an unloaded state Condition with a »square« cross-section. In the working position, however, they have Intermediate rings do not have this cross-sectional shape, rather they are in this position Parts 12 and 18 shifted towards each other in the axial direction, so that the elastic Intermediate rings from the "square" cross-sectional shape to the "diamond-shaped" cross-sectional shape are deformed, the contact pressure on the with the sliding rings and the retaining rings engaged lobes of the intermediate rings increases sharply. In the working position take the elastic intermediate rings the shape and position of the F i g..2, where the tabs 31 and 32 of one ring and the tabs 51 and 52 of the other ring are compressed so that a good seal is also made on them. The invention is not on the in F i g. 1 and 2 shown limited machine 10; it can do it any known per se (not shown in the drawing) thrust bearing is used be to the hub 18 relative to the housing 12 in the working position of FIG. 2 hold. Since in the illustrated embodiment, the grooves 23, 24, 43 and 44 are gently rounded and are essentially the shape of the engaging lobes of the Adjust sealing rings, each of the sealing rings can be adjusted by the angle »a« (F i g: 2) be tilted when the parts 12 and 18 from the rest position of FIG. 1 in the working position of FIG. 2 are brought. This tilting makes it possible that each of the elastic intermediate rings assumes a position of equilibrium in which the opposite flaps equal forces F on those in engagement with them Exercise rings so that no forces are exerted on the elastic intermediate rings, who seek to bend their cross-section. This distinguishes the invention differ from known arrangements in which elastic intermediate rings in a square Corner being indented, keeping the correspondence with the corner despite physical Deformation of the cross section of the elastic intermediate rings can be maintained got to. In the arrangement according to the invention, the curvature of the grooves is somewhat less than that of the lobes of the elastic intermediate rings: In addition, the Grooves on the side after which the tilting takes place opposite the tabs a greater distance than on the other side; for example is the left end of the groove 23 (FIG. 1) further away from the tab 31 than the right (upper) end the groove. This enables the sealing ring to be tilted around the contact points without disturbing influence between the side walls of the grooves and those engaging in them Sides of the sealing rings, even if the latter when moving the parts 12 and 18 can be tilted through a considerable angle into their working position.

