DE202007017783U1

DE202007017783U1 - The mechanical seal assembly

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Publication number: DE202007017783U1
Application number: DE202007017783U
Authority: DE
Original assignee: Burgmann Industries GmbH and Co KG
Current assignee: EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: WO2009077027A1

Abstract

Gleitringdichtungsanordnung mit einem beweglich relativ zu einem Montagebauteil (2) gehaltenen Gleitringelement (1) einer zusammenwirkenden Gleitringpaarung, einem Sekundärdichtungselement (5) aus einem flexiblen Material zur Abdichtung eines Ringspaltes zwischen dem Montagebauteil und dem Gleitringelement, einem zwischen dem Sekundärdichtungselement und dem Gleitringringelement angeordneten Stützringelement (12) zur Verhinderung eines Eindringens von Material des Sekundärdichtungselementes in den Ringspalt unter auf das Sekundärdichtungselement einwirkenden äusseren Kräften, und einer Vorspanneinrichtung zur Beaufschlagung des Gleitringelementes mit einer axialen Vorspannkraft, gekennzeichnet durch eine folienartige Zwischenlage (13) zwischen wenigstens einem Paar benachbarter, wenigstens das Gleitring- und Stützringelement umfassender Ringelemente (1, 10, 12), über die die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung auf das Gleitringelement übertragbar ist.The mechanical seal assembly with a movable held relative to a mounting member (2) Sliding ring element (1) of a cooperating sliding ring pairing, a Secondary sealing element (5) made of a flexible material for sealing an annular gap between the mounting member and the sliding ring element, an intermediate the secondary sealing element and the Gleitringringelement arranged support ring element (12) to prevent a penetration of material of the secondary sealing element in the Ring gap under the secondary sealing element acting outward forces and a biasing means for acting on the sliding ring element with an axial biasing force, characterized by a foil-like Intermediate layer (13) between at least one pair of adjacent, at least the Gleitring- and support ring element comprehensive ring elements (1, 10, 12) through which the biasing force of Biasing device can be transferred to the sliding ring element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie z.B. aus der DE 295 18 119 U bekannt ist.The invention relates to a mechanical seal assembly according to the preamble of claim 1, as for example from the DE 295 18 119 U is known.

Bei der bekannten Gleitringdichtungsanordnung ist ein Stützring aus einem Kunststoffmaterial unmittelbar in einer Aussparung eines Sekundärdichtungselementes aus elastischem Material aufgenommen, die einen Ringspalt zwischen einem rohrförmigen Führungsansatz eines Dichtungsgehäuses und einem davon axial beweglich gehaltenen Gleitring abzudichten vermag. Der unmittelbar vor dem Ringspalt angeordnete Stützring soll ein Eindringen von Material des Sekundärdichtungselementes in den Ringspalt verhindern. Bei einer ähnlich ausgebildeten anderen bekannten Anordnung ( WO 2004/046591 A ) besteht der Stützring aus einem Kohlenstoffmaterial. Gemeinsames Merkmal der bekannten Gleitringdichtungsanordnungen ist, das sich der Stützring unter darauf einwirkenden äusseren Kräften in eine feste Eingriffnahme mit der abzudichtenden Umfangsfläche des betreffenden Montagebauteils verformen kann, wodurch die axiale Beweglichkeit des Stützringes, zusätzlich zur Behinderung durch das Sekundärdichtungselement, weiter behindert wird. Zwar wird in der DE 295 18 119 U auch vorgeschlagen, für den Stützring zur Erhöhung seiner Steifigkeit ein metallisches Material zu verwenden, doch hat die Praxis gezeigt, dass hierdurch das Betriebsverhalten der Gleitringdichtungsanordnung ungünstig beeinträchtigt werden kann, insbesondere wenn solche Gleitringdichtungsanordnungen zum Einsatz bei hohen Temperaturen und hohen abzudichtenden Drücken ausgelegt sind.In the known mechanical seal assembly, a support ring made of a plastic material is received directly in a recess of a secondary sealing element made of elastic material, which is able to seal an annular gap between a tubular guide lug of a seal housing and one of them axially movably held seal ring. The support ring arranged immediately in front of the annular gap is intended to prevent penetration of material of the secondary sealing element into the annular gap. In a similarly constructed other known arrangement ( WO 2004/046591 A ) the support ring is made of a carbon material. A common feature of the known mechanical seal assemblies is that the support ring can deform under tight external forces into firm engagement with the peripheral surface of the component to be sealed, thereby further hindering the axial mobility of the support ring, in addition to being impeded by the secondary seal member. True, in the DE 295 18 119 U It has also been proposed to use a metallic material for the support ring to increase its rigidity, but practice has shown that this can adversely affect the performance of the mechanical seal assembly, especially when such mechanical seal assemblies are designed for use at high temperatures and high pressures to be sealed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringdichtungsanordnung der gattungsgemässen Art zu schaffen, die die Verwendung von Stützringen oder anderen eine Vorspannkraft auf den betreffenden Gleitring übertragenden Ringelementen aus steifen bis hochsteifen Materialien unterschiedlichster Art ohne Beeinträchtigung des Betriebsverhaltens in einem weiten Bereich von Temperaturen und Drücken ermöglicht.Of the Invention is based on the object, a mechanical seal assembly the generic Kind of creating, the use of support rings or other one Preload force on the respective sliding ring transmitting ring elements made of stiff to highly rigid materials of various kinds without impairment Operating performance in a wide range of temperatures and To press allows.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These The object is solved by the features of claim 1.

