DE3531237C1 - Sealed connection - Google Patents

Sealed connection

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DE3531237C1
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Michael Dipl-Ing Ostkaemper
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Schwing Hydraulik Elektronik GmbH and Co
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Schwing Hydraulik Elektronik GmbH and Co
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Abstract

In a sealed connection between two structural elements, one of which performs a rotary motion relative to the other, e.g. a housing and a shaft mounted therein, comprising sealing elements which are passed in a ring around the rotating structural elements and are embedded in grooves of at least one seal carrier ring which, for its part, is embedded in an annular recess in the stationary structural element, the invention provides that the seal carrier ring be mounted in axially displaceable fashion on the rotating structural element, on bearings arranged in the region of the two ends of the seal carrier ring and that interspaces be provided between the end faces and that surface of the seal carrier ring which faces the stationary structural element and the stationary structural element, which interspaces can be supplied with lubricant, and the seal carrier ring is connected to the stationary structural element via elastically deformable dynamic sealing elements which are arranged in the upper region of the end faces of the seal carrier ring.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a seal connection according to the preamble of claim 1.

Derartige Dichtungsverbindungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, sind jedoch unverschieb­ bar im stehenden Bauteil eingebettet. Die Einsatz­ möglichkeiten derartiger Dichtungen sind jedoch durch Temperatur- und Druckeinsatzgrenzen, eine Gleitgeschwindigkeitsgrenze sowie durch ein Druck- Gleitgeschwindigkeitsprodukt als maximale Einsatz­ grenzen eingeschränkt. Diese Grenzen können im praktischen Betrieb zumeist eingehalten werden, jedoch sind die sich aus der Dichtungsverformung ergebenden Einsatzgrenzen von größerer Bedeutung. Um die mechanischen Beanspruchungen der Dichtungs­ kanten, bedingt durch Fluchtungsfehler von stehendem und rotierendem Bauteil, wie Gehäuse und Welle (Achse), Parallelitätsfehlern der Rotationsachsen, Konzentrizitäts- und Winkel­ fehlern infolge von Fertigungsabweichungen und mechanischen und thermischen Belastungen zu mindern, bedarf es einer höheren Flexibilität der Rotationsdichtungen.Such seal connections are from the Known in the prior art, however, are immovable embedded in the standing component. The stake However, such seals are possible through temperature and pressure limits, a Sliding speed limit and by a pressure Sliding speed product as maximum use limits. These limits can be practical operation is mostly observed, however, these are due to the seal deformation resulting application limits of greater importance. To the mechanical stresses of the seal edges due to misalignment of stationary and rotating component, such as housing and shaft (axis), parallelism errors of the Rotation axes, concentricity and angles errors due to manufacturing deviations and reduce mechanical and thermal loads, a higher degree of flexibility is required Rotary seals.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsverbindung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die angesprochene höhere Flexibilität bei den Rotationsdichtungen erreicht wird.The invention is therefore based on the object a seal connection of the aforementioned Kind in such a way that the addressed higher Flexibility in rotary seals achieved becomes.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1 vor. The invention proposes to achieve this object the features of claim 1.  

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Eingebettet in die Segmente des stehenden Bau­ elementes, z. B. eines Gehäuses, befindet sich der gegen dieses abgedichtete und verschieblich gelagerte Dichtungsträgerring, der über die Dichtungs-Bewegungselemente mit den Gehäuseseg­ menten verbunden ist. Der Dichtungsträgerring trägt nun seinerseits die mechanisch und thermisch beanspruchten Dichtelemente, die es ermöglichen, durch quer gebohrte Löcher in den Trägerring eine Drehdurchführung zu realisieren. Die Einbettung der Dichtungs-Bewegungselemente im Trägerring kann als Radialdichtung erfolgen. Ein Einbau als Axialdichtungselement ist jedoch von Vorteil, da die Dichtungshersteller für die Dichtungs-Bewegungselemente größere Zwischenräume zwischen Gehäuse und Stirnflächen des Trägerrings erlauben. Die Zwischenräume werden auch Extrusions­ spalte genannt.Embedded in the segments of the standing construction element, e.g. B. a housing is located the sealed against this and movable mounted seal carrier ring, which over the Sealing movement elements with the housing web ment is connected. The seal carrier ring now bears the mechanical and thermally stressed sealing elements that it allow through cross drilled holes in the Carrier ring to realize a rotating union. The embedding of the sealing movement elements in the carrier ring can be a radial seal. Installation as an axial sealing element is, however advantageous because the seal manufacturers for the Sealing movement elements larger gaps between the housing and the end faces of the carrier ring allow. The gaps are also extrusion called column.

