DE9409055U1

DE9409055U1 - Mechanical seal

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Publication number: DE9409055U1
Application number: DE9409055U
Authority: DE
Original assignee: Hecker Werke & Co KG Spez GmbH
Current assignee: Hecker Werke & Co KG Spez GmbH
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1994-07-21
Anticipated expiration: 2004-06-04

Description

• it• it

Patentanwalt ' . · ·..·*.*· ..* * Patent Attorney ' . · ·..·*.*· ..* *

Dipl.- Ing. W, Jackisch & Partner* *Dipl.- Ing. W, Jackisch & Partner* *

Menzelstr.40 · 70192 StuttgartMenzelstr.40 · 70192 Stuttgart

Hecker-Werke GmbH & Co.KG A 40 097/ksuHecker-Werke GmbH & Co.KG A 40 097/ksu

Spezialfabriken für Dicht-Special factories for sealing

und Reibelemente ', Q, Juniand friction elements ', Q, June

Arthur-Hecker-Str. 1Arthur-Hecker-Str. 1

71090 Weil im Schönbuch71090 Weil im Schönbuch

Mechanical seal

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung zur Abdichtung einer in einem Gehäuse rotierenden Welle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a mechanical seal for sealing a shaft rotating in a housing according to the preamble of claim 1.

Bekannte Gleitringdichtungen dieser Art weisen als Mitnahmeelemente zur Übertragung des Drehmomentes Passfedern, Gewindestifte, konische Federn oder dgl. auf. Die Demontage und insbesondere die Reinigung derartiger Gleitringdichtungen ist zeit- und arbeitsaufwendig.Known mechanical seals of this type have keys, threaded pins, conical springs or similar as driving elements for transmitting the torque. Disassembly and in particular cleaning of such mechanical seals is time-consuming and labor-intensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringdichtung der genannten Art derart weiterzubilden, daß eine einfache Montage und Demontage bei guter Reinigungsmöglichkeit und Sterilisierbarkeit gegeben ist.The invention is based on the object of developing a mechanical seal of the type mentioned in such a way that it can be simple assembled and disassembled while being easy to clean and sterilize.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved according to the invention according to the characterizing features of claim 1.

Die über den elastischen Innenring erfolgende Drehmomentmitnahme aufgrund der vorgesehenen radialen Verpressung basiert ausschließlich auf Reibschluß. Dies bedeutet, daß die Gleitringdichtung ohne weitere Demontagearbeiten axial von der Welle abgezogen werden kann. Zur Montage der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung wird diese einfach axialThe torque transmission via the elastic inner ring due to the intended radial compression is based exclusively on frictional engagement. This means that the mechanical seal can be pulled axially off the shaft without any further disassembly work. To assemble the mechanical seal according to the invention, it is simply pulled axially

über die Welle geschoben, wobei aufgrund der radialen Verpressung der Sitz des Gleitrings auf der Welle gewährleistet ist. Die Anordnung eines im Mitnehmer gehaltenen Innenrings ermöglicht auch den Einsatz von chemisch inerten Werkstoffen.pushed over the shaft, whereby the radial compression ensures that the sliding ring sits on the shaft. The arrangement of an inner ring held in the driver also enables the use of chemically inert materials.

Bevorzugt ist der elastische Innenring nicht nur radial, sondern auch axial verpreßt, wozu der elastische Innenring zwischen dem Mitnehmer und einem Wellenbund eingespannt ist. Der Wellenbund - z. B. eines Laufrades - wird nach Aufstecken der Gleitringdichtung auf das Wellenende aufgesetzt und an diesem befestigt.Preferably, the elastic inner ring is compressed not only radially but also axially, whereby the elastic inner ring is clamped between the driver and a shaft collar. The shaft collar - e.g. of an impeller - is placed on the shaft end after the mechanical seal has been fitted and secured to it.

