DE9315357U1 - Sealing arrangement - Google Patents
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Description
Martin Merkel GmbH & Co KG,Martin Merkel GmbH & Co KG,
Hamburg, 09.01.1995Hamburg, 09.01.1995
D/fi (#131)D/fi (#131)
DichtungsanordnungSeal arrangement
Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung mit einem eine Ringnut bildenden Trägerteil, einer der Ringnut koaxial gegenüberliegenden, zylindrischen und relativ zum Trägerteil drehend und/oder axial bewegten Gegendichtfläche, einem in der Ringnut gehaltenen, mindestens einen Dichtbereich bildenden Dichtring aus zähelastischem Werkstoff und mindestens einem zwischen dem Dichtring und dem Nutgrund angeordneten Spannring aus gummielastischem Material, der dem abzudichtenden Mediumsdruck in dem druckseitig von dem Dichtbereich des Dichtrings liegenden Bereich der Ringnut zugänglich ist.The invention relates to a sealing arrangement with a carrier part forming an annular groove, a counter sealing surface coaxially opposite the annular groove, cylindrical and rotating and/or axially moving relative to the carrier part, a sealing ring made of tough elastic material held in the annular groove and forming at least one sealing area, and at least one clamping ring made of rubber elastic material arranged between the sealing ring and the groove base, which is accessible to the medium pressure to be sealed in the area of the annular groove lying on the pressure side of the sealing area of the sealing ring.
Derartige Dichtungen sind bekannt (DE-B 23 25 000, DE-A 41 31 197, DE-A 30 14 797, DE-A 19 40 698, DE-U 90 00 740, GB-C 926,216, US-A 4,893,823, WO-91/10088, DE-A 41 06 159, DE-A 14 25 506, FR-B 14 05 279, US-A 5,018,753, US-A 3,718,338) und werden beispielsweise als Wellen-, Stangen- oder Kolbendichtungen benutzt. In der Ringnut sind der Dichtring und der Spannring derart hintereinander angeordnet, daß auf der Druckseite ein Spalt zwischen der Nutflanke und den Ringen verbleibt, so daß der Mediumsdruck zum Spannring gelangen kann. Er beaufschlagt diesen axial, wodurch dieser quasi hydrostatisch den Dichtring mit dem Mediumsdruck radial zur Gegendichtflache hin belastet. Zusätzlich zu der elastischen Vorspannung wird dadurch eine dem abzudichtenden Druck etwa proportionale Dichtpressung erzielt.Such seals are known (DE-B 23 25 000, DE-A 41 31 197, DE-A 30 14 797, DE-A 19 40 698, DE-U 90 00 740, GB-C 926,216, US-A 4,893,823, WO-91/10088, DE-A 41 06 159, DE-A 14 25 506, FR-B 14 05 279, US-A 5,018,753, US-A 3,718,338) and are used, for example, as shaft, rod or piston seals. The sealing ring and the clamping ring are arranged one behind the other in the ring groove in such a way that a gap remains between the groove flank and the rings on the pressure side, so that the medium pressure can reach the clamping ring. It acts on it axially, whereby it loads the sealing ring with the medium pressure radially towards the counter sealing surface in a quasi hydrostatic manner. In addition to the elastic pre-stress, this achieves a sealing pressure that is approximately proportional to the pressure to be sealed.
In Maschinen, die mit hohen Reinheitsansprüchen betrieben werden, hat diese Anordnung den Nachteil, daß sich der in der Ringnut druckseitig von den Ringen befindliche Spalt schwer reinigen läßt und daß sich Restprodukt und Fremdkörper darinIn machines that are operated with high cleanliness requirements, this arrangement has the disadvantage that the gap in the ring groove on the pressure side of the rings is difficult to clean and that residual product and foreign bodies can accumulate in it.
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sammeln können. Dies erschwert oder verhindert beispielsweise in Maschinen zur Verarbeitung von Lebensmitteln die Sterilisierbarkeit. can collect. This makes it difficult or even impossible, for example, to sterilize food processing machines.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist.The invention is therefore based on the object of creating a sealing arrangement of the type mentioned at the outset which does not have these disadvantages.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Dichtring eine den druckseitig vom Dichtbereich liegenden Bereich der Ringnut abdeckende und zur Übertragung des Mediumsdrucks auf den Spannring mindestens teilweise flexible Manschette aufweist. Dabei ist der Spannring zweckmäßigerweise so angeordnet, daß er sich sowohl hinter dem Dichtbereich des Dichtrings als auch hinter dem flexiblen Teil der Manschette befindet. Um hinreichende axiale Erstreckung zu haben, kann er sich aus mehreren Einzelringen zusammensetzen.The solution according to the invention consists in the sealing ring having a sleeve that covers the area of the ring groove on the pressure side of the sealing area and is at least partially flexible to transfer the medium pressure to the clamping ring. The clamping ring is expediently arranged so that it is located both behind the sealing area of the sealing ring and behind the flexible part of the sleeve. In order to have sufficient axial extension, it can be made up of several individual rings.