Die Verschieblichkeit der Dichtungsträgerringe hängt von den konstruktiv realisierbaren Extrusionsspalten ab. Es ist möglich, die Spalt­ weite in Abhängigkeit von der gegebenen Temperatur und den mechanischen Beanspruchungen, sowie den Dichtungsparametern wie Dichtungsform und -dimension, Dichtungswerkstoff und Druckbean­ spruchung in Abstimmung mit den Anforderungen und Möglichkeiten der Dichtungsringe zu bestimmen. The movability of the seal carrier rings depends on the constructively realizable Extrusion gaps. It is possible the gap width depending on the given temperature and the mechanical stresses, as well as the Sealing parameters such as seal shape and -dimension, sealing material and pressure bean according to the requirements and Determine possibilities of the sealing rings.  

Die Selbstzentrierung der Dichtungsträgerringe und somit der Dichtungsringe erfolgt über Lager, die über hydrodynamischen Schmierfilm des in den Kanälen, im Gehäuse und im Trägerring befindlichen Schmiermittels gegenüber der Welle zentriert sind. Auf dem Umfang des Trägerringes verteilte Ent­ lastungsbohrungen sorgen für die Schmiermittel­ zirkulation und Kühlung für die Dichtungs-Bewegungs­ elemente, sowie für die Leckölabfuhr von den Ring­ dichtungen. Durch die äußere Umspülung der Ring­ dichtungen ist eine zusätzliche thermische Ent­ lastung derselben gegeben.The self-centering of the seal carrier rings and thus the sealing rings take place via bearings, the over hydrodynamic lubricating film of the in the Channels, in the housing and in the carrier ring Lubricant are centered against the shaft. Ent distributed over the circumference of the carrier ring Load holes provide the lubricants circulation and cooling for the sealing movement elements, as well as for the drainage of oil from the ring seals. Due to the external washing around the ring seals is an additional thermal Ent given the same.

Das nun durch die Rotation der Welle bzw. durch das Gehäuse wirkende Drehmoment aus der hydro­ dynamischen Reibung wird durch die Dichtungs- Bewegungselemente aufgenommen. Bei entsprechender Auslegung ist keine zusätzliche Verdrehsicherung erforderlich. Auf die Dichtungs-Bewegungselemente wirken somit das Reibmoment von Ringdichtung und Lager sowie der Druck des Schmiermittels in den Zwischenräumen zwischen Gehäuse und Trägerring. Weiterhin nehmen die Dichtungs-Bewegungselemente die Radialkräfte der Ringdichtungen durch elastische Verformung auf. Somit kann gewähr­ leistet werden, daß die Verformung der Ringdichtungen innerhalb der zulässigen Grenzen gehalten wird und eine Erhöhung der Lebensdauer derselben erfolgt sowie eine Verbesserung der Dichtigkeit (auch im statischen Zustand). Es ist auch möglich, das Rotationsdichtsystem mit einer Hoch- und einer Niederdruckstufe auszubilden, wie es zur Betätigung von z. B. einseitig federbetätigten, hydraulisch order pneumatisch arbeitenden Strömungswiderstands­ variationen eingesetzt werden kann. Derartige Variationen sind z. B. in Zielbohrstangen einge­ baute Drosselventile, die einer Spülflüssigkeits­ strömung im Bohrgestänge Druckpulsfolgen auf­ prägen, die zur Überwachung und Steuerung der Zielbohrstange in elektrische Signale umgewandelt werden.Now by the rotation of the shaft or by the torque acting from the hydro dynamic friction is caused by the sealing Movement elements added. With appropriate Design is not an additional anti-rotation lock required. On the sealing movement elements thus act the frictional torque of the ring seal and Bearings as well as the pressure of the lubricant in the Gaps between housing and carrier ring. Furthermore, the sealing movement elements take the radial forces of the ring seals elastic deformation. Thus, can be guaranteed be achieved that the deformation of the ring seals is kept within the permissible limits and the lifespan of the same increases as well as an improvement in tightness (also in static condition). It is also possible that Rotary sealing system with one high and one Train low pressure level as it is for actuation from Z. B. one-sided spring operated, hydraulic  or pneumatically working flow resistance variations can be used. Such Variations are e.g. B. inserted in target boring bars built throttle valves that are a flushing fluid flow in the drill pipe shape that to monitor and control the Target boring bar converted into electrical signals will.