Bevorzugt überragt der elastische Innenring eine axiale Stirnseite des Mitnehmers und liegt mit seiner Stirnseite an einem Wellenbund dichtend an. Um eine möglichst große axiale Dichtfläche zu erhalten, ist vorgesehen, daß der elastische Innenring einen der Stirnseite des Mitnehmers vorgelagerten Ringflansch aufweist, dessen dem Mitnehmer abgewandte Seite am Wellenbund anliegt. Ein derartiger L-förmiger Innenring, der axial wie radial verpreßt ist, gewährleistet eine sichere Drehmomentübertragung und weist eine hohe Dichtsicherheit auf; er ist insbesondere auf dem Gebiet der Steriltechnik vorteilhaft einsetzbar.Preferably, the elastic inner ring projects beyond an axial end face of the driver and its end face is in sealing contact with a shaft collar. In order to obtain the largest possible axial sealing surface, the elastic inner ring is provided with a ring flange in front of the end face of the driver, the side of which facing away from the driver is in contact with the shaft collar. Such an L-shaped inner ring, which is pressed axially and radially, ensures secure torque transmission and has a high level of sealing reliability; it can be used particularly advantageously in the field of sterile technology.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.Further features of the invention emerge from the further claims, the description and the drawing, which shows an embodiment of the invention.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Gleitringdichtung im Schnitt dargestellt. Eine in einem Gehäuse 12 gelagerte Welle 10 weist an seinem aus dem Gehäuse 12 herausragenden Ende einen im Durchmesser erweiterten Abschnitt auf, an dem z. B. ein Laufrad 13 festlegbar ist. Um die Gehäuseöffnung 14 staub- und flüssigkeitsdicht zu verschließen, ist eine im wesentlichen zylindrische, das Ende derIn the drawing, a mechanical seal according to the invention is shown in section. A shaft 10 mounted in a housing 12 has a section with an enlarged diameter at its end protruding from the housing 12, to which, for example, an impeller 13 can be fixed. In order to seal the housing opening 14 in a dust- and liquid-tight manner, an essentially cylindrical seal is provided, the end of which

Welle 10 und dessen Befestigungsabschnitt 11 koaxial umgebende, Gleitringdichtung 20 angeordnet.A mechanical seal 20 is arranged coaxially surrounding the shaft 10 and its fastening section 11.

Die Gleitringdichtung besteht aus einem Gleitringträger 7, der ringartig ausgeführt ist und auf seiner dem Gehäuse 12 zugewandten Stirnseite 21 eine Ansenkung 22 aufweist, in der der Gleitring 1 gehalten ist. Der ringförmige Gleitring 1 überragt axial die Stirnseite 21 und liegt an der Stirnseite 23 eines gehäusefesten Gegenrings 2 an, der im Ausführungsbeispiel mittels einer Dichtmanschette 3 in einer Ansenkung 24 des Gehäuses 12 gehalten ist. Die Stirnseite 23 des Gegenrings 2 bildet die Dichtfläche, welche eine Ebene 26 bestimmt, auf der die Drehachse 25 der Welle 10 lotrecht steht.The mechanical seal consists of a mechanical seal carrier 7, which is designed in a ring-like manner and has a countersink 22 on its front side 21 facing the housing 12, in which the mechanical seal 1 is held. The ring-shaped mechanical seal 1 projects axially beyond the front side 21 and rests against the front side 23 of a housing-fixed countersink 2, which in the exemplary embodiment is held in a countersink 24 of the housing 12 by means of a sealing sleeve 3. The front side 23 of the countersink 2 forms the sealing surface, which determines a plane 26 on which the axis of rotation 25 of the shaft 10 is perpendicular.