Membranen sind mit unterschiedlichen Funktionen in Dichtringen bekannt (WO81/00293, CH-A 77965), jedoch werden Sie im Stand der Technik lediglich zur abschließenden Verbindung von Halte- und Dichtorganen verwendet, ohne in einer grundsätzlich bekannten und einen als Dichtorgan geeigneten Teil enthaltenen Anordnung zwischen diesem und der Gegendichtfläche eingeschaltet zu werden.Membranes are known to have various functions in sealing rings (WO81/00293, CH-A 77965), but in the state of the art they are only used for the final connection of holding and sealing elements, without being inserted in a basically known arrangement containing a part suitable as a sealing element between this and the counter sealing surface.
Die Manschette sollte an ihrem freien Ende im wesentlichen dicht abschließen und kann zu diesem Zweck erfindungsgemäß am Trägerteil dicht eingespannt sein. Dies gilt insbesondere für das druckseitige Ende des Dichtrings, weil sich dies im Inneren der Maschine befindet. Weniger kritisch ist der niederdruckseitxge Anschluß des Dichtrings an den Trägerteil; jedoch kann auch dort ein dichter Anschluß, ggf. durch Einspannung, vorgesehen sein.The sleeve should essentially seal tightly at its free end and can, according to the invention, be tightly clamped to the carrier part for this purpose. This applies in particular to the pressure-side end of the sealing ring, because this is located inside the machine. The low-pressure-side connection of the sealing ring to the carrier part is less critical; however, a tight connection can also be provided there, if necessary by clamping.
Die Einspannung kann nach der Erfindung dadurch erzielt werden, daß zwischen dem Nutgrund einerseits und dem DichtringAccording to the invention, the clamping can be achieved by providing between the groove base on the one hand and the sealing ring
und dem Spannring andererseits ein Ringteil angeordnet ist, das mit der druckseitigen bzw. niederdruckseitigen Flanke der Ringnut eine Einspannung für den druckseitigen bzw. niederdruckseitigen Kragen des Dichtrings bildet. Um die Einspannung an der einen Flanke der Ringnut zu bewirken, muß sich dieser Dichtteil irgendwo abstützen, vorzugsweise an der jeweils gegenüberliegenden Flanke der Ringnut. Jedoch kann ggf. auch eine axiale Vorspannung des Spannrings für hinreichend dichte Anlage des Manschettenendes oder eines daran angeordneten Kragens sorgen.and the clamping ring on the other hand, a ring part is arranged which, with the pressure-side or low-pressure-side flank of the ring groove, forms a clamping for the pressure-side or low-pressure-side collar of the sealing ring. In order to achieve clamping on one flank of the ring groove, this sealing part must be supported somewhere, preferably on the opposite flank of the ring groove. However, if necessary, an axial pre-tension of the clamping ring can also ensure that the end of the sleeve or a collar arranged on it is sufficiently tight.
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Darin zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which:
Fig.l eine erste Ausführungsform Fig.2 eine zweite Ausführungsform Fig.3 eine dritte Ausführungsform.Fig.l a first embodiment Fig.2 a second embodiment Fig.3 a third embodiment.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.l ist eine Wellen- oder Stangendichtung gezeigt, die innerhalb eines Gehäuses 1 angeordnet ist, das zusammen mit einem in die Bohrung 2 des Gehäuses eingesetzten Dichtungsdeckel 3 eine Ringnut bildet, die durch den Nutgrund 4, die druckseitige Flanke 5 und die niederdruckseitige Flanke 6 begrenzt ist. In der Nut 4 bis 6 ist ein Dichtungsring 7 gehalten, der aus zähelastischem Material, beispielsweise PTFE oder PTFE-Compound besteht und in seinem Dichtbereich 8 eine Dichtkante 9 bildet, die an einer strichpunktiert angedeuteten Gegendichtflache 10 anliegen soll. Der Ausdruck Dichtbereich besagt lediglich, daß dieser Bereich im Hinblick auf das dichtende Zusammenwirken mit der Gegendichtflache ausgebildet ist. Er sagt nichts über die Art der Anlage an der Gegendichtflache aus. Der Dichtbereich kann eine oder mehrere ausgeprägte Dichtkanten bilden. Es kann auch (muß aber nicht) eine flächige Anlage an der Gegendichtflache vorgesehen sein.In the embodiment according to Fig. 1, a shaft or rod seal is shown which is arranged within a housing 1, which together with a sealing cover 3 inserted into the bore 2 of the housing forms an annular groove, which is delimited by the groove base 4, the pressure-side flank 5 and the low-pressure-side flank 6. A sealing ring 7 is held in the groove 4 to 6, which consists of a tough elastic material, for example PTFE or PTFE compound and forms a sealing edge 9 in its sealing area 8, which is intended to rest against a counter sealing surface 10 indicated by a dot-dash line. The term sealing area simply means that this area is designed with a view to the sealing interaction with the counter sealing surface. It says nothing about the type of contact with the counter sealing surface. The sealing area can form one or more pronounced sealing edges. A flat installation on the counter sealing surface can also be provided (but does not have to be).
An den Dichtbereich 8 des Dichtrings 7 schließt sich druckseitig eine dünne Manschette 11 an, die vorzugsweise einstückig mit dem Dichtbereich 8 ausgebildet ist und in einem Kragen 12 endet. Damit dieser dicht an die Nutflanke 5 anschließt, ist er als hinterschnittener Flansch ausgebildet, der in eine entsprechende Ringausnehmung eines Ringteils 13 paßt, der aus starrem Material, beispielsweise Metall besteht und zwischen die Nutflanken 5, 6 eingespannt ist. Der Kragen 12 hat im Vergleich mit dem axialen Zwischenraum zwischen der Nutflanke 5 und dem mit dem Kragen 12 zusammenwirkenden Teil des Ringsteils 13 Übermaß, so daß er dicht eingespannt ist. Seine Oberfläche schließt sich etwa fluchtend an die Oberfläche 14 des Gehäuses 1 an. Dank der vollständigen Abdeckung des Nutbereichs druckseitig vom Dichtbereich 8 und dank der Einspannung des Kragens 12 wird auf der Druckseite jeglicher Spalt vermieden, der bei der Reinigung Schwierigkeiten bereiten könnte.On the pressure side, the sealing area 8 of the sealing ring 7 is adjoined by a thin sleeve 11, which is preferably formed in one piece with the sealing area 8 and ends in a collar 12. In order for this to be tightly connected to the groove flank 5, it is designed as an undercut flange that fits into a corresponding ring recess of a ring part 13, which is made of rigid material, for example metal, and is clamped between the groove flanks 5, 6. The collar 12 has an oversize in comparison with the axial space between the groove flank 5 and the part of the ring part 13 that interacts with the collar 12, so that it is tightly clamped. Its surface is approximately flush with the surface 14 of the housing 1. Thanks to the complete coverage of the groove area on the pressure side by the sealing area 8 and thanks to the clamping of the collar 12, any gap on the pressure side that could cause difficulties during cleaning is avoided.
Zwischen dem Dichtring 7 und dem Ringteil 13 ist ein aus zwei O-Ringen sich zusammensetzender Spannring 15 vorgesehen. Dieser stützt sich auf seiner dem Dichtring abgewandten Seite an dem Ringteil 13 ab und füllt im wesentlichen das gesamte Volumen zwischen Dichtring 7 und Ringteil 13. Teilweise befindet sich der Spannring radial hinter dem Dichtbereich 8 des Dichtrings und teilweise hinter der Manschette 11. Niederdruckseitig an den Spannring 15 anschließend weist der Dichtring 7 einen Flansch auf, der durch die Vorspannung des Spannrings 15 axial gegen die Flanke 6 gedrückt ist. Er schließt dadurch im wesentlichen dicht und mit gleichem Innendurchmesser an den Dichtungsdeckel 3 an.A clamping ring 15 made up of two O-rings is provided between the sealing ring 7 and the ring part 13. This rests on the ring part 13 on its side facing away from the sealing ring and essentially fills the entire volume between the sealing ring 7 and the ring part 13. The clamping ring is partially located radially behind the sealing area 8 of the sealing ring and partially behind the sleeve 11. On the low-pressure side of the clamping ring 15, the sealing ring 7 has a flange which is pressed axially against the flank 6 by the pre-tension of the clamping ring 15. It therefore connects essentially tightly and with the same inner diameter to the sealing cover 3.