Bei einer Anordnung gemäß Anspruch 2, wobei z. B. zwei Rotationsdichtsysteme gleicher Druckstufe hintereinander angeordnet sind, ist durch die Verdopplung der Extrusionsspalte eine größere radiale Verschieblichkeit und Schiefstellung mög­ lich. Jeder Ring ist für sich selbst außerdem kraftkompensiert, leckölentlastet und gekühlt. Die Ringe arbeiten in axialer und radialer Richtung unabhängig voneinander.In an arrangement according to claim 2, wherein e.g. B. two rotary sealing systems with the same pressure rating are arranged one behind the other is by the Double the extrusion gap a larger one radial displacement and misalignment possible Lich. Each ring is for itself as well Force-compensated, leak oil-relieved and cooled. The rings work in the axial and radial directions independently of each other.

Die Ansprüche 3 bis 5 schlagen verschiedene vor­ teilhafte Lagerarten für die Trägerringe vor. Die praktikabelste Lösung ist dabei jedoch die reguläre Gleitlagerung. Auf dem Trägerring ist eine Gleitschicht für Gleitlager aufgebracht, die über hydrodynamischen Schmierfilm gegenüber der Welle zentriert ist.Claims 3 to 5 propose various partial types of bearings for the carrier rings. However, the most practical solution is that regular plain bearing. On the carrier ring is applied a sliding layer for plain bearings, the over hydrodynamic lubricating film compared to the Shaft is centered.

Ausführungsformen sowie weitere Vorteile der Erfindung sind im folgenden anhand einer Zeichnung dargestellt und näher beschrieben. Es zeigt Embodiments and other advantages of Invention are in the following with reference to a drawing shown and described in more detail. It shows  

Fig. 1 Dichtungsverbindung mit einem zwei­ stufigen Trägerring im Querschnitt, Fig. 1 seal connection with a two-stage carrier ring in cross-section,

Fig. 2 Dichtungsverbindung mit zwei hinterein­ ander angeordneten Trägerringen im Quer­ schnitt. Fig. 2 seal connection with two consecutively arranged carrier rings in cross section.

In der Zeichnung ist ein Gehäuse 1 dargestellt, in dem drehbar eine Welle 2 gelagert ist. In der Fig. 1 ist auf der Welle 2 eine allgemein mit 3 bezeichnete Dichtungsverbindung dargestellt, die aus einem Dichtungsträgerring 4 und darin einge­ betteten Ringdichtungen 5, 6, 7 aus gummielastischen und gewebegestütztem Material bestehen. Der Dichtungs­ trägerring 4 ist in axialer Richtung zweistufig aus­ gebildet, wobei die niedrige Stufe 8 die Ring­ dichtung 7 und die höhere Stufe 9 die Ringdichtungen 5 und 6 aufweist. Die Ringdichtungen 5 und 7 liegen auf der Welle 2 auf und sind in ringförmigen Aus­ sparungen 10 und 12 im Trägerring 4 untergebracht, wobei sich die Ringdichtungen über Lippen 13 sowohl auf der Welle 2 als auch im Trägerring 4 abstützen. Der Dichtungsträgerring ist auf der Welle 2 mit Hilfe von Gleitlagern 14 und 15 gelagert, so daß zwischen den Gleitlagern 14 und 15, zwischen Trägerring 4 und Welle 2 ein Zwischenraum 16 verbleibt. Zwischen den Stirnflächen 17, 18 und 19 des Trägerringes 4 und den Seitenwänden der Gehäuseaussparung sind Spalten 20, 21 und 22 vorgesehen, die auch als Extrusions­ spalte SK bezeichnet werden. Die Oberfläche des Trägerringes 4, die der Welle 2 abgewandt ist und die ihr gegenüberliegende Gehäusewand bilden ebenfalles einen Zwischenraum 23 und 24. Links und rechts des Trägerringes 4 verbleibt zwischen Welle 2 und Gehäuse 1 ein die Welle 2 umgebender Ringraum 25. In dem Trägerring 4 sind Querbohrungen 26 und 27 vorgesehen. Die Querbohrung 26 verbindet den Ringraum 25 mit dem Zwischenraum 16 derart, daß die Mündung der Bohrung 26 zwischen dem Gleit­ lager 14 und der Ringdichtung 5 gelegen ist. Die Bohrung 27 dient als Entlastungsbohrung. Weiterhin verfügt der Trägerring 4 über Radial­ bohrungen 37 und 28, die mit Bohrungen 29 und 30 in der Welle verbunden sind. Seitlich ist der Trägerring 4 gegen das Gehäuse 1 mit Dichtungs- Bewegungselementen 31 und 33 abgestützt und abge­ dichtet. Die Zwischenräume 23 und 24 sind als Druckräume p₃ und p₄ ausgebildet, wobei in Fig. 1 der Druckraum p₃ als Hochdruck- und der Druckraum p₄ als Niederdruckraum bezeichnet werden kann. Die Zwischenräume 25, 26, 23, 16 und 24 sind mit einem Schmiermittel beaufschlagt, welches über die Bohrungen 26, 27, 28 die Gleitlager und damit die Ringdichtungen 5, 6 und 7 zentriert und zur Kühlung der Dichtungs-Bewegungselemente 31 bis 33 dient. Die Bohrungen 26, 27, 28 dienen weiterhin der Schmiermittelzirkulation sowie für die Lecköl­ abfuhr von den Dichtungsringen 5, 6 und 7. Der Trägerring 4 ist über seine Flächenverhältnisse axialkraftkompensiert für die Druckbeaufschlagung. Der Druckraum 24 ist annähernd drucklos und nimmt Druckmittel und Schmiermittel für das Gleitlager 15 auf, wobei die Dimensionierung des Träger­ ringes 4 so ausgebildet ist, daß bei einer Druck­ beaufschlagung von Raum 24 keine zu große Er­ weiterung des Spaltes 22 eintritt und so der Raum 23 über das Element 32 undicht wird.In the drawing, a housing 1 is shown, in which a shaft 2 is rotatably mounted. In Fig. 1 on the shaft 2, a generally designated 3 seal connection is shown, which consist of a seal carrier ring 4 and embedded ring seals 5, 6, 7 made of rubber-elastic and fabric-supported material. The seal carrier ring 4 is formed in two stages in the axial direction, the low stage 8, the ring seal 7 and the higher stage 9, the ring seals 5 and 6 . The ring seals 5 and 7 rest on the shaft 2 and are housed in annular savings 10 and 12 in the carrier ring 4 , the ring seals being supported by lips 13 both on the shaft 2 and in the carrier ring 4 . The seal carrier ring is mounted on the shaft 2 with the aid of slide bearings 14 and 15 , so that an intermediate space 16 remains between the slide bearings 14 and 15 , between the carrier ring 4 and the shaft 2 . Between the end faces 17, 18 and 19 of the carrier ring 4 and the side walls of the housing recess, columns 20, 21 and 22 are provided, which are also referred to as extrusion columns SK . The surface of the carrier ring 4 which faces away from the shaft 2 and the housing wall opposite it likewise form an intermediate space 23 and 24 . To the left and right of the carrier ring 4 , an annular space 25 surrounding the shaft 2 remains between the shaft 2 and the housing 1 . Cross bores 26 and 27 are provided in the carrier ring 4 . The transverse bore 26 connects the annular space 25 with the intermediate space 16 in such a way that the mouth of the bore 26 is located between the sliding bearing 14 and the annular seal 5 . The bore 27 serves as a relief bore. Furthermore, the carrier ring 4 has radial bores 37 and 28 which are connected to bores 29 and 30 in the shaft. Laterally, the support ring 4 is supported and sealed against the housing 1 with sealing movement elements 31 and 33 . The spaces 23 and 24 are formed as pressure spaces p ₃ and p ₄, in which the pressure space p ₃ can be referred to as high pressure and the pressure space p ₄ in Fig. 1 as a low pressure space. The intermediate spaces 25, 26, 23, 16 and 24 are acted upon by a lubricant which centers the slide bearings and thus the ring seals 5, 6 and 7 via the bores 26, 27, 28 and serves to cool the sealing movement elements 31 to 33 . The bores 26, 27, 28 continue to serve the lubricant circulation and for the leakage of oil from the sealing rings 5, 6 and 7 . The carrier ring 4 is axially compensated for the pressurization via its area ratios. The pressure chamber 24 is approximately depressurized and takes up pressure medium and lubricant for the slide bearing 15 , the dimensioning of the carrier ring 4 being designed such that when pressure is exerted on the chamber 24 no excessive widening of the gap 22 occurs and thus the chamber 23 is leaking through the element 32 .

In Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen wie in Fig. 1 gekennzeichnet. Bei dem dort dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf der Welle 2 im Gehäuse 1 zwei gleiche Trägerringe 4′ und 4′′ ange­ ordnet. Die Trägerringe 4′ und 4′′ sind im Quer­ schnitt rechteckig ausgebildet. Jeder der Trägerringe 4′ und 4′′ führt zwei Ringdichtungen 5 und 6. Die Dichtungsverbindungen 3 sind symmetrisch aufgebaut und verfügen über die gleichen Bauelemente und Aus­ gestaltungen wie der Verbindungsteil, der in Fig. 1 links vom Kanal 29 dargestellt ist. Beide Ver­ bindungen 3 in Fig. 2 weisen die gleiche Druck­ stufe auf: P₁ = P₂. Jeder Dichtungsträgerring 4′ und 4′′ verfügt über paarweise angeordnete Dichtungs- Bewegungselemente 31, die mit zweimal der Spaltbreite SK eine radiale Verschieblichkeit und Schiefstellung erlauben. Jeder Trägerring 4′ und 4′′ ist für sich axialkraftkompensiert, leckölentlastet und gekühlt. Die Trägerringe arbeiten in axialer und radialer Richtung unabhängig voneinander. Die Schmierung der Dichtungs-Bewegungselemente erfolgt über die Räume 23 und 25, die Kraftentlastung der Dichtungsringe 5 und 6 erfolgt über die elastische Verformung des Dichtungs-Bewegungselementes 31 bzw. durch Gleiten der Dichtungs-Bewegungselemente 31 auf den Gehäuse­ wandungen.In Fig. 2, the same parts with the same reference characters as in Fig. 1 are marked. In the embodiment shown there, two identical carrier rings 4 ' and 4'' are arranged on the shaft 2 in the housing 1 . The carrier rings 4 ' and 4'' are rectangular in cross section. Each of the carrier rings 4 ' and 4'' leads two ring seals 5 and 6 . The seal connections 3 are constructed symmetrically and have the same components and designs from as the connecting part, which is shown in Fig. 1 to the left of the channel 29 . Both Ver connections 3 in Fig. 2 have the same pressure level: P ₁ = P ₂. Each seal carrier ring 4 ' and 4'' has paired sealing movement elements 31 which allow radial displacement and skewing with twice the gap width SK . Each carrier ring 4 ' and 4'' is compensated for axial force, leakage oil relieved and cooled. The carrier rings work independently of one another in the axial and radial directions. The lubrication of the sealing movement elements takes place via the spaces 23 and 25 , the force relief of the sealing rings 5 and 6 takes place via the elastic deformation of the sealing movement element 31 or by sliding the sealing movement elements 31 on the housing walls.