Es wurde gefunden, daß die Lappen der elastischen Zwischenringe große Anpressungskräfte auf die zugehörigen Flächen der benachbarten Ringe ausüben und daß eine erhebliche Verschiebung der Teile 12 und 18 in axialer Richtung erfolgen kann, ohne die Wirksamkeit der Dichtung zu beeinträchtigen. Ein wesentlicher Grund hierfür liegt darin, daß die Arbeitslinie der Kräfte F einen spitzen Winkel mit der Achse bildet. Dieser Winkel kann beispielsweise in der Größenordnung von 60° oder mehr liegen. Eine axiale Verschiebung des Teiles 18 gegenüber dem Teil 12 erzeugt daher eine Klemm- oder Keilwirkung mit großer mechanischer Übersetzung an den gegenüberliegenden Lappen des elastischen Zwischenringes. Mit anderen Worten: die dargestellte Anordnung gestattet eine große Verschiebung der Teile 12 und 18 gegeneinander, d. h., sie hat einen großen »Hub«, über dessen Bereich die Dichtung voll wirksam ist. Darüber hinaus kann die Dichtung eine verhältnismäßig große Kraft in horizontaler Richtung (horizontale Komponente der Kraft F) ausüben, so daß an der gemeinsamen Eingriffsfläche 60, an der die relative Drehung stattfindet, eine starke Anpressungskraft ausgeübt wird. Dies ist besonders wichtig, wenn eine Dichtung großen Durchmessers zur Anwendung gelangt: die starke axiale Kraft sichert zu allen Zeiten einen guten Kontakt der Gleitringe an der Eingriffsfläche 60 trotz einer etwaigen Tendenz zur Verwerfung- eines der beiden Gleitringe. Da die Gleitringe 22 und 42 gegenüber den übrigen Teilen der Maschine »schwebend« im Gleichgewicht gehalten werden, ermöglichen darüber hinaus die elastischen Zwischenringe 30 und 50 während einer jeden Umdrehung eine geringe Verschiebung der Gleitringe in axialer Richtung nach der einen oder anderen Seite. Das Endergebnis besteht darin, daß zu allen Zeiten an allen fünf Dichtungsflächen eine sichere Abdichtung erzielt wird, auch wenn die Dichtung einen extrem großen Durchmesser hat. Infolge der erwähnten Keilwirkung ist die Andrückung an den Lappen der elastischen Dichtungsringe normalerweise erheblich größer als diejenige an der gemeinsamen Eingriffsfläche 60 der Gleitringe. Hierdurch wird mit Sicherheit erreicht, daß die Reibung und relative Drehung an den Flächen 60 erfolgt, nicht jedoch an den Lappen der elastischen Zwischenringe.It has been found that the tabs of the elastic intermediate rings exert great pressure forces on the associated surfaces of the adjacent rings and that a considerable displacement of the parts 12 and 18 can take place in the axial direction without impairing the effectiveness of the seal. A major reason for this is that the working line of the forces F forms an acute angle with the axis. This angle can be, for example, of the order of 60 ° or more. An axial displacement of the part 18 with respect to the part 12 therefore produces a clamping or wedge effect with a large mechanical translation on the opposite lobes of the elastic intermediate ring. In other words: the arrangement shown allows a large displacement of the parts 12 and 18 relative to one another, ie it has a large "stroke" over the area of which the seal is fully effective. In addition, the seal can exert a relatively large force in the horizontal direction (horizontal component of the force F), so that a strong pressing force is exerted on the common engagement surface 60 on which the relative rotation takes place. This is particularly important when a large diameter seal is used: the strong axial force ensures good contact between the sliding rings and the engaging surface 60 at all times, despite any tendency for one of the two sliding rings to warp. Since the sliding rings 22 and 42 are kept "floating" in equilibrium with respect to the other parts of the machine, the elastic intermediate rings 30 and 50 also allow a slight axial displacement of the sliding rings in the axial direction to one side or the other during each revolution. The end result is that a secure seal is achieved on all five sealing surfaces at all times, even if the gasket is extremely large in diameter. As a result of the wedge effect mentioned, the pressure on the tabs of the elastic sealing rings is normally considerably greater than that on the common engagement surface 60 of the sliding rings. This ensures that the friction and relative rotation takes place on the surfaces 60, but not on the lobes of the elastic intermediate rings.

Im vorstehenden wurden die großen Anpressungskräfte an den Lappen und die große axiale Verschiebbarkeit der Teile 12 und 18 erwähnt. Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß der Anstieg der axialen Anpressungskraft als Funktion der axialen Verschiebung der Teile 12 und 18 im wesentlichen linear erfolgt, im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, bei denen dieser Anstieg sich bereits nach kurzer axialer Verschiebung rapid vergrößert. F i g. 3 zeigt die Abhängigkeit der axialen Anpressungskraft an der Eingriffsfläche 60 in Abhängigkeit von der axialen Verschiebung der Teile 12 und 18. Wie hieraus zu ersehen, steigt die Anpressungskraft an der Eingriffsfläche 60 bei Verschiebung der Nabe 18 in axialer Richtung gegenüber dem Gehäuse 12 im wesentlichen längs einer geraden Linie 65 an. Die zulässige Verschiebung der Teile 12 und 18 in axialer Richtung ist daher sehr groß. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sie leicht derart ausgebildet werden kann, daß eine übermäßige und schädliche Axialverschiebung der Teile 12 und 18 verhindert wird, durch welche die elastischen Zwischenringe 30 und 50 aus ihren Nuten »herausgedreht« werden könnten, wodurch die Dichtung unwirksam werden würde. Die Ausbildung kann beispielsweise derart sein, daß die gegenüberliegenden Lappen 34 und 54 (F i g. 2) zum Aneinanderliegen kommen, wenn -die Axialverschiebung der Teile 12 und 18 sehr groß wird, wodurch eine weitere Verschiebung verhindert wird. Statt dessen kann die Ausbildung auch derart sein, daß beispielsweise der linke Lappen des elastischen Zwischenringes 30 (in der Nähe des Bezugszeichens F der F i g. 2) mit der radialen Wand des Gehäuses 12 und der rechte Lappen des Zwischenringes 50 mit der radialen Wand der Nabe 18 in Eingriff kommt, um eine weitere Axialverschiebung dieser Teile zu verhindern.In the above, the large contact pressure forces on the tabs and the large axial displaceability of the parts 12 and 18 were mentioned. It is an essential feature of the invention that the increase in the axial contact force as a function of the axial displacement of the parts 12 and 18 is essentially linear, in contrast to the known arrangements in which this increase increases rapidly after a short axial displacement. F i g. 3 shows the dependence of the axial contact force on the engagement surface 60 as a function of the axial displacement of the parts 12 and 18. As can be seen from this, the contact force on the engagement surface 60 increases essentially longitudinally when the hub 18 is displaced in the axial direction relative to the housing 12 a straight line 65. The permissible displacement of the parts 12 and 18 in the axial direction is therefore very large. Another advantageous feature of the invention is that it can be readily designed to prevent excessive and damaging axial displacement of parts 12 and 18 which could "twist" resilient intermediate rings 30 and 50 out of their grooves, thereby causing the Seal would become ineffective. The design can, for example, be such that the opposing tabs 34 and 54 (FIG. 2) come to rest against one another when the axial displacement of the parts 12 and 18 becomes very large, which prevents further displacement. Instead, the design can also be such that, for example, the left lobe of the elastic intermediate ring 30 (in the vicinity of the reference symbol F in FIG. 2) with the radial wall of the housing 12 and the right lobe of the intermediate ring 50 with the radial wall the hub 18 comes into engagement to prevent further axial displacement of these parts.