In der der Stirnseite 21 des Gleitringträgers 7 entfernt liegenden Stirnseite 30 ist eine axiale Ausnehmung 31 eingearbeitet, durch die ein ringförmiger Aufnahmeraum für einen ringförmigen Mitnehmer 6 gebildet ist, der aus einem Metall oder aus einem geeigneten Kunststoff besteht. Der Mitnehmer 6 wird etwa über die Hälfte seiner axialen Länge in der Ausnehmung 31 aufgenommen. In der dem Boden 27 der . Ausnehmung 31 zugewandten Stirnseite des Mitnehmers 6 sind Mitnahmestifte 9 eingepreßt, die etwa parallel zur Drehachse 25 der Welle 10 liegen und den Boden 27 durchragen. Bevorzugt ragen die Mitnahmestifte 9 in die Ansenkung 22 und somit bis in den Gleitring 1. Es ist ausreichend, über den Umfang des Mitnehmers 6 einen Mitnahmestift 9 anzuordnen. Bevorzugt sind über den Umfang mehrere, z. B. drei bis fünf Mitnahmestifte vorgesehen, die in Umfangsrichtung in äquidistanten Abständen zueinander liegen. Zwischen dem Boden 27 und dem Mitnehmer 6 ist ferner zumindest eine Druckfeder 5 angeordnet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Schraubenfeder ausgebildet ist. Diese Schraubendruckfeder 5 ist bevorzugt in einer axialen Bohrung 33 angeordnet, welche in der dem Boden 27 zugewandten Stirnseite des Mitnehmers 6 vorgesehen ist. Bevorzugt sind über denAn axial recess 31 is machined into the end face 30 remote from the end face 21 of the sliding ring carrier 7, through which an annular receiving space is formed for an annular driver 6 made of a metal or a suitable plastic. The driver 6 is received in the recess 31 for approximately half of its axial length. Driving pins 9 are pressed into the end face of the driver 6 facing the bottom 27 of the recess 31, which are approximately parallel to the axis of rotation 25 of the shaft 10 and extend through the bottom 27. The driving pins 9 preferably extend into the countersink 22 and thus into the sliding ring 1. It is sufficient to arrange one driving pin 9 around the circumference of the driver 6. Several driving pins, e.g. B. three to five driving pins are provided, which are arranged at equidistant distances from one another in the circumferential direction. At least one compression spring 5 is also arranged between the base 27 and the driver 6, which in the embodiment shown is designed as a helical spring. This helical compression spring 5 is preferably arranged in an axial bore 33, which is provided in the end face of the driver 6 facing the base 27. Preferably,

Umfang des Mitnehmers 6 mehrere Schraubenfedern 5 vorgesehen, wobei die Schraubenfedern in Umfangsrichtung in äquidistanten Abständen zueinander liegen, um eine gleichmäßige Kraftbeaufschlagung des Mitnehmers 6 in Axialrichtung zu erzielen.A plurality of coil springs 5 are provided around the circumference of the driver 6, wherein the coil springs are arranged at equidistant distances from one another in the circumferential direction in order to achieve a uniform application of force to the driver 6 in the axial direction.

Zwischem dem Mitnehmer 6 und dem Gleitringträger 7 ist ferner ein Dichtring 4 angeordnet, der in der der Welle 10 bzw. dem Abschnitt 11 zugewandten Innenwand des Gleitringträgers 7 gehalten ist. Der Dichtring 4 ist bevorzugt ein O-Ring.A sealing ring 4 is also arranged between the driver 6 and the sliding ring carrier 7, which is held in the inner wall of the sliding ring carrier 7 facing the shaft 10 or the section 11. The sealing ring 4 is preferably an O-ring.

Im Mitnehmer 6 ist - ausgehend von seiner dem Gleitringträger 7 abgewandten Stirnseite 18 - ein Ringraum 28 ausgebildet, der zur Aufnahme eines elastischen Innenrings 8 vorgesehen ist. Der Ringraum 28 ist im Bodenbereich mit vergrößertem Durchmesser vorgesehen, wodurch eine Hinterschneidung 38 gebildet ist, in die der elastische Innenring 8 eingeknöpft ist. Durch die Hinterschneidung 38 ist der elastische Innenring 8 axial unverlierbar in dem zur Stirnseite 18 offenen Aufnahmeraum gehalten.In the driver 6 - starting from its front side 18 facing away from the sliding ring carrier 7 - an annular space 28 is formed, which is intended to accommodate an elastic inner ring 8. The annular space 28 is provided with an enlarged diameter in the base area, whereby an undercut 38 is formed, into which the elastic inner ring 8 is buttoned. The elastic inner ring 8 is held axially captive in the receiving space open to the front side 18 by the undercut 38.

