DE9107167U1 - Mechanical seal arrangement - Google Patents
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Description
Gleitring-DichtungsanordnungMechanical seal arrangement
Die Erfindung betrifft eine Gleitring-Dichtungsanordnung zur Abdichtung einer Welle gegenüber einem Gehäuse, gemäss Oberbegriff des Schutzanspruches 1.The invention relates to a sliding ring seal arrangement for sealing a shaft against a housing, according to the preamble of claim 1.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Gleitring-Dichtungsanordnung zur Abdichtung der Wellen von Obenantrieben, wie sie beispielsweise bei Rührwerken oder dgl. vorgesehen werden. Eine bekannte Dichtungsanordnung dieser Art (vgl. Burgmann, Gleitringdichtungen, Konstruktionsmappe 13, 1986) umfasst einen rotierenden Dichtring, der in einem Gehäuse mit wesentlicher axialer Erstreckung eingeschrumpft ist. Das Gehäuse ist drehfest mit einem mit der Welle fest verbundenen Federlager mit einer Anzahl Federn verbunden, die unmittelbar auf das Gehäuse des rotierenden Dichtringes wirken, um diesen gegen den stationären Dichtring vorzuspannen. Bei dieser bewährten Dichtungsanordnung mit Trockenlaufeigenschaft wurde festgestellt, dass bei höheren Drehzahlen die Neigung zu Eigenschwingungen mit entsprechender Geräuschentwicklung besteht.The invention relates in particular to a mechanical seal arrangement for sealing the shafts of top drives, such as those used in agitators or the like. A known seal arrangement of this type (cf. Burgmann, Mechanical Seals, Design Folder 13, 1986) comprises a rotating seal ring which is shrunk into a housing with a significant axial extension. The housing is connected in a rotationally fixed manner to a spring bearing which is firmly connected to the shaft and has a number of springs which act directly on the housing of the rotating seal ring in order to preload it against the stationary seal ring. With this proven seal arrangement with dry running properties, it was found that at higher speeds there is a tendency for natural vibrations with the corresponding development of noise.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine schwingungsunempfindliche Gleitring-Dichtungsanordnung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen. Die Dichtungsanordnung soll insbesondere unter Beibehaltung ihrerThe invention is therefore based on the object of creating a vibration-insensitive sliding ring seal arrangement of the type mentioned at the beginning. The seal arrangement should in particular, while retaining its
Trockenlaufeigenschaft für den Einsatz bei Antrieben mit höherer Drehzahl geeignet sein.Dry running properties should be suitable for use with drives with higher speeds.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruches 1 gelöst. Danach ist erfindungsgemäss zwischen dem rotierenden Dichtring und der Federvorspanneinrichtung ein weiteres ringförmiges Element angeordnet, das als Kraftübertragungselement fungiert, so dass die Vorspannkraft der Federvorspanneinrichtung nicht unmittelbar, sondern über dieses Element auf den rotierenden Dichtring übertragen wird. Das Kraftübertragungselement ebenso wie der rotierende Dichtring sind axial beweglich auf der Welle angeordnet, während die Federvorspanneinrichtung gegenüber der Welle lagefixiert sein kann. Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung können der rotierende Gleitring und das Übertragungselement frei drehbar auf der Welle aufgesetzt und über die Federvorspanneinrichtung mit der Welle verknüpft sein, so dass sich sämtliche vorgenannten Teile gemeinsam mit der Welle drehen. Die erfindungsgemässe Zwischenanordnung eines Kraftübertragungselementes ermöglicht eine Ausbildung des rotierenden Dichtringes in Form eines im wesentlichen scheibenförmigen Teiles mit vergleichsweise geringer axialer Erstreckung, wodurch die Schwingungsanfälligkeit gegenüber solchen Dichtringen mit axial verlängertem Gehäuse wesentlich herabgesetzt ist. In diesem Sinne weiter fördernd ist die Masse des Kraftübertragungselementes, indem es als Puffer gegen eine Übertragung der Schwingungen der Welle auf den rotierenden Dichtring wirkt. Hinzu kommt, dass anders als bei einer unmittelbaren Eingriffnahme zwischen Dichtring und Federvorspanneinrichtung die Anlageverhältnisse zwischen Kraftübertragungselement und Dichtring umfänglich konstant und genau definiert sind, und dass es das Kraftübertragungselement ermöglicht, an seiner EingriffstelleThis object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1. According to the invention, a further ring-shaped element is arranged between the rotating sealing ring and the spring preloading device, which acts as a force transmission element, so that the preload force of the spring preloading device is not transferred directly to the rotating sealing ring, but via this element. The force transmission element as well as the rotating sealing ring are arranged axially movable on the shaft, while the spring preloading device can be fixed in position relative to the shaft. According to a preferred development of the invention, the rotating sliding ring and the transmission element can be mounted freely rotatably on the shaft and linked to the shaft via the spring preloading device, so that all of the aforementioned parts rotate together with the shaft. The intermediate arrangement of a force transmission element according to the invention enables the rotating sealing ring to be designed in the form of a substantially disk-shaped part with a comparatively small axial extension, whereby the susceptibility to vibration is significantly reduced compared to such sealing rings with an axially extended housing. In this sense, the mass of the force transmission element is further beneficial in that it acts as a buffer against the transmission of the vibrations of the shaft to the rotating sealing ring. In addition, unlike in the case of a direct engagement between the sealing ring and the spring preloading device, the contact conditions between the force transmission element and the sealing ring are circumferentially constant and precisely defined, and the force transmission element enables the point of engagement
mit dem rotierenden Dichtring einerseits und mit der Welle andererseits je eine schwingungsdampfende O-Ring-Dichtung vorzusehen.A vibration-damping O-ring seal must be provided with the rotating sealing ring on the one hand and with the shaft on the other hand.
Insgesamt schafft die Erfindung mit vergleichsweise einfachen baulichen Mitteln eine Gleitring-Dichtungsanordnung mit verbessertem Betriebsverhalten, indem insbesondere deren Schwingungsanfälligkeit deutlich herabgesetzt ist. Die Dichtungsanordnung ermöglicht daher einen Einsatz bei höheren Drehzahlen, ohne dass in Bezug auf ihre Trockenlaufeigenschaft unter solchen Bedingungen Einbussen hingenommen werden müssen.Overall, the invention creates a sliding ring seal arrangement with comparatively simple structural means with improved operating behavior, in particular by significantly reducing its susceptibility to vibration. The seal arrangement therefore enables use at higher speeds without having to accept any losses in terms of its dry running properties under such conditions.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung, die in geschnittener Ansicht eine erfindungsgemäss aufgebaute Gleitring-Dichtungsanordnung zeigt, näher beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawing, which shows a sectional view of a sliding ring seal arrangement constructed according to the invention.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine solche, die insbesondere für Obenantriebe, z.B. Rührwerksantriebe mit vertikaler Welle, geeignet ist. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auf dieses Anwendungsgebiet nicht beschränkt ist, und gleichfalls für die Abdichtung liegender oder in sonstiger Weise von der vertikalen Ausrichtung abweichender Wellen geeignet ist.The embodiment shown in the drawing is one that is particularly suitable for top drives, e.g. agitator drives with a vertical shaft. However, it is understood that the invention is not limited to this area of application and is also suitable for sealing horizontal shafts or shafts that deviate from the vertical alignment in some other way.
In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen 14 ein die Gleitring-Dichtungsanordnung nach aussen hin hermetisch abschirmendes Gehäuse bezeichnet, das an seinem einen axialen Ende einen Flansch 13 trägt, der zur Montage der Anordnung an einem nicht gezeigten Bauteil, z.B. Behälter eines Rührwerkes, dient. Ein in der bauteilseitigen Stirnfläche des Flansches 13 eingelegter O-Ring 2 3 dient der Abdichtung zwischen dem Flansch 13 und einer nicht gezeigten Gegenfläche des Bauteiles.In the drawing, reference number 14 designates a housing that hermetically shields the mechanical seal arrangement from the outside and has a flange 13 at one axial end that is used to mount the arrangement on a component (not shown), e.g. the container of an agitator. An O-ring 23 inserted into the component-side face of the flange 13 serves to seal between the flange 13 and a counter surface (not shown) of the component.
Im Inneren des Gehäuses 14 ist ein erster Gleitring 10 angeordnet, der gegenüber dem Gehäuse 14 durch eine geeignete Einrichtung, z.B. einen sich vom Flansch 13 in eine Bohrung im Dichtring 10 erstreckenden Mitnehmerstift 15, ortsfest gehalten ist. Der erste oder stationäre Gleitring 10 kann durch einen O-Ring 11 gegenüber dem Flansch 13 abgedichtet sein.A first sliding ring 10 is arranged inside the housing 14 and is held stationary relative to the housing 14 by a suitable device, e.g. a drive pin 15 extending from the flange 13 into a hole in the sealing ring 10. The first or stationary sliding ring 10 can be sealed relative to the flange 13 by an O-ring 11.
Vorzugsweise ist der stationäre Gleitring 10 in einem scheibenförmigen äusseren Gehäuse 10· gehalten, z.B. eingeschrumpft, und kann ein ringförmiges Teil aus einem geeigneten verschleissfesten Material darstellen. Der Gleitring 10 hat eine im wesentliche radiale dem Flansch 13 abgewandte Stirnfläche, welche eine erste Dichtfläche bildet.Preferably, the stationary sliding ring 10 is held in a disk-shaped outer housing 10·, e.g. shrunk in, and can be an annular part made of a suitable wear-resistant material. The sliding ring 10 has a substantially radial end face facing away from the flange 13, which forms a first sealing surface.
Angrenzend an den stationären Gleitring 10 ist auf der Welle ein zweiter Gleitring 1 angeordnet, der vorzugsweise im wesentlichen identisch wie der stationäre Gleitring 10 ausgebildet sein kann, indem er ein ringförmiges, in einem scheibenförmigen äusseren Gehäuse I1 eingeschrumpftes Teil aus einem Material darstellen kann, das hinsichtlich Verschleiss und Trockenlaufeigenschaft auf das Material des stationären Gleitringes 10 abgestimmt ist. Bezüglich geeigneter Materialpaarungen kann auf die eingangs erwähnte Literaturstelle verwiesen werden.Adjacent to the stationary sliding ring 10, a second sliding ring 1 is arranged on the shaft, which can preferably be designed essentially identically to the stationary sliding ring 10 in that it can represent an annular part shrunk into a disk-shaped outer housing 1 1 made of a material that is matched to the material of the stationary sliding ring 10 in terms of wear and dry running properties. With regard to suitable material pairings, reference can be made to the literature reference mentioned at the beginning.
Der zweite Gleitring 1 trägt an seiner dem stationären Gleitring 10 zugewandten Stirnseite einen kurzen axialen ringförmigen Fortsatz mit einer radialen Stirnfläche, die eine zweite Dichtfläche bildet, welche mit der ersten Dichtfläche des stationären Gleitringes 10 zusammenwirkt, um zwischen den Dichtflächen bei Betrieb einen Austritt des abzudichtenden Mediums längs der Welle ins Innere desThe second sliding ring 1 has on its end face facing the stationary sliding ring 10 a short axial annular extension with a radial end face that forms a second sealing surface that interacts with the first sealing surface of the stationary sliding ring 10 to prevent the medium to be sealed from escaping between the sealing surfaces during operation along the shaft into the interior of the
Gehäuses 14 zu verhindern. Der zweite Gleitring 1 kann auf der Welle grundsätzlich frei dreh- und axial bewegbar aufgesetzt sein.housing 14. The second sliding ring 1 can basically be mounted on the shaft so that it can rotate and move axially freely.
Vorzugsweise sind die Gleitringe so dimensioniert, dass das Verhältnis 2B/D-d > 0,4 ist, wobei B = Breite, D = äusserer Durchmesser und d = innerer Durchmesser der Gleitringe einschliesslich zugehöriger Gehäuse bedeuten.Preferably, the sliding rings are dimensioned such that the ratio 2B/D-d > 0.4, where B = width, D = outer diameter and d = inner diameter of the sliding rings including the associated housing.
In an sich bekannter Weise ist ferner auf der Welle ein hülsenförmiges Teil 12 befestigt, auf dem ein ringförmiges Element 5 lagefest, z.B. mittels ein oder mehrerer radialer in das hülsenförmige Teil 12 sich erstreckender Mitnehmerstifte 7, aufgesetzt ist.In a manner known per se, a sleeve-shaped part 12 is also attached to the shaft, onto which an annular element 5 is fixedly placed, e.g. by means of one or more radial driving pins 7 extending into the sleeve-shaped part 12.
Das gegenüber der Welle somit axial- und drehbeweglich fixierte ringförmige Element 5 dient als Lager für eine Anzahl umfänglich verteilter Federn 6, die in entsprechenden Ausnehmungen im ringförmigen Element 5 aufgenommen sind und sich daraus axial erstrecken. Das ringförmige Element oder Federlager 5 und die Federn 6 bilden eine Federvorspanneinrichtung zur Beaufschlagung des zweiten Gleitringes 1 mit einer Vorspannkraft, die den zweiten Gleitring 1 gegen den ersten stationären Gleitring 10 drückt und dadurch die gegenüberliegenden Dichtflächen der beiden Gleitringe 1, 10 in Eingriff miteinander hält.The annular element 5, which is thus fixed axially and rotationally relative to the shaft, serves as a bearing for a number of circumferentially distributed springs 6, which are accommodated in corresponding recesses in the annular element 5 and extend axially therefrom. The annular element or spring bearing 5 and the springs 6 form a spring preloading device for applying a preloading force to the second sliding ring 1, which presses the second sliding ring 1 against the first stationary sliding ring 10 and thereby keeps the opposing sealing surfaces of the two sliding rings 1, 10 in engagement with one another.