Zum Zweck der leichteren Montage ist die Gleitringdichtung derart ausgebildet, daß die konkaven Nuten 23, 24, 43 und 44 etwas hinterschnitten sind, d. h. daß sie eine überhängende Lippe haben, wie aus F i g. 1 und 2 zu ersehen, so daß die elastischen Zwischenringe bei der Montage in ihre Stellung »einschnappen« und mit Sicherheit gehalten werden, wodurch die Montage wesentlich erleichtert wird. So hat beispielsweise die Nut 23 des Halteringes 21 eine vorspringende Lippe 71 und die Nut 24 des Gleitringes 22 eine entsprechende Lippe 72. Die Ringe 30 und 22 können daher ohne zusätzliche Hilfseinrichtungen mit Leichtigkeit montiert werden, wobei sie in unbelastetem Zustand in ihre Stellung »einschnappen« und ohne weitere Hilfsmittel gehalten werden. Darüber hinaus kann der elastische Zwischenring 30 im Durchmesser ein wenig »zu klein« gehalten werden. Eine solche Anordnung ist an sich bekannt. Das Endergebnis besteht darin, daß der Gleitring 22 bei der Montage selbsttragend durch den elastischen Zwischenring 30 gehalten wird. In ähnlicher Weise kann der Zwischenring 50 sowie der Gleitring 42 ausgebildet sein. Die Gleitringe werden somit bei der Montage in ihrer Stellung gehalten, bevor die Eingriffsflächen 60 miteinander in Berührung kommen. Obwohl alle Dichtungselemente bei der zusammengesetzten Vorrichtung unsichtbar sind, wird daher eine richtige Montage mit Sicherheit gewährleistet, ohne daß, wie bei den bisher bekannten Anordnungen, besondere Haltevorrichtungen erforderlich sind.For the purpose of easier assembly, the mechanical seal is such formed that the concave grooves 23, 24, 43 and 44 are slightly undercut, d. H. that they have an overhanging lip, as shown in FIG. 1 and 2 can be seen, so that the elastic intermediate rings "snap into place" during assembly and held with security, which makes assembly much easier. For example, the groove 23 of the retaining ring 21 has a protruding lip 71 and the groove 24 of the sliding ring 22 has a corresponding lip 72. The rings 30 and 22 can therefore be installed with ease without additional auxiliary equipment, where they "snap" into their position in the unloaded state and without any further Aids are held. In addition, the elastic intermediate ring 30 should be kept a little "too small" in diameter. Such an arrangement is on known. The end result is that the slip ring 22 during assembly is held self-supporting by the elastic intermediate ring 30. In a similar way The intermediate ring 50 and the sliding ring 42 can be designed. The slip rings are thus held in their position during assembly before the engagement surfaces 60 come into contact with each other. Although all sealing elements when assembled Device are invisible, correct assembly is therefore guaranteed with certainty, without, as in the previously known arrangements, special holding devices required are.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Dichtungsflächen erneuert werden können, ohne die elastischen Zwischenringe durch neue Ringe zu ersetzen. Wenn die elastischen Zwischenringe eine Zeitlang in Gebrauch gewesen sind, so daß sie ihre Aufgabe nicht mehr zufriedenstellend erfüllen, können die Dichtungsflächen leicht und schnell erneuert werden, indem man die Zwischenringe einfach umkehrt, so daß die bisher unbenutzten Lappen 33 und 34 des Zwischenringes 30 bzw. die Lappen 53 und 54 des Ringes 50 mit den zugehörigen Nuten der Halte- und Gleitringe in Eingriff kommen. Hierdurch wird die effektive Lebensdauer der elastischen Zwischenringe verdoppelt.Another advantageous feature of the invention is that the sealing surfaces can be renewed without the elastic intermediate rings to be replaced with new rings. If the elastic intermediate rings in Have been used so that they no longer perform their task satisfactorily, the sealing surfaces can be replaced quickly and easily by removing the intermediate rings simply reversed, so that the previously unused tabs 33 and 34 of the intermediate ring 30 or the tabs 53 and 54 of the ring 50 with the associated grooves of the retaining and slip rings come into engagement. This will increase the effective life of the elastic intermediate rings doubled.