Claims (5)

1. Dichtungsverbindung zweier Bauelemente, wovon das eine gegenüber dem anderen eine Rotationsbewegung ausführt, wie z. B. Gehäuse und darin gelagerte Welle, bestehend aus ringförmig um das drehende Bauelement herumgeführte Dichtelemente, die in Nuten von mindestens einem Dichtungsträgerring ein­ gebettet sind, welcher seinerseits in einer ring­ förmigen Aussparung im stehenden Bauelement einge­ bettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsträgerring (4, 4′, 4′′) axial ver­ schiebbar auf dem rotierenden Bauelement (2) auf im Bereich der beiden stirnseitigen Enden des Dichtungsträgerrings (4, 4′, 4′′) angeordneten Lagern (14, 15) gelagert ist und zwischen den Stirnflächen (17, 18, 19) und der zum stehenden Bauelement (1) weisenden Oberfläche des Dichtungsträgerrings (4, 4′, 4′′) Zwischenräume (23, 24, 25) vorgesehen sind, welche mit Schmiermittel beaufschlagbar sind und der Dichtungsträgerring (4, 4′, 4′′) mit dem stehenden Bauelement (1) über elastisch verformbare Dichtungs- Bewegungselemente (31, 32, 33) verbunden sind, welche im oberen Bereich der Stirnflächen (17, 18, 19) des Dichtungsträgerringes (4, 4′, 4′′) angeordnet sind und die Lager (14, 15) über Kanäle (26) und die Zwischenräume (23, 24, 25) mit Schmiermittel beauf­ schlagbar sind. 1. Sealing connection of two components, of which one performs a rotational movement relative to the other, such as. B. housing and shaft mounted therein, consisting of ring-shaped around the rotating component sealing elements that are embedded in grooves of at least one seal carrier ring, which in turn is embedded in a ring-shaped recess in the standing component, characterized in that the seal carrier ring ( 4, 4 ', 4'' ) axially slidable ver on the rotating component ( 2 ) in the region of the two ends of the seal carrier ring ( 4, 4', 4 '' ) arranged bearings ( 14, 15 ) is mounted and between the End faces ( 17, 18, 19 ) and the surface of the seal carrier ring ( 4, 4 ', 4'' ) facing the standing component ( 1 ) are provided with spaces ( 23, 24, 25 ) which can be loaded with lubricant and the seal carrier ring ( 4, 4 ', 4'' ) with the standing component ( 1 ) via elastically deformable sealing movement elements ( 31, 32, 33 ) which are connected in the upper loading rich of the end faces ( 17, 18, 19 ) of the seal carrier ring ( 4, 4 ', 4'' ) are arranged and the bearings ( 14, 15 ) via channels ( 26 ) and the spaces ( 23, 24, 25 ) with lubricant are beatable. 2. Dichtungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dichtungsträgerringe (4′, 4′′) in axialer Richtung des rotierenden Bauteils (2) mit Abstand hintereinander angeordnet sind und die die Dichtungsträgerringe (4′, 4′′) aufnehmenden Aussparungen über Kanäle (25, 26) miteinander ver­ bunden sind.2. Sealing connection according to claim 1, characterized in that a plurality of seal carrier rings ( 4 ', 4'' ) are arranged one behind the other in the axial direction of the rotating component ( 2 ) and the seal carrier rings ( 4', 4 '' ) receiving recesses Channels ( 25, 26 ) are connected to one another. 3. Dichtungsverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (14, 15) Wälzlager mit oder ohne Radialspiel sind.3. Sealing connection according to claim 1 or 2, characterized in that the bearings ( 14, 15 ) are rolling bearings with or without radial play. 4. Dichtungsverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (14, 15) Gleitlager mit vergrößertem Radialspiel sind.4. Sealing connection according to claim 1 or 2, characterized in that the bearings ( 14, 15 ) are plain bearings with increased radial play. 5. Dichtungsverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (14, 15) reguläre Gleitlager sind.5. Sealing connection according to claim 1 or 2, characterized in that the bearings ( 14, 15 ) are regular plain bearings.
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