Ein Merkmal der Erfindung ist, dass der den Ringspalt abschirmende Stützring aus einem hochsteifen Material, z.B. WC, bestehen kann, wodurch einerseits einem Eindringen von Kunststoffmaterial in den Ringspalt wirksam begegnet wird, während andererseits das Stützelement freie axiale Beweglichkeit auch bei hohen Temperaturen beibehält. Dies ist möglich, da durch das Vorsehen einer folienartigen Pufferzwischenlage, die aus einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise PEEK, bestehen kann, zwischen dem Gleitring und dem Stützring, der vorzugsweise aus einem karbidischen Material wie SiC besteht, die unterschiedliche Wärmedehnung der Materialpaarung sich nicht unmittelbar auf die Lageausrichtung des Gleitringes und das Betriebsverhaltenverhalten der Gleitringdichtungsanordnung auswirken kann. Thermisch bedingte Scherspannungen zwischen den Bauteilen treten nicht auf, sondern werden in der Zwischenschicht abgefangen, zumal die Zwischenschicht bei Verwendung geeigneter Kunststoffmaterialien ein zu Verwerfungen führendes Anhaften der damit in Eingriff stehenden Bauteile verhindert, so dass diese sich ungehindert radial ausdehnen können. Bezüglich vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung kann auf die Ansprüche verwiesen werden.One Feature of the invention is that of the annular gap shielding support ring a highly rigid material, e.g. WC, can exist, on the one hand penetration of plastic material in the annular gap effectively is encountered while on the other hand, the support element maintains free axial mobility even at high temperatures. This is possible, da by the provision of a film-like buffer liner, the may consist of a plastic material, preferably PEEK, between the slip ring and the support ring, preferably made of a carbide material such as SiC, the different thermal expansion The material pairing is not directly on the position alignment of Sliding ring and the operating behavior of the mechanical seal assembly can affect. Thermal shear stresses between the components do not occur, but are intercepted in the interlayer, especially the intermediate layer when using suitable plastic materials a dislocation leader Adhering the thus engaged components prevented, so that they can expand radially without hindrance. With regard to advantageous developments The invention is capable of the claims to get expelled.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to embodiments and the drawings explained in more detail. It demonstrate:

1 in längsgeschnittener Ansicht einen Teil einer erfindungsgemäss aufgebauten Gleitringdichtungsanordnung gemäss einer Ausführungsform der Erfindung, und 1 in a longitudinal sectional view of a part of a constructed according to the invention mechanical seal assembly according to an embodiment of the invention, and

2 in einer Ansicht ähnlich 1 eine Gleitringdichtungsanordnung gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 2 similar in a view 1 a mechanical seal assembly according to another embodiment of the invention.