Ein wesentliches Kriterium einer Dichtung der genannten Art ist die Größe der Energie, welche das Dichtungselement absorbieren und wieder abgeben kann, wenn es in der einen oder anderen Richtung belastet wird; diese Energie ist im vorliegenden Fall das Integral der axialen Anpressungskraft über den Weg der axialen Verschiebung. Es wurde gefunden, daß die Energie-Speicherfähigkeit pro Volumeinheit des Materials des elastischen Zwischenringes bei der Anordnung nach der Erfindung erheblich größer ist als bei den bisher bekannten Anordnungen. Dies beruht auf der Tatsache, daß die innere Kompressionskraft eine mechanische übersetzung gegenüber der axialen Anpressungskraft hat; diese übersetzung steigt mit dem Grad der Kompression.An essential criterion of a seal of the type mentioned is that The amount of energy that the sealing element can absorb and release again, if it is burdened in one direction or another; this energy is in the present Case the integral of the axial contact pressure over the path of the axial displacement. It has been found that the energy storage capacity per unit volume of the material of the elastic intermediate ring in the arrangement according to the invention is considerably larger is than in the previously known arrangements. This is due to the fact that the internal compression force is a mechanical translation compared to the axial one Has contact pressure; this ratio increases with the degree of compression.

Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich auf eine Dichtung nach der Erfindung im allgemeinen. Bei einer ausgeführten Dichtung für einen geländegängigen Traktor hatte der elastische Zwischenring einen mitteleren Durchmesser von 43 cm, im unbelasteten Zustand eine radiale Stärke von 16 mm und eine Breite von 16 mm. Er bestand aus synthetischem Gummi einer Durometerhärte 40, der in belastetem Zustand an der gemeinsamen Eingriffsfläche 60 eine axiale Kraft von 160 kg erzeugte. Die Einheitsbelastung an den Lappen des elastischen Zwischenringes lag in der Größenordnung von 11 bis 90 kg. Es liegt auf der Hand, daß diese Kräfte ausreichend sind, um einen sicheren Dichtungseingriff zu gewährleisten und einen Verlust von Schmiermaterial bzw. ein Eintreten von Fremdkörpern, beispielsweise Schmutz oder Wasser, in die innere Kammer 61 zu verhindern.The above statements relate to a seal according to of the invention in general. With an executed seal for an all-terrain Tractor, the elastic intermediate ring had a mean diameter of 43 cm, in the unloaded state a radial thickness of 16 mm and a width of 16 mm. It consisted of synthetic rubber with a durometer hardness of 40, which in a loaded state on the common engagement surface 60 generated an axial force of 160 kg. the The unit load on the lobes of the elastic intermediate ring was in the order of magnitude from 11 to 90 kg. It is obvious that these powers are sufficient to make one to ensure secure sealing engagement and a loss of lubricating material or the entry of foreign bodies, for example dirt or water, into the inner chamber 61 to prevent.