Der in der Zeichnung links vom Dichtbereich 8 wirkende Druck teilt sich dank der Dünnheit und Flexibilität der Manschette 11 dem dahinter befindlichen Teil des Spannrings 15 mit. Darin pflanzt sich der Druck quasi hydrostatisch fort und wirkt somit auch auf der Rückseite des Dichtbereichs 8, so daß dieser nicht nur durch die elastische Vorspannung, sondernThe pressure acting on the left of the sealing area 8 in the drawing is transmitted to the part of the clamping ring 15 located behind it thanks to the thinness and flexibility of the sleeve 11. The pressure propagates in a quasi hydrostatic manner and thus also acts on the back of the sealing area 8, so that this is not only prestressed by the elastic prestress, but
insbesondere auch unter der Wirkung des druckseitig herrschenden Mediumsdrucks gegen die Gegendichtfläche 10 gepreßt wird. Wichtig ist somit, daß die radial nach außen gerichtete Bewegung der Manschette 11 den Dichtbereich 8 nicht daran hindert, sich in der entgegensetzten Richtung an die Gegendichtflache anzupressen.in particular, under the effect of the medium pressure prevailing on the pressure side, it is pressed against the counter sealing surface 10. It is therefore important that the radially outward movement of the sleeve 11 does not prevent the sealing area 8 from pressing itself against the counter sealing surface in the opposite direction.
Der radiale Abstand der druckseitigen Gehäusefläche 14 von der Gegendichtflache 10 ist größer als der niederdruckseitige, so daß dieser Bereich für Spülflüssigkeit leicht zugänglich ist. Bei 21 ist noch ein gummielastischer O-Ring gezeigt, der eine zusätzliche Abdichtung bewirkt.The radial distance between the pressure-side housing surface 14 and the counter-sealing surface 10 is greater than that on the low-pressure side, so that this area is easily accessible for flushing fluid. At 21, a rubber-elastic O-ring is also shown, which provides additional sealing.
Noch größer ist dieser Abstand in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig.2 und 3. Darin bildet wiederum das Gehäuse 1 mit dem Dichtungsdeckel 3 die Nut 4, 5, 6, in welcher der Ringteil die beiden flansch- oder kragenförmigen Enden 12 und 16 gegen die entsprechenden Nutflanken 5 bzw. 6 preßt, so daß ein dichter Anschluß des Dichtrings 7 gewährleistet ist. Dieser bildet in der inneren Umfangsfläche eine Dichtkante 9. Daran anschließend zieht sich druckseitig die Membran 11 in geschwungener Form axial und radial zu der Einspannstelle des Kragens 12, die nahezu radial außerhalb der Dichtkante 9 liegt. Dabei wölbt sie sich über den Spannring 15, der sich sowohl radial außerhalb des Dichtbereichs 8 als auch hinter der Manschette 11 befindet, so daß die Übertragung des Mediumsdrucks auf die Rückseite des Dichtbereichs 8 möglich ist, wie dies unter Bezugnahme auf Fig.l beschrieben wurde. Dabei ist für dichten Anschluß der Membran an das Gehäuse gesorgt, wobei ein zusätzlicher, gummielastischer O-Ring 17 die dichtende Vorspannung an der Nutflanke 5 erhöht. Der Ringteil 13 ist niederdrucksextig von dem Spannring 15 radial nach innen gezogen, um zusammen mit der Nutflanke 6 eine Einspannung für den Kragen 18 zu bilden.This distance is even greater in the embodiments according to Fig. 2 and 3. In this, the housing 1 with the sealing cover 3 forms the groove 4, 5, 6, in which the ring part presses the two flange or collar-shaped ends 12 and 16 against the corresponding groove flanks 5 and 6, respectively, so that a tight connection of the sealing ring 7 is ensured. This forms a sealing edge 9 in the inner circumferential surface. On the pressure side, the membrane 11 then extends in a curved shape axially and radially to the clamping point of the collar 12, which is located almost radially outside the sealing edge 9. In doing so, it arches over the clamping ring 15, which is located both radially outside the sealing area 8 and behind the sleeve 11, so that the transfer of the medium pressure to the back of the sealing area 8 is possible, as was described with reference to Fig. 1. This ensures a tight connection between the membrane and the housing, with an additional, rubber-elastic O-ring 17 increasing the sealing pre-tension on the groove flank 5. The ring part 13 is pulled radially inwards by the clamping ring 15 at low pressure in order to form a clamping for the collar 18 together with the groove flank 6.
Die Ausführung gemäß Fig.3 gleicht derjenigen in Fig.2 mit Ausnahme der Merkmale, daß der Flansch 18 des Dichtrings 7The design according to Fig.3 is similar to that in Fig.2 with the exception of the features that the flange 18 of the sealing ring 7
sich über die gesamte radiale Erstreckung der Nutflanke 6 erstreckt und der Ringteil 13 sich entsprechend radial kürzer ausgeführt ist. Das druckseitige Ende der Manschette 11 ist als radialer Flansch 19 ausgeführt, der zwischen dem Ringteil 13 und einer gummielastischen Einlage 20 eingespannt ist.extends over the entire radial extent of the groove flank 6 and the ring part 13 is correspondingly radially shorter. The pressure-side end of the sleeve 11 is designed as a radial flange 19, which is clamped between the ring part 13 and a rubber-elastic insert 20.
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