Der grundsätzliche Aufbau einer Gleitringdichtungsanordnung ist dem Fachmann bekannt, so dass sich eine nähere diesbezügliche Erläuterung erübrigt. An dieser Stelle reicht es aus, darauf hinzuweisen, dass die Gleitringdichtungsanordnung wenigstens ein Paar zusammenwirkender Gleitringe umfasst, von denen einer zur gemeinsamen Drehung mit einem rotierenden Bauteil, z.B. der Antriebswelle einer Gerätschaft, vorgesehen und der andere drehfest an einem stationären Gehäuse gehalten ist. Einer der Gleitringe, vorzugsweise der drehfeste Gleitring, ist in Bezug auf das ihn haltende Bauteil (Gehäuse) axial beweglich und wird mit einer Vorspannkraft axial beaufschlagt, so dass der axial bewegliche Gleitring in Richtung auf den anderen Gleitring vorgespannt ist, um zusammenwirkende Dichtflächen der Gleitringe bei Stillstand oder beim An- oder Abfahren der Gerätschaft in ausreichendem dichtenden Eingriff miteinander zu halten. Beim Betrieb dagegen bildet sich zwischen den Dichtflächen ein mediumgefüllter Dichtspalt, dessen Spaltweite unter den herrschenden Umgebungsbedingungen (Druck, Temperatur, etc.) gewissen Änderungen unterworfen ist, denen der betreffende Gleitring durch axiale Bewegung Rechnung tragen kann.Of the fundamental Construction of a mechanical seal arrangement is known to the person skilled in the art, so that a closer in this regard explanation unnecessary. At this point it is sufficient to point out that the mechanical seal assembly comprises at least one pair of cooperating seal rings, of which one for common rotation with a rotating component, e.g. the drive shaft of a device, provided and the other rotatably held on a stationary housing is. One of the sliding rings, preferably the non-rotatable sliding ring, is axially movable with respect to the component (housing) holding it subjected to a biasing force axially, so that the axially movable sliding ring is biased towards the other slip ring to cooperate sealing surfaces the sliding rings at standstill or when starting or stopping the equipment to hold in sufficient sealing engagement with each other. At the In contrast, a medium-filled sealing gap forms between the sealing surfaces, whose gap width under the prevailing environmental conditions (pressure, Temperature, etc.) certain changes is subjected to which the relevant sliding ring by axial movement bill can carry.

1 zeigt den axial beweglichen Gleitring 1, wobei die axiale Beweglichkeit durch den Pfeil P angedeutet ist. Mit dem Bezugszeichen 2 ist ein rohrförmiger Ansatz eines Dichtungsgehäuses (nicht gezeigt) angedeutet, auf dem der Gleitring 1 axial beweglich aufgesetzt ist. Der rohrförmige Ansatz 2 hat eine äussere Umfangsfläche 3, die von einer inneren Umfangsfläche 4 des Gleitringes 1 mit radialem Abstand aussen umfasst ist. 1 shows the axially movable seal ring 1 , wherein the axial mobility is indicated by the arrow P. With the reference number 2 is a tubular approach of a seal housing (not shown) indicated on which the slip ring 1 axially be is placed movably. The tubular approach 2 has an outer peripheral surface 3 coming from an inner peripheral surface 4 of the sliding ring 1 is included with radial distance outside.

Mit dem allgemeinen Bezugszeichen 5 ist ein Sekundärdichtungselement bezeichnet, das einen Raum A der Gleitringdichtungsanordnung gegenüber einem Raum B abdichtet, wobei gleichzeitig der Gleitring 1 eine axiale Bewegung relativ zum Gehäuseansatz 2 vornehmen kann.With the general reference number 5 a secondary sealing element is referred to, which seals a space A of the mechanical seal assembly with respect to a space B, wherein at the same time the sliding ring 1 an axial movement relative to the housing approach 2 can make.