Bei der Anordnung nach F i g. 4 ist der Haltering 21 a, der dem Haltering 21 der F i g. 1 entspricht, in axialer Richtung verlängert, wie beim Bezugszeichen 21 b dargestellt. Die konkave Nut 23 ist hierbei durch eine rechteckige Nut ersetzt. Der Teil 21 b des Halteringes kommt mit dem Lappen 34 a des elastischen Zwischenringes 30a in Eingriff. In ähnlicher Weise kommt der Lappen 54 a des elastischen Zwischenringes 50 a mit dem Teil 41 b des Halteringes 41 in -Eingriff. Hierdurch wird eine verbesserte Abdichtung erzielt. Die Teile 21a und 41 a sind hinterschnitten bzw. ausgebohrt, und zwar um den Betrag »u« bei 21 c lind 41 c, so daß die Lappen 33 a und 53 a frei bleiben. Auf diese Weise wird die volle Ausnutzung der Tendenz der Zwischenringe, nach innen zu kippen, wenn sie montiert werden, dazu benutzt, die Zwischenringe in der beschriebenen Weise zu halten.In the arrangement according to FIG. 4 is the retaining ring 21 a, which corresponds to the retaining ring 21 of FIG. 1 corresponds, extended in the axial direction, as shown at reference numeral 21 b. The concave groove 23 is here replaced by a rectangular groove. The part 21 b of the retaining ring comes into engagement with the tab 34 a of the elastic intermediate ring 30 a. In a similar manner, the tab 54 a of the elastic intermediate ring 50 a with the part 41 b of the retaining ring 41 comes into engagement. In this way, an improved seal is achieved. The parts 21 a and 41 a are undercut or drilled out, namely by the amount "u" at 21 c and 41 c, so that the tabs 33 a and 53 a remain free. In this way, taking full advantage of the tendency of the intermediate rings to tilt inward when they are assembled is used to hold the intermediate rings in the manner described.

Eine weitere Abänderung der Dichtung kann darin bestehen, daß die axiale Stärke der Gleitringe 22 und 42 derart bemessen wird, daß die benachbarten Lappen 34 und 54 der Gleitringe sich in der Arbeitsstellung der Dichtung berühren. Eine derartige Anordnung ist in F i g. 5 dargestellt, in welcher die Bezugszeichen den Zusatz »d« haben. Die Anordnung nach F i g. 5 ist die gleiche wie die der F i g. 1, außer daß die beiden inneren Nuten 24 d und 44 d der Gleitringe einen geringeren Abstand voneinander haben, so daß die elastischen Zwischenringe in der Arbeitsstellung derart verformt werden, daß die gegenüberliegenden Lappen 34 d und 54 d der Zwischenringe miteinander in Eingriff kommen. Dieser Eingriff ergibt eine weitere Dichtungsstelle, durch die Fremdkörper von der gemeinsamen Eingriffsfläche 60d weggehalten werden. Die Ausführungsformnach F i g. 5 ist besonders dann mit Vorteil zu verwenden, wenn die Drehzahl gering ist, und insbesondere in einem Flüssigkeitsbad, durch das die Reibung an der Berührungsstelle der elastischen Zwi schenrmge niedrig gehalten wird.Another modification of the seal can consist in that the axial thickness of the sliding rings 22 and 42 is dimensioned such that the adjacent tabs 34 and 54 of the sliding rings touch each other in the working position of the seal. Such an arrangement is shown in FIG. 5, in which the reference symbols have the suffix "d". The arrangement according to FIG. 5 is the same as that of FIG. 1, except that the two inner grooves 24 d and 44 d of the sliding rings have a smaller distance from each other, so that the elastic intermediate rings are deformed in the working position such that the opposite tabs 34 d and 54 d of the intermediate rings come into engagement with one another. This engagement creates another sealing point by which foreign matter is held away from the common engagement surface 60d. The embodiment of fig. 5 is to be used with advantage especially when the speed is low, and especially in a liquid bath, through which the friction at the point of contact of the elastic inter mediate is kept low.

Es wurde gefunden, daß infolge der vergrößerten Berührungsfläche, die aus der Ausbildung der abgerundeten nicht in Nuten eingreifenden Lappen 33 und 34, 53 und 54 hervorgeht, die Wärmeabführung von den Dichtungselementen zur Schmierflüssigkeit bzw. zur Luft verbessert wird, was zur Folge hat, daß die elastischen Zwischenringe bei geringeren Temperaturen arbeiten können.It was found that due to the enlarged contact area, from the formation of the rounded not engaging in grooves tabs 33 and 34, 53 and 54 shows the heat dissipation from the sealing elements to the lubricating fluid or to air is improved, which has the consequence that the elastic intermediate rings can work at lower temperatures.

Obwohl die .Dichtungsanordnung nach der Erfindung vorzugsweise für Dichtungen großen Durchmessers, etwa in der Größenordnung von 30 bis 60 cm, vorgesehen ist, versteht es sich, daß sie auch mit Vorteil für kleinere Durchmesser verwendet werden kann.Although the .Sealing arrangement according to the invention is preferably for Large diameter seals, approximately on the order of 30 to 60 cm, are provided it goes without saying that it is also used with advantage for smaller diameters can be.

Wo in den Ansprüchen von »quadratischem« und »rautenförmigem« Querschnitt der elastischen Zwischenringe die Rede ist, versteht es sich, daß dies nur der allgemeinen Bezeichnung der Querschnittsform dient, und daß es sich nicht um ein exaktes Quadrat oder eine exakte Rautenform handelt. Der Ausdruck »rautenförmig« bedeutet also lediglich, daß infolge der Verformung der eine Druchmesser (Entfernung zwischen den Außenkanten gegenüberliegender Lappen) größer ist als der andere.Where in the claims of "square" and "diamond-shaped" cross-sections Of the elastic intermediate rings in question, it goes without saying that this is only the general one Designation of the cross-sectional shape is used, and that it is not an exact square or an exact diamond shape. The term "diamond-shaped" simply means that as a result of the deformation of a diameter (distance between the outer edges opposite lobe) is larger than the other.

Claims

Claims: 1. Mechanical seal for sealing between a stationary and a rotating machine part, preferably of a relatively large diameter, with a stationary and a rotating sliding ring, which lie against each other along a common, sealing engagement surface and are held and pressed by elastic intermediate rings, each of which is arranged between a retaining ring connected to the machine part in question and the adjacent sliding ring, each of the elastic intermediate rings engaging in concave grooves of the adjacent rings and the forces of this engagement lying in an annular surface that has the shape of a cone, as marked by - ä calibrates that the elastic intermediate rings (30, 50) in the unloaded state have the shape of a square with rounded corners and indented sides, which is known per se for piston rings, so that four similar lobes (e.g. 31, 32, 33, 34) arise, and that the in dir g of the conical ring surface (e.g. E.g. 25) arranged tabs (e.g. 31, 32) engage in the concave grooves (e.g. 23, 24) of the retaining ring (e.g. 21) and the sliding ring (e.g. 22) in such a way that that when the machine parts (12 and 18) are axially displaced towards one another they are tilted about their cross-sectional core (for example by the angle "a" in FIG. 2) and are deformed in a diamond shape in the process.

2. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the concave groove (z. B. 23) into which the tab (z. B. 31) of the elastic sealing ring (z. B. 30) engages, on that side of the originally deformed Flap (for example on the left side of the flap 31 of FIG. 1), towards which the tilting takes place, has a greater distance from the flap than on the other side of the groove.

3. Mechanical seal according to claim 1 or 2, characterized in that at the ends of the essentially axially directed flanks of the concave grooves (z. B. 23 and 24) known radial, the groove base radially protruding projections (z. B. 71 , 72) are arranged such that the elastic intermediate rings (z. B. 30, 50) are held in the grooves during assembly.

4. Mechanical seal according to one of claims 1 to 3, characterized in that the dimensioning of the parts is such that the outer tabs (34 d, 54 d in FIG ) of the elastic intermediate rings strike against each other in the working position.

5. Mechanical seal according to claim 1 or 2, characterized in that the groove of the retaining rings (21 a, -41 a in F i g. 4) is formed at right angles such that the outer tabs (34 a) not in engagement with the adjacent rings , 54a) rest against the cylindrical wall surface of the groove-References under consideration: French patent specification No. 1366 693; British Patent No. 826,521; U.S. Patent Nos. 3167 321, 3,086,782.