Anders als bei der eingangs erwähnten bekannten Gleitring-Dichtungsanordnung wirkt die Vorspannkraft bei der erfindungsgemässen Dichtungsanordnung nicht direkt auf den zweiten Gleitring bzw. dessen Gehäuse I1, sondern über ein Kraftübertragungselement oder einen Zwischenring 3, der zwischen der Federvorspanneinrichtung 5, 6 und dem zweiten Gleitring 1 auf der Welle aufgesetzt ist. DasUnlike the known sliding ring seal arrangement mentioned at the beginning, the preload force in the sealing arrangement according to the invention does not act directly on the second sliding ring or its housing I 1 , but via a force transmission element or an intermediate ring 3, which is placed on the shaft between the spring preload device 5, 6 and the second sliding ring 1. The
Kraftübertragungselement 3 kann ebenso wie der zweite Gleitring 1 auf der Welle grundsätzlich frei drehbar und axial bewegbar angeordnet sein.The power transmission element 3, like the second sliding ring 1, can in principle be arranged on the shaft so that it can rotate freely and move axially.
Auf der dem rotierenden Gleitring 1 abgewandten radialen Stirnseite des Kraftübertragungselementes 3 können sich die Federn 6 der Federvorspanneinrichtung abstützen, während die gegenüberliegende radiale Stirnseite des Kraftübertragungselementes 3 einen axialen ringförmigen Vorsprung aufweist, der mit der benachbarten Stirnfläche des zweiten Gleitringes 1 in Eingriff steht. Auf diese Weise wird die Vorspannkraft der Federn 6 über das Kraftübertragungselement 3 auf den zweiten Gleitring 1 übertragen.The springs 6 of the spring pre-tensioning device can be supported on the radial face of the force transmission element 3 facing away from the rotating sliding ring 1, while the opposite radial face of the force transmission element 3 has an axial annular projection which engages with the adjacent face of the second sliding ring 1. In this way, the pre-tensioning force of the springs 6 is transmitted to the second sliding ring 1 via the force transmission element 3.
Vorzugsweise ist zwischen dem Kraftübertragungselement 3 und dem zweiten Gleitring 1 eine Dichtung in Gestalt eines 0-Ringes 4 vorgesehen. Eine weitere Dichtung in Gestalt eines O-Ringes 2 ist zwischen der Welle und dem Kraftübertragungselement 3 angeordnet. Mit dem Bezugszeichen 16 ist eine weitere O-Ringdichtung zur Abdichtung des hülsenförmigen Teiles 12 gegenüber der Welle angedeutet.Preferably, a seal in the form of an O-ring 4 is provided between the power transmission element 3 and the second sliding ring 1. A further seal in the form of an O-ring 2 is arranged between the shaft and the power transmission element 3. The reference number 16 indicates a further O-ring seal for sealing the sleeve-shaped part 12 against the shaft.
Ähnlich wie die Gleitringe 1, 10 kann das Kraftübertragungselement 3 ein im wesentlichen scheibenförmiges Bauteil sein, das vorzugsweise eine grössere Masse als der zweite Gleitring 1 hat.Similar to the sliding rings 1, 10, the force transmission element 3 can be a substantially disk-shaped component, which preferably has a greater mass than the second sliding ring 1.
Wie erwähnt, können der zweite Gleitring 1 als auch das Kraftübertragungselement 3 grundsätzlich frei in Bezug auf die Welle drehbar und axial beweglich sein. Für die erforderliche drehfeste Verknüpfung des zweiten Gleitringes 1 und des Kraftübertragungselementes 3 mit der Welle, so dass sich beide gemeinsam mit der Welle drehen, ist eineAs mentioned, the second sliding ring 1 as well as the power transmission element 3 can basically be freely rotatable and axially movable in relation to the shaft. For the required rotationally fixed connection of the second sliding ring 1 and the power transmission element 3 with the shaft, so that both rotate together with the shaft, a
— &igr; ——&igr;—
Einrichtung vorgesehen, die den zweiten Gleitring 1 mit dem Federlager 5 der Federvorspanneinrichtung verbindet. Obschon andere geeignete Verknüpfungseinrichtungen vorgesehen werden können, dient dem erwähnten Zweck bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Schraubanordnung mit ein oder mehreren in Umfangsrichtung gleichmässig verteilten Schrauben 9, die sich vom Federlager 5 axial durch eine axiale Bohrung im Kraftübertragungselement 3 in eine axiale Gewindebohrung im zweiten Gleitring 1 erstrecken und darin eingeschraubt sind. Jede Schraube 9 stützt sich an ihrem Kopfende auf einer Hülse 8 ab, die sich ihrerseits anderenends an der zugewandten Stirnseite des zweiten Gleitringes 1 abstützt und im übrigen mit Spiel durch die axialen Bohrungen im Federlager 5 und Kraftübertragungselement 3 geführt ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass trotz der drehfesten Verknüpfung mit der Welle die axiale Beweglichkeit des zweiten Gleitringes 1 und des Kraftübertragungselementes 3 erhalten bleibt. Die Schraubanordnung 8, 9 schafft ferner eine geeignete koaxiale Ausrichtung des zweiten Gleitringes 1, des Kraftübertragungselementes 3 und der Federvorspanneinrichtung 5, 6. Anstelle einer Schraubanordnung könnte auch eine Stiftanordnung, g<?f· unterteilt in unabhängige Stiftverbindungen zwischen dem Federlager 5 und dem Kraftübertragungselement 3 einerseits bzw. dem Kraftübertragungselement 3 und dem zweiten Gleitring 1 andererseits, vorgesehen sein.Device is provided which connects the second sliding ring 1 with the spring bearing 5 of the spring preloading device. Although other suitable connecting devices can be provided, the preferred embodiment of the invention serves the above-mentioned purpose with a screw arrangement with one or more screws 9 evenly distributed in the circumferential direction, which extend axially from the spring bearing 5 through an axial bore in the force transmission element 3 into an axial threaded bore in the second sliding ring 1 and are screwed into it. Each screw 9 is supported at its head end on a sleeve 8, which in turn is supported at the other end on the facing end face of the second sliding ring 1 and is also guided with play through the axial bores in the spring bearing 5 and force transmission element 3. In this way it is achieved that despite the rotationally fixed connection to the shaft, the axial mobility of the second sliding ring 1 and the force transmission element 3 is maintained. The screw arrangement 8, 9 also creates a suitable coaxial alignment of the second sliding ring 1, the force transmission element 3 and the spring preloading device 5, 6. Instead of a screw arrangement, a pin arrangement could also be provided, divided into independent pin connections between the spring bearing 5 and the force transmission element 3 on the one hand and the force transmission element 3 and the second sliding ring 1 on the other hand.
Darauf hinzuweisen ist ferner, dass wenigstens der rotierende Gleitring 1, vorzugsweise jedoch ebenfalls der stationäre Gleitring 10, unter dem auf sie einwirkenden Umgebungsdruck in einem im wesentlichen druckausgeglichenen Zustand gehalten sind, um ein Verkanten oder Verstülpen der Gleitringe zu verhindern.It should also be pointed out that at least the rotating sliding ring 1, but preferably also the stationary sliding ring 10, are kept in a substantially pressure-balanced state under the ambient pressure acting on them in order to prevent the sliding rings from tilting or turning inside out.
Mit dem Bezugszeichen 18 ist ein Spannring zur Verspannung des hülsenförmigen Teiles 12 gegenüber der Welle bezeichnet. Die Bezugszeichen 19, 21 und 22 betreffen geeignete Einrichtungen, um das Innere des Gehäuses 14 nach Montage der Dichtungsanordnung nach aussen hin abzuschliessen. Diese Bauteile sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung, so dass sich eine nähere Beschreibung erübrigt.The reference number 18 designates a clamping ring for clamping the sleeve-shaped part 12 against the shaft. The reference numbers 19, 21 and 22 refer to suitable devices for closing off the interior of the housing 14 from the outside after the sealing arrangement has been installed. These components are not part of the present invention, so a more detailed description is unnecessary.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9107167U DE9107167U1 (en) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Mechanical seal arrangement |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE9107167U DE9107167U1 (en) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Mechanical seal arrangement |
Publications (1)
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|---|---|
| DE9107167U1 true DE9107167U1 (en) | 1991-08-22 |
Family
ID=6868186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9107167U Expired - Lifetime DE9107167U1 (en) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Mechanical seal arrangement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9107167U1 (en) |
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