Das Sekundärdichtungselement 5 ist ein ringförmiges Bauteil aus einem elastischen Material wie einem Elastomer mit grundsätzlich U-förmigem Querschnitt mit ei nem Paar Schenkelbereiche 6, 7 und einem die Schenkelbereiche an deren einen bzw. inneren Enden miteinander verbindenden Stegbereich 8. Die Schenkelbereiche 6, 7 liegen mit ihren äusseren Umfangsflächen dichtend an den benachbarten Umfangsflächen des Gehäuseansatzes 2 bzw. eines axial beweglich darauf aufgesetzten Kraftübertragungsringes 10 an, an dem das Sekundärdichtungselement 5 über dessen Stegbereich 8 in geeigneter Weise, vorzugsweise formschlüssig gehalten ist.The secondary sealing element 5 is an annular member made of an elastic material such as an elastomer having a generally U-shaped cross-section with egg nem pair of leg portions 6 . 7 and a web region interconnecting the leg regions at their one or inner ends 8th , The leg areas 6 . 7 lie with their outer peripheral surfaces sealingly on the adjacent peripheral surfaces of the housing approach 2 or an axially movably mounted thereon power transmission ring 10 at which the secondary sealing element 5 over the bridge area 8th is held in a suitable manner, preferably a positive fit.

Ebenfalls axial beweglich ist auf dem Gehäuseansatz 2 nahe der benachbarten Stirnseite 11 des Gleitringes 1 ein Stützring 12 angeordnet, dessen Aufgabe es ist, eine Extrusion von Material des Sekundärdichtungselementes 5 in einen Ringspalt zwischen der inneren Umfangsfläche 4 des Gleitringes 1 und der äusseren Umfangsfläche 3 des Gehäuseansatzes 2 zu verhindern.Also axially movable on the housing approach 2 near the neighboring front 11 of the sliding ring 1 a support ring 12 whose object is an extrusion of material of the secondary sealing element 5 in an annular gap between the inner peripheral surface 4 of the sliding ring 1 and the outer peripheral surface 3 of the housing approach 2 to prevent.

Eine nicht gezeigte Vorspanneinrichtung ist vorgesehen, um über den Kraftübertragungsring 10, das Sekundärdichtungselement 5 und den Stützring 12 auf den Gleitring 1 eine axiale Vorspannkraft auszuüben, um dessen Dichtfläche in dichtendem Eingriff mit einer damit zusammenwirkenden gegenüberliegenden Dichtfläche des rotierenden Gleitringes (nicht gezeigt) zu beaufschlagen.A biasing means, not shown, is provided to over the power transmission ring 10 , the secondary sealing element 5 and the support ring 12 on the slip ring 1 to exert an axial biasing force to urge its sealing surface into sealing engagement with a cooperating opposing sealing surface of the rotating seal ring (not shown).

Erfindungsgemäss ist der Stützring 12 vorzugsweise ein steifes scheibenförmiges Sinterteil aus einem karbidischen Material, wie WC (Wolframcarbid). Dagegen ist bevorzugtes Material für den Gleitring 1 SiC (Siliciumcarbid). Bei einer derartigen Materialkombination von Gleitring 1 und Stützring 12 können bei hohen Temperaturen und insbesondere unter hohen mechanischen Beanspruchungen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit der Materialkombination unterschiedliche radiale Wärmedehnungen auftreten, die zu Scherbeanspruchungen zwischen den Teilen führen, wenn der Stützring 12 unmittelbar an der benachbarten Stirnfläche 11 des Gleitringes 1 anliegen würde. Diese Scherbeanspruchungen können zu Verwerfungen des Gleitringes 1 führen und damit die Konfiguration des Dichtspaltes zwischen den zusammenwirkenden Dichtflächen der Gleitringe verändern, was wiederum erhöhte Leckage und/oder erhöhten Verschleiss der Dichtflächen zur Folge haben kann.According to the invention, the support ring 12 preferably a rigid disk-shaped sintered part made of a carbide material, such as WC (tungsten carbide). By contrast, preferred material for the slip ring 1 SiC (silicon carbide). In such a combination of material of sliding ring 1 and support ring 12 can occur at high temperatures and especially under high mechanical stresses due to the different thermal conductivity of the material combination different radial thermal expansion, which lead to shear stresses between the parts when the support ring 12 directly on the adjacent end face 11 of the sliding ring 1 would be present. These shearing stresses can lead to distortions of the slip ring 1 lead and thus change the configuration of the sealing gap between the cooperating sealing surfaces of the seal rings, which in turn may result in increased leakage and / or increased wear of the sealing surfaces.

Diese Wirkungen werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass zwischen dem Stützring 12 und der benachbarten Stirnfläche 11 des Gleitringes 1 eine folienartige Zwischenlage in Gestalt eines, dünnwandigen ringförmigen Scheibenelementes 13 aus einem elastischen Material, vorzugsweise einem Kunststoffmaterial, angeordnet ist. Obschon andere Kunststoffmaterialien für das Scheibenelement 13 verwendet werden könnten, ist bevorzugtes Kunststoffmaterial PEEK (Polyetheretherketon). Das Scheibenelement 13 sollte vorzugsweise eine Wandstärke im Bereich von 0,005 bis 0,1 mm haben, doch können, wenn erwünscht, auch andere geeignete Wandstärke vorgesehen werden. Die radialen Abmessungen des Scheibenelementes 13 können im Wesentlichen denen des Stützringes 12 entsprechen. Wenn erwünscht, kann das Scheibenelement 13 jedoch auch eine geringere radiale Aussenabmessung als die des Stützringes 12 haben.These effects are inventively avoided by the fact that between the support ring 12 and the adjacent end face 11 of the sliding ring 1 a film-like intermediate layer in the form of a thin-walled annular disk element 13 made of an elastic material, preferably a plastic material. Although other plastic materials for the disc element 13 could be used is preferred plastic material PEEK (polyetheretherketone). The disc element 13 should preferably have a wall thickness in the range of 0.005 to 0.1 mm, but if desired, other suitable wall thickness may be provided. The radial dimensions of the disc element 13 can essentially those of the support ring 12 correspond. If desired, the disc element 13 but also a smaller radial outer dimension than that of the support ring 12 to have.

Das Scheibenelement 13 wirkt aufgrund seiner geringen Wandstärke in der Kraftübertragungsfunktion ähnlich wie ein unmittelbar an der Stirnfläche 11 des Gleitringes 1 anliegender steifer Stützring 12. Es verhindert jedoch wirksam, dass eine unterschiedliche radiale Ausdehnung des Stützrings 12 gegenüber dem Gleitring 1 sich unmittelbar auf dessen gewünschter Lageausrichtung ungünstig auswirken kann. Das Scheibenelement 13 wirkt somit wie ein Puffer zwischen dem Stützring 12 und dem Gleitring 1, wobei der steife Stützring 12 gewährleistet, dass kein Material des Sekundärdichtungselementes 5 in den besagten Ringspalt eindringen kann und der Stützring 12 selbst unter allen Betriebsbedingungen frei axial beweglich bleibt.The disc element 13 Due to its small wall thickness in the power transmission function, it acts similarly to one directly on the end face 11 of the sliding ring 1 fitted rigid support ring 12 , However, it effectively prevents a different radial extent of the support ring 12 opposite the sliding ring 1 can have an adverse effect directly on the desired position alignment. The disc element 13 thus acts as a buffer between the support ring 12 and the slip ring 1 , where the rigid support ring 12 ensures that no material of the secondary sealing element 5 can penetrate into said annular gap and the support ring 12 remains free to move axially even under all operating conditions.

Die in 1 gezeigte Ausführungsform hat besondere Eignung in Fällen, bei denen das Wärmeausdehnungsverhalten des Stützringes 12 sich deutlich von dem des Gleitringes 1 unterscheidet. Sofern der Stützring 12 und der Gleitring 1 aus Materialien mit gleichen oder annähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, je doch der Kraftübertragungsring 10 gegenüber dem Stützring 12 ein deutlich unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten zeigt, wäre das Scheibenelement 13 zwischen dem Stützring 12 und dem Kraftübertragungsring 10 anzuordnen, wie dies in 2 gezeigt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine dem Stützring 12 zugewandte Stirnfläche des Sekundärdichtungselementes 5 am Scheibenelement 13 anliegt. Es versteht sich ferner, dass, wenn erwünscht, ein erfindungsgemässes Scheibenelement 13 zusätzlich zwischen dem Stützring 12 und Gleitring 1 vorgesehen sein könnte, wenn sämtliche benachbarten Ringelemente 1, 10, 12 Paarungen mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungsverhalten bilden.In the 1 embodiment shown has particular suitability in cases where the thermal expansion behavior of the support ring 12 significantly different from that of the slip ring 1 different. If the support ring 12 and the slip ring 1 consist of materials with the same or approximately the same coefficients of thermal expansion, depending but the power transmission ring 10 opposite the support ring 12 shows a significantly different thermal expansion behavior, would be the disc element 13 between the support ring 12 and the power transmission ring 10 to arrange, as in 2 is shown. It can be provided that the support ring 12 facing end face of the secondary sealing element 5 on the disk element 13 is applied. It is further understood that, if desired, a disc element according to the invention 13 in addition between the support ring 12 and slip ring 1 be provided could if all the adjacent ring elements 1 . 10 . 12 Form pairings with different thermal expansion behavior.

Obschon die Erfindung vorausgehend anhand einer Gleitringdichtungsanordnung beschrieben wurde, bei der axial bewegliche Gleitring an einem stationären Montagebauteil gehalten ist, könnte die axiale Beweglichkeit auch an rotierenden Gleitring vorgesehen sein. Zwar werden die vorgenannten Materialien und Materialpaarungen bevorzugt, doch ist hierin keine Einschränkung der Erfindung zu sehen.Although the invention previously based on a mechanical seal assembly has been described in the axially movable sliding ring on a stationary mounting component held, could the axial mobility can also be provided on rotating seal. Although the aforementioned materials and material combinations are preferred, but this is not a limitation to see the invention.

Claims

Mechanical seal assembly with a movable relative to a mounting component ( 2 ) held sliding ring element ( 1 ) a cooperating seal ring pair, a secondary sealing element ( 5 ) of a flexible material for sealing an annular gap between the mounting member and the sliding ring member, a disposed between the secondary sealing member and the Gleitringringelement support ring element ( 12 ) for preventing penetration of material of the secondary sealing element in the annular gap under the outer forces acting on the secondary sealing element, and a biasing device for acting on the Gleitringelementes with an axial biasing force, characterized by a foil-like intermediate layer ( 13 ) between at least one pair of adjacent ring elements (at least the slip ring and support ring element) ( 1 . 10 . 12 ), via which the biasing force of the biasing device is transferable to the sliding ring member.

Sliding ring arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the intermediate layer is an annular disc element ( 13 ).

Mechanical seal arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate layer ( 13 ) is formed of a plastic material, preferably PEEK.

Mechanical seal arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate layer ( 13 ) has a wall thickness in the range of 5 to 100 microns.

Mechanical seal arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the at least one pair of ring elements materials with different thermal expansion behavior includes.

Mechanical seal assembly according to claim 5, characterized characterized in that one of the materials SiC and the other WC includes.

Mechanical seal arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that as a further ring element a force transmission ring element ( 10 ) is provided.

Mechanical seal assembly according to claim 7, characterized in that the power transmission ring element ( 10 ) Carrier of the secondary sealing element ( 5 ).