Der elastische Innenring 8 überragt die Stirnseite 18 und liegt mit seiner dem Mitnehmer abgewandten Stirnseite 48 an einem Ringbund 15 an, der im gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Bund des Laufrades 13 gebildet ist. Bevorzugt ist der elastische Innenring mit einem Ringflansch 58 versehen, der der Stirnseite 18 vorgelagert ist und diese bevorzugt vollständig abdeckt. Der elastische Innenring hat so im Schnitt eine L-Form.The elastic inner ring 8 projects beyond the front side 18 and rests with its front side 48 facing away from the driver on an annular collar 15, which in the embodiment shown is formed by a collar of the impeller 13. Preferably, the elastic inner ring is provided with an annular flange 58, which is positioned in front of the front side 18 and preferably covers it completely. The elastic inner ring thus has an L-shape in section.

Auf der dem Laufradbund 15 zugewandten Stirnseite des elastischen Innenrings 8 sind konzentrisch zueinander liegende, ringförmige Dichtwulste 68 vorgesehen, welche am Laufradbund 15 anliegende Dichtkanten A bilden, die auch als zur Drehachse 25 rechtwinklig liegende Ringflächen ausgebildet sein können. Es ist mindestens ein kreisring-On the front side of the elastic inner ring 8 facing the impeller collar 15, concentrically arranged, ring-shaped sealing beads 68 are provided, which form sealing edges A adjacent to the impeller collar 15, which can also be designed as ring surfaces lying at right angles to the axis of rotation 25. At least one circular ring

förmiger Dichtwulst 68 auszubilden; bevorzugt sind mehrere konzentrisch zueinander liegende Dichtwülste vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Dichtwülste 68 vorgesehen .shaped sealing bead 68; preferably several sealing beads are provided that are concentric to one another. In the embodiment shown, two sealing beads 68 are provided.

Der aus einem Elastomer oder vorzugsweise einem geeigneten, insbesondere elastischen Kunststoff bestehende elastische Innenring 8 ist in der gezeigten Montagestellung der Gleitringdichtung 20 radial zwischen dem Wellenabschnitt und dem bevorzugt aus Metall bestehenden Mitnehmer 6 eingespannt, also radial verpreßt. Durch die Druckfedern 5 ist der elastische Innenring 8 auch axial kraftbeaufschlagt, wodurch die Dichtwülste 68 zwischen dem Mitnehmer 6 und dem Laufradbund 15 axial verpreßt sind. Bei Rotation der Welle 10 wird der elastische Innenring 8 aufgrund der radialen und bevorzugt auch axialen Verpressung drehmomentübertragend mitgenommen, weshalb der elastische Innenring 8, der Mitnehmer 6 und über die Mitnahmestifte 9 der Gleitringträger 7 und der Gleitring 1 in Drehrichtung mit der Welle rotieren. Die radiale und axiale Verpressung des elastischen Innenrings 8 zwischen dem Mitnehmer 6 und dem Wellenabschnitt 11 bzw. dem Laufradbund 15 gewährleistet eine sichere Drehmomentübertragung bei hoher Dichtfunktion.The elastic inner ring 8, which is made of an elastomer or preferably a suitable, particularly elastic plastic, is clamped radially between the shaft section and the driver 6, which is preferably made of metal, in the assembly position of the mechanical seal 20 shown, i.e. is radially compressed. The elastic inner ring 8 is also subjected to axial force by the compression springs 5, whereby the sealing beads 68 between the driver 6 and the impeller collar 15 are axially compressed. When the shaft 10 rotates, the elastic inner ring 8 is driven along in a torque-transmitting manner due to the radial and preferably also axial compression, which is why the elastic inner ring 8, the driver 6 and, via the driving pins 9, the mechanical seal carrier 7 and the mechanical seal 1 rotate in the direction of rotation with the shaft. The radial and axial compression of the elastic inner ring 8 between the driver 6 and the shaft section 11 or the impeller collar 15 ensures a secure torque transmission with a high sealing function.

Die im Ausführungsbeispiel gezeigte Drehmomentübertragung mittels des radial und axial verpreßten elastischen Innenrings basiert ausschließlich auf Reibschluß, wobei durch die dichte Anlage des Innenrings 8 an den zugeordneten radialen und axialen Flächen die Gleitringdichtung insbesondere auf dem Gebiet der Steriltechnik vorteilhaft einsetzbar ist. Dabei ