DE19521229C1 - Shaft seal with rotationally symmetrical sealing ring - Google Patents
Shaft seal with rotationally symmetrical sealing ringInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung zum Abdichten einer Flüssigkeit oder eines Gases an der Durchtrittsstelle einer Welle durch eine Wand eines Gehäuses mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Dichtring aus einem hartelastischen Werkstoff, der im eingespannten Zustand, um seine Rotationssymmetrieachse frei drehbar, einerseits mit einer ersten ringförmigen Dichtkante an einer ortsfest an der Welle vorgesehenen kegelig oder gewölbt rotationssymmetrischen oder radial ebenen Lauffläche und andererseits mit einer zweiten ringförmigen Dichtkante an einer ortsfest im Gehäuse vorgesehenen kegelig oder gewölbt rotationssymmetrischen oder radial ebenen Lauffläche dichtend anliegt.The invention relates to a shaft seal for sealing a liquid or a Gases at the point of passage of a shaft through a wall of a housing with a essentially rotationally symmetrical sealing ring made of a hard elastic material, the one in the clamped state, freely rotatable about its rotational symmetry axis, on the one hand with a first annular sealing edge on a stationary on the shaft provided conical or arched rotationally symmetrical or radial planes Tread and on the other hand with a second annular sealing edge on a stationary in Housing provided conical or arched rotationally symmetrical or radial flat contact surface.
Eine derartige Dichtung ist nach dem Stand der Technik aus DE 40 38 620 A1 bekannt. Mit zwei Dichtkanten versehene, "schwimmend" angeordnete Dichtringe haben den Vorteil, daß in der Regel die für die Erwärmung und den Verschleiß maßgebliche relative Gleitgeschwindigkeit zwischen dem Dichtring und seinen Laufflächen geringer ist als bei herkömmlichen Dichtringen mit nur einer Dichtkante. Die Gleitgeschwindigkeit zwischen einem schwimmend mitrotierenden Dichtring und seinen Laufflächen ist im Idealfall jeweils halb so groß wie die eines stationären Dichtrings im Kontakt mit einer rotierenden Welle.Such a seal is known from the prior art from DE 40 38 620 A1. "Floating" sealing rings with two sealing edges have the Advantage that, as a rule, the relative one relevant for heating and wear Sliding speed between the sealing ring and its running surfaces is lower than at conventional sealing rings with only one sealing edge. The sliding speed between a floating rotating sealing ring and its treads is ideal in each case half the size of a stationary sealing ring in contact with a rotating shaft.
Schwimmende Wellendichtringe sind zudem aus EP 0 036 281 A1, EP 114 738 B1, DE 38 33 690 A1 und DE 39 20 482 A1, Dt. Patentamt, bekannt. Gemäß der Lehre dieser Druckschriften gestaltete Wellendichtungen sind für das Abdichten druckbeaufschlagter Flüssigkeiten ungeeignet. Die Initiale, durch die Montage der Dichtung hervorgerufene, für ein leckagefreies Abdichten erforderliche Anpressung der Dichtkanten an ihre Laufflächen wird beim Abdichten von druckbeaufschlagten Flüssigkeiten von der aus dem Flüssigkeitsdruck resultierenden Kraft verstärkt. Dadurch steigt mit dem Flüssigkeitsdruck die Reibung und damit die Erwärmung. Überhitzen der Dichtkanten kann zum Versagen des Dichtsystems führen.Floating shaft seals are also known from EP 0 036 281 A1, EP 114 738 B1, DE 38 33 690 A1 and DE 39 20 482 A1, German. Patent office, known. According to the teaching These seals are designed for sealing unsuitable for pressurized liquids. The initial, by assembling the Gasket created, necessary for a leak-free sealing of the Sealing edges on their treads are used when sealing pressurized Liquids reinforced by the force resulting from the liquid pressure. Thereby with the fluid pressure increases the friction and thus the warming. Overheating the Sealing edges can lead to failure of the sealing system.
Gemäß der Lehre der genannten Druckschriften gestaltete Wellendichtungen haben sich vor allem wegen der instabilen Lage und der im Betrieb auftretenden Torsionsschwingungen der Dichtringe und der dadurch verursachten Leckage in der Praxis nicht bewährt. Es ist auch bekannt, Dichtringe mit kreisrundem Querschnitt aus Elastomerwerkstoffen (O-Ringe) zwischen kegeligen Laufflächen anzuordnen. Erfahrungsgemäß sind derart gestaltete Wellendichtungen jedoch aufgrund der zu geringen und über die Berührbreite ungünstig verteilten Anpressung der Dichtringe an die Laufflächen für die dynamische Abdichtung ungeeignet.Shaft seals designed according to the teaching of the cited documents have become especially because of the unstable situation and the occurring during operation Torsional vibrations of the sealing rings and the resulting leakage in the Practice not proven. It is also known to have sealing rings with a circular cross section Arrange elastomer materials (O-rings) between tapered running surfaces. Experience has shown that shaft seals designed in this way are due to the small and unfavorably distributed contact pressure of the sealing rings the treads are unsuitable for dynamic sealing.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellendichtung mit einem zwischen je einer stationären und einer rotierenden Lauffläche frei drehbar angeordneten Dichtring zu schaffen, die unter Druck stehende Fluide zuverlässig abdichtet.The invention has for its object a shaft seal with a between each a stationary and a rotating tread freely rotatably arranged sealing ring create that reliably seals pressurized fluids.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Der Dichtring liegt axial vorgespannt beidseitig mit je einer Dichtkante an je einer mit der Welle bzw. mit dem Gehäuse verbundenen Lauffläche dichtend an. Der Dichtring ist im wesentlichen rotationssymmetrisch zu seiner im montierten Zustand mit der Wellenachse zusammenfallenden Rotationssymmetrieachse, ist vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer radialen Mittelebene und besteht aus hartelastischem Werkstoff, vorzugsweise aus einem chemisch und thermisch resistenten Thermoplast (wie z. B. Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyaryletherketon (PAEK) mit Elastizitätsmoduln ab 4 GPa) oder aus Metall. Wesentliches Merkmal des Dichtrings ist seine als Faltenbalg ausgeführte Form. Der Dichtring besteht aus über dem ganzen Umfang miteinander verbundenen, im Herstellungszustand vorzugsweise radial ebenen Ringmembranen. Durch seine faltenbalgartige Form federt der Dichtring axial und ist dennoch torsionssteif, bedingt durch seinen hartelastischen Werkstoff. Der axiale Vorspannweg ist groß gegenüber dem Abtrag der Dichtkanten durch Verschleiß und den fertigungstechnisch erforderlichen Herstellungs- und Montagetoleranzen. Im Betrieb beeinflussen somit Verschleiß der Dichtkanten, Toleranzen sowie Spannungsrelaxation die Vorspannung des Dichtrings in nur geringem Maße. Die Bestandteile der Wellendichtung müssen somit nicht in extrem engen, die Produktion verteuernden Toleranzen hergestellt werden und auch bei der Montage der Wellendichtung können relativ große Abweichungen vom Sollabstand der Laufflächen toleriert werden.The object is achieved by the features mentioned in claim 1 solved. The sealing ring is axially preloaded on both sides with a sealing edge on each with the shaft or with the housing connected to the sealing surface. Of the Sealing ring is essentially rotationally symmetrical with its in the assembled state the rotational symmetry axis coinciding is preferred mirror-symmetrical to a radial central plane and consists of hard elastic Material, preferably made of a chemically and thermally resistant thermoplastic (such as polyether ether ketone (PEEK) or polyaryl ether ketone (PAEK) with Modulus of elasticity from 4 GPa) or made of metal. An essential feature of the sealing ring is its shape as a bellows. The sealing ring consists of over the whole Scope interconnected, preferably radially flat in the state of manufacture Ring membranes. Due to its bellows-like shape, the sealing ring springs axially and is nevertheless torsionally stiff, due to its hard elastic material. The axial The preload is large compared to the wear of the sealing edges and wear the manufacturing and assembly tolerances required for manufacturing. Operational thus influence wear on the sealing edges, tolerances and stress relaxation the preload of the sealing ring only to a small extent. The components of the Shaft seals therefore do not have to be in extremely narrow, expensive production Tolerances can be established and also when installing the shaft seal relatively large deviations from the target distance of the treads are tolerated.
Die Laufflächen des Dichtrings sind vorzugsweise kegelig oder gewölbt rotationssymmetrisch, sie können aber auch radial ebene Stirnflächen sein. Sind sie kegelig oder gewölbt rotationssymmetrisch, so liegt der dazwischen eingespannte Dichtring von außen an den Laufflächen an, wird von ihnen zentriert und weist kreisrunde Dichtkanten auf. Sind die Laufflächen radial eben, so muß der Dichtring auf der Welle oder im Gehäuse geführt werden. Die Dichtkanten können in diesem Fall entlang ihres Umfangs gewellt sein.The running surfaces of the sealing ring are preferably conical or curved rotationally symmetrical, but they can also be radially flat end faces. They are conical or arched, rotationally symmetrical, so lies the one in between Sealing ring on the outside of the treads, is centered by them and has a circular shape Sealing edges on. If the running surfaces are radially flat, the sealing ring must be on the shaft or be guided in the housing. The sealing edges can in this case along their Circumferentially wavy.
Erfindungsgemäß wird durch das zwischen 0,8 und 1,5 liegende Verhältnis der von den Dichtkanten umschlossenen Fläche AK und der wirksamen Fläche AB des Faltenbalgs erreicht, daß die Anpressung der Dichtkanten durch steigenden Druck der abzudichtenden Flüssigkeit nicht wesentlich beeinflußt wird: 0,8 < AK/AB < 1,5. Alle radial außerhalb der Dichtkanten liegenden Faltenbalgelemente des vorgespannten Dichtrings werden durch den Flüssigkeitsdruck zusätzlich axial zusammengedrückt. Das führt zu einer Entlastung der Dichtkanten. Alle radial innerhalb der Dichtkanten liegenden Faltenbalgelemente werden durch den Flüssigkeitsdruck axial auseinandergedrückt. Das führt zu einer Belastung der Dichtkanten. Sind die von je einer Dichtkante umschlossene Fläche und die wirksame Fläche des Faltenbalgs gleich groß (AK/AB = 1), so kompensieren sich die axial wirkenden Druckkräfte im wesentlichen. Sinkt das Verhältnis AK/AB, so ist dies gleichbedeutend mit einer Zunahme des radial außerhalb der Dichtkanten liegenden Anteils der Faltenbalgelemente bei gleichzeitiger Abnahme des radial innerhalb der Dichtkanten liegenden Anteils der Faltenbalgelemente. In diesem Fall werden die Dichtkanten des vorgespannten Dichtrings vom Flüssigkeitsdruck entlastet. Das Verhältnis der radial außerhalb und innerhalb der Dichtkanten liegenden Anteile der Faltenbalgelemente verhält sich bei steigendem Verhältnis AK/AB entgegengesetzt, so daß die Dichtkanten vom Flüssigkeitsdruck belastet werden.According to the invention, the ratio of between 0.8 and 1.5 Sealing edges enclosed area AK and the effective area AB of the bellows achieved that the pressure of the sealing edges by increasing pressure the liquid to be sealed is not significantly affected: 0.8 <AK / AB <1.5. All bellows elements of the prestressed element lying radially outside the sealing edges Sealing rings are also axially compressed by the fluid pressure. The leads to relief of the sealing edges. All lying radially inside the sealing edges Bellows elements are pressed apart axially by the fluid pressure. The leads to a load on the sealing edges. Are each enclosed by a sealing edge Area and the effective area of the bellows are the same size (AK / AB = 1), see above the axially acting pressure forces essentially compensate each other. The ratio drops AK / AB, this is equivalent to an increase in the radial outside of the Sealing edges lying portion of the bellows elements with simultaneous decrease in portion of the bellows elements lying radially within the sealing edges. In this case the sealing edges of the preloaded sealing ring are relieved of the liquid pressure. The ratio of the portions of the radially outside and inside the sealing edges Bellows elements behave in opposite directions with increasing AK / AB ratio, see above that the sealing edges are loaded by the liquid pressure.
Aufgrund dieser Erkenntnisse und bestätigt durch Experimente kann durch Variieren des Verhältnisses AK/AB eine mit dem Flüssigkeitsdruck steigende, konstante oder sinkende Anpressung der Dichtkanten an ihre Laufflächen bewirkt werden. Um eine zu starke Druckent- bzw. Druckbelastung der Dichtkanten zu vermeiden, soll vorzugsweise das Verhältnis AK/AB zwischen 0,8 und 1,5 liegen.Based on these findings and confirmed by experiments, by varying the Ratio AK / AB a constant or increasing with the liquid pressure sinking pressure of the sealing edges on their treads are caused. To one To avoid strong pressure relief or pressure loading of the sealing edges should preferably the AK / AB ratio is between 0.8 and 1.5.
Die wirksame Fläche AB eines Faltenbalgs ist die äquivalente Fläche eines reibungsfrei gelagerten Kolbens, der bei gleichem Druck die gleiche Axialkraft erzeugt wie der Faltenbalg. Die wirksame Fläche AB des Faltenbalgs ist also im wesentlichen die Kreisfläche mit dem gemittelten Nutgrund-Durchmesser der zum Außenraum 5 bzw. zum Fluidraum 4 hin geöffneten Nuten des Faltenbalgs: DB = ((DI² + DA²)/2)0,5. Besteht der Dichtring aus Nuten verschiedener Durchmesser DI bzw. DA, so ist jeweils der kleinste bzw. größte Nutgrund-Durchmesser einzusetzen. Die abgeplatteten Dichtkanten liegen flächig auf ihren Laufflächen auf. Deshalb ist als von der Dichtkanten umschlossene Fläche AK die Fläche einzusetzen, die von den durch die Mitte der abgeplatteten Dichtkante verlaufenden Linien umschlossen wird.The effective area AB of a bellows is the equivalent area of a friction-free piston that generates the same axial force as the bellows at the same pressure. The effective area AB of the bellows is therefore essentially the circular area with the average groove base diameter of the grooves of the bellows which are open towards the outer space 5 or the fluid space 4 : DB = ((DI² + DA²) / 2) 0.5 . If the sealing ring consists of grooves of different diameters DI or DA, the smallest or largest groove base diameter must be used. The flattened sealing edges lie flat on their running surfaces. Therefore, the area AK enclosed by the sealing edges is the area enclosed by the lines running through the center of the flattened sealing edge.
Die aus dem Flüssigkeitsdruck resultierenden Radialkräfte werden von dem radial steifen Dichtring aufgenommen und haben auf die durch die axiale Vorspannung der Dichtrings bewirkte Anpressung der Dichtkanten an ihre Laufflächen nur untergeordneten Einfluß. Durch Verwendung eines Dichtringwerkstoffs mit vergleichbar sehr hohem Elastizitätsmodul wird beim Dichtring der erfindungsgemäßen Wellendichtung eine ausreichende Torsionssteifigkeit erzielt.The radial forces resulting from the liquid pressure become stiff radially Seal ring and have on the axial preload of the seal rings caused pressure of the sealing edges on their running surfaces only minor influence. By using a sealing ring material with a comparably very high The modulus of elasticity is a in the sealing ring of the shaft seal according to the invention sufficient torsional rigidity achieved.
Dem Konstrukteur eines Dichtrings der erfindungsgemäßen Wellendichtung steht es frei, die Dichtkanten aus einem weicheren Werkstoff zu gestalten als den übrigen Dichtring, so daß sich die Dichtkanten besser an ihre gegebenenfalls mit Rundlaufabweichungen und Formabweichungen entlang ihres Umfangs behafteten Laufflächen anpassen.The designer of a sealing ring of the shaft seal according to the invention is free to to design the sealing edges from a softer material than the other sealing ring, so that the sealing edges better meet their possibly with runout and adjust shape deviations along their circumferential treads.
Bei der erfindungsgemäßen Wellendichtung sind die Dichtkanten vorzugsweise derart gestaltet, daß die an die abgeplatteten Dichtkanten anschließende Oberfläche des Dichtrings zum Flüssigkeitsraum hin mit der Lauffläche einen Winkel α einschließt, der größer ist als der Winkel β, den die an die abgeplattete Dichtkante anschließende Oberfläche des Dichtrings zum Außenraum hin mit der Lauffläche einschließt. Dadurch wird eine hydrodynamische Förderwirkung des Dichtrings begünstigt. Bestehen die Dichtkanten aus Elastomerwerkstoff, so bilden sich durch den über der Berührbreite der Dichtkante asymmetrischen Pressungsverlauf die aus der Literatur hinreichend bekannten "natürlichen" Rückförderstrukturen durch Verschleiß.In the shaft seal according to the invention, the sealing edges are preferably such designed that the adjoining the flattened sealing edges of the surface Sealing ring to the liquid space with the tread encloses an angle α that is greater than the angle β, which adjoins the flattened sealing edge Includes the surface of the sealing ring towards the outside with the tread. Thereby a hydrodynamic conveying effect of the sealing ring is favored. Do they exist Sealing edges made of elastomer material, so through the over the contact width of the Sealing edge asymmetrical pressure profile that is well known from the literature "natural" return structures due to wear.
Im Falle radial ebener Laufflächen tritt ein weiterer Fördereffekt auf: Der Dichtring führt zusätzlich zu seiner durch die Rotation bedingten Gleitbewegung in Umfangsrichtung wegen seiner zusätzlich erforderlichen Führung mit endlichem Führungsspalt auch kleine Radialbewegungen aus. Sind die Winkel α und β so gewählt, daß α < β, so ergibt sich durch das Anpressen der Dichtkante an ihre Lauffläche in der Kontaktfläche flüssigkeitsseitig ein steilerer Pressungsgradient als außenseitig. Führt der Dichtring Radialbewegungen aus, so wird in dem Bereich der Dichtkante, der in Richtung der abzudichtenden Flüssigkeit gleitet, die Flüssigkeit abgestreift und nur ein geringer, für die Schmierung und Kühlung erforderlicher Teil gelangt auf die Außenseite. Gleichzeitig gleitet der gegenüberliegende Bereich derselben Dichtkante zur Außenseite hin. Die Abstreifwirkung dieses Bereichs der Dichtkante ist wegen des außenseitig flachen Pressungsgradienten gering. Die Dichtkante gleitet in diesem Bereich über eventuell auf die Außenseite gelangte Flüssigkeit hinweg, die sich dann wieder im abzudichtenden Raum befindet.In the case of radially flat treads, a further conveying effect occurs: the sealing ring guides in addition to its circumferential sliding movement caused by the rotation because of its additionally required guidance with a finite guidance gap also small ones Radial movements. If the angles α and β are chosen such that α <β, the result is by pressing the sealing edge against its running surface in the contact surface a steeper pressure gradient on the liquid side than on the outside. The sealing ring leads Radial movements, so in the area of the sealing edge, which is in the direction of liquid to be sealed glides, the liquid stripped and only a small one for the Lubrication and cooling required part gets to the outside. At the same time the opposite area of the same sealing edge slides towards the outside. The The scraping effect of this area of the sealing edge is due to the flat surface on the outside Pressure gradients low. The sealing edge may slide over in this area the outside got away liquid, which was then sealed again Room is located.
Ist α < β, so wird die hydrodynamische Schmierung und Fördenwirkung im Falle radial ebener Laufflächen zusätzlich durch entlang ihres Umfangs gewellte Dichtkanten unterstützt. Dadurch wird der Gleitbewegung in Umfangsrichtung zwischen Dichtkante und Lauffläche ebenfalls eine Radialbewegung überlagert. Aus DE 44 01 567 C1 sind bereits Dichtringe bekannt, deren Dichtkanten entlang ihres Umfangs einen wechselnden Abstand von der Wellenachse haben.If α <β, the hydrodynamic lubrication and pumping action becomes radial in the case flat treads additionally by sealing edges corrugated along their circumference supported. As a result, the sliding movement in the circumferential direction between the sealing edge and tread also superimposed a radial movement. From DE 44 01 567 C1 Already known sealing rings, the sealing edges of a changing along its circumference Distance from the shaft axis.
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen im einzelnenThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It show in detail
Fig. 1 und Fig. 2 je eine erfindungsgemäße Wellendichtung mit Dichtring, Rotor und Stator in einem bis zur Wellenachse geführten radialen Längsschnitt (Halbschnitt). Fig. 1 and Fig. 2 each have a shaft seal according to the invention with a sealing ring, rotor and stator in a radial longitudinal section (half-section) guided up to the shaft axis.
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Dichtring in einem bis zur Wellenachse geführten radialen Längsschnitt (Halbschnitt). Fig. 3 shows a sealing ring according to the invention in a radial longitudinal section (half section) up to the shaft axis.
Fig. 4 ein einbaufertiges Pumpendichtsystem in einem bis zur Wellenachse geführten radialen Längsschnitt (Halbschnitt). Fig. 4 shows a ready-to-install pump sealing system in a radial longitudinal section (half section) which is guided up to the shaft axis.
Fig. 1 zeigt den Dichtring 1 aus hartelastischem Thermoplastwerkstoff im ungespannten Zustand. Er liegt mit seinen kreisrunden Dichtkanten 11, 12 mit dem Dichtkantendurchmesser DK dichtend an seinen in diesem Fall kegeligen Laufflächen 21, 31 an und wird von diesen zentriert. Fig. 1 shows the sealing ring 1 made of hard-elastic thermoplastic material in the untensioned state. It lies with its circular sealing edges 11 , 12 with the sealing edge diameter DK sealingly against its tapered running surfaces 21 , 31 and is centered by them.
Der Dichtring 1 wird durch axiale Annäherung der Laufflächen 21, 31 bei der Montage axial elastisch zusammengedrückt. Nach dem Vorspannen liegt er mit Eigenspannung an den Laufflächen 21, 31 an. Der Dichtring ist im wesentlichen rotationssymmetrisch zu seiner im montierten Zustand mit der Wellenachse 22 zusammenfallenden Rotationssymmetrieachse und spiegelsymmetrisch zu einer radialen Mittelebene 17. Der um die Wellenachse frei drehbar gelagerte Dichtring wird einerseits von der Reibkraft, die die mit der Welle rotierende Lauffläche 21 auf ihn ausübt, angetrieben und andererseits von der Reibkraft, die die mit dem Gehäuse verbundene ruhende Lauffläche 31 auf ihn ausübt, abgebremst.The sealing ring 1 is axially elastically compressed by the axial approach of the running surfaces 21 , 31 during assembly. After prestressing, it rests on the running surfaces 21 , 31 with its own tension. The sealing ring is essentially rotationally symmetrical with respect to its rotational symmetry axis coinciding with the shaft axis 22 in the assembled state and mirror-symmetrical with a radial center plane 17 . The sealing ring, which is freely rotatable about the shaft axis, is driven, on the one hand, by the frictional force exerted on it by the tread 21 rotating with the shaft and, on the other hand, by the frictional force exerted on it by the stationary tread 31 connected to the housing.
Der Dichtring 1 besteht aus vier axial nebeneinander liegenden, radial ebenen Ringmembranen 14. Die miteinander entlang des gesamten Umfangs verbundenen Ringmembranen bilden in der Mitte eine zum Flüssigkeitsraum 4 hin offene Ringnut mit dem Nutgrund-Durchmesser DI und auf beiden Seiten je eine zum Außenraum 5 hin offene Ringnut mit den Nutgrund-Durchmessern DA. Die wirksame Faltenbalgfläche AB mit dem Durchmesser DB = ((DI² + DA²)/2)0,5 ist in diesem Fall kleiner als die von den Dichtkanten umschlossene Fläche AK mit dem Durchmesser DK, so daß gilt: AK/AB < 1. Die Dichtkanten 11, 12 dieses Dichtrings werden mit steigendem Flüssigkeitsdruck zunehmend an ihre Laufflächen 21, 31 angepreßt: der Dichtring 1 ist druckbelastet.The sealing ring 1 consists of four axially adjacent, radially flat ring membranes 14 . The interconnected along the entire circumference ring membranes form in the center a to the liquid chamber 4 which is open towards the annular groove having the groove bottom diameter DI and on both sides a space 5 to the outer annular groove open towards the groove base with diameters DA. The effective bellows area AB with the diameter DB = ((DI² + DA²) / 2) 0.5 is in this case smaller than the area AK with the diameter DK enclosed by the sealing edges, so that: AK / AB <1 Sealing edges 11 , 12 of this sealing ring are increasingly pressed against their running surfaces 21 , 31 with increasing liquid pressure: the sealing ring 1 is under pressure.
Die beiden äußeren Ringmembranen dieses Dichtrings enthalten die Dichtkanten 11, 12, die mit den Laufflächen 21, 31 zum Flüssigkeitsraum 4 hin die Winkel α und zum Außenraum 5 hin die Winkel β einschließen. Wegen der Unterstützung der Dichtwirkung durch die Fliehkräfte des mitrotierenden Dichtrings befindet sich die abzudichtende Flüssigkeit vorzugsweise radial außerhalb des Dichtrings.The two outer ring membranes of this sealing ring contain the sealing edges 11 , 12 which enclose the angles α with the running surfaces 21 , 31 towards the liquid space 4 and the angles β towards the outer space 5 . Because of the support of the sealing effect by the centrifugal forces of the rotating sealing ring, the liquid to be sealed is preferably located radially outside the sealing ring.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Dichtring 1 aus hartelastischem Thermoplastwerkstoff im ungespannten Zustand zwischen radial ebenen Laufflächen 21, 31 im ungespannten Zustand. Der Dichtring besteht wie der in Fig. 1 gezeigte Dichtring aus vier radial ebenen Ringmembranen. Diese sind jedoch so miteinander verbunden, daß sie zwei zum Flüssigkeitsraum hin offene Ringnuten und eine zum Außenraum hin offene Ringnut bilden. Die wirksame Fläche AB des Faltenbalgs ist gleich der von den Dichtkanten umschlossenen Fläche AK, der Dichtring ist somit druckneutral. Fig. 2 shows a seal ring 1 according to the invention of hard-elastic thermoplastic material in the unstressed state between radially flat running surfaces 21, 31 in the unstressed state. Like the sealing ring shown in FIG. 1, the sealing ring consists of four radially flat ring membranes. However, these are connected to one another in such a way that they form two annular grooves open to the liquid space and one annular groove open to the outer space. The effective area AB of the bellows is equal to the area AK enclosed by the sealing edges, the sealing ring is therefore pressure-neutral.
Der Dichtring weist Bereiche 15, 16 aus einem anderen Werkstoff auf, welche die Dichtkanten 11, 12 enthalten. Der Dichtring liegt einerseits mit einer ersten Dichtkante 11 an einer fest mit der Welle 2 verbundenen, radial ebenen Lauffläche 21 und andererseits mit einer zweiten Dichtkante 12 an einer fest mit dem Gehäuse 3 verbundenen, radial ebenen Lauffläche 31 dichtend an. Die Laufflächen zentrieren den Dichtring nicht. Ein fest mit dem Gehäuse 3 verbundenes Führungsteil 32 bildet mit dem Dichtring einen engen Führungsspalt 321.The sealing ring has areas 15 , 16 made of another material, which contain the sealing edges 11 , 12 . The sealing ring lies on the one hand with a first sealing edge 11 on a radially flat running surface 21 firmly connected to the shaft 2 and on the other hand with a second sealing edge 12 on a radially flat running surface 31 firmly connected to the housing 3 . The treads do not center the sealing ring. A guide part 32 fixedly connected to the housing 3 forms a narrow guide gap 321 with the sealing ring.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Dichtring 1, der als Metallfaltenbalg mit anvulkanisierten Dichtkantenbereichen 15, 16 aus einem Elastomerwerkstoff ausgeführt ist. Der Dichtring besteht aus sechs radial ebenen Ringmembranen 14, die zwei zur Flüssigkeitsseite offene Ringnuten und drei zur Außenseite offene Ringnuten bilden. In diesem Fall weisen die zum Außenraum offenen Ringnuten verschiedene Nutgrund-Durch messer auf. Für die wirksame Fläche des Faltenbalgs ist der größte Nutgrund-Durch messer DA maßgeblich. Fig. 3 zeigt ferner den Dichtkantendurchmesser DK, den inneren Balgdurchmesser DI, die Rotationssymmetrieachse 122 des Dichtrings sowie die Spiegelsymmetrieachse 17. Fig. 3 shows a sealing ring 1 according to the invention, which is designed as a metal bellows with vulcanized sealing edge regions 15 , 16 made of an elastomer material. The sealing ring consists of six radially flat ring membranes 14 , which form two ring grooves open to the liquid side and three ring grooves open to the outside. In this case, the ring grooves open to the outside have different groove base diameters. The largest groove base diameter DA is decisive for the effective area of the bellows. FIG. 3 also shows the sealing edge diameter DK, the inner bellows diameter DI, the rotational symmetry axis 122 of the sealing ring and the mirror symmetry axis 17 .
Fig. 4 zeigt ein einbaufertiges Pumpendichtsystem bestehend aus einem Dichtring 1 aus hartelastischem Thermoplastwerkstoff, einem mit der Welle 2 mittels Preßsitz dicht verbundenen Blechrotor 22 und einem mit dem Pumpengehäuse mittels Preßsitz dicht verbundenen Blechstator 3. Der Blechrotor 22 und der Blechstator 3 bilden zusammen das Gehäuse des Pumpendichtsystems und enthalten die Laufflächen 21, 31, die den Dichtring zentrieren und axial vorspannen. An die radial ebenen Bereiche der tiefgezogenen oder gestanzten Gehäuseteile 3, 22 schließen abgekantete Bereiche 23, 24, 35, 36 an, die den Blechteilen eine ausreichende Stabilität verleihen. Fig. 4 shows an installation-ready pump sealing system consisting of a sealing ring 1 of hard-elastic thermoplastic material, a tightly connected to the shaft 2 by means of a press fit laminated rotor 22, and a tightly connected to the pump housing by means of a press fit Blechstator. 3 The sheet metal rotor 22 and the sheet metal stator 3 together form the housing of the pump sealing system and contain the running surfaces 21 , 31 which center and axially pretension the sealing ring. The radially flat areas of the deep-drawn or stamped housing parts 3 , 22 are followed by bent areas 23 , 24 , 35 , 36 , which give the sheet metal parts sufficient stability.
Der in den Flüssigkeitsraum 4 hineinragende Bereich des Blechstators 3 ist entlang des Umfangs axial eingekerbt. Die dadurch entstehenden Blechzungen 34 sind wechselseitig zwischen 20° und 45° geschränkt und leiten die von der Drehung der Welle und des Dichtrings bewegte Flüssigkeit (Strömung v) unabhängig von der Drehrichtung der Welle zum Dichtring 1 und den Laufflächen 21, 31 zu und wieder ab (Strömung w). Dadurch wird die durch die Reibung zwischen den Dichtkanten und ihren Laufflächen entstehende Reibwärme besser abgeleitet.The area of the sheet metal stator 3 projecting into the liquid space 4 is axially notched along the circumference. The resulting sheet metal tongues 34 are mutually set between 20 ° and 45 ° and conduct the liquid moved by the rotation of the shaft and the sealing ring (flow v) independently of the direction of rotation of the shaft to the sealing ring 1 and the running surfaces 21 , 31 (Flow w). As a result, the frictional heat generated by the friction between the sealing edges and their running surfaces is better dissipated.
Claims (9)
0,8 < AK/AB < 1,5.9. Shaft seal according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the area AK enclosed by the sealing edges and the effective area AB of the bellows formed by the interconnected ring membranes has a value between 0.8 and 1.5:
0.8 <AK / AB <1.5.
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1995
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: FA. CARL FREUDENBERG, 69469 WEINHEIM, DE |
|
| 8381 | Inventor (new situation) |
Free format text: BOCK, EBERHARD, 70563 STUTTGART, DE |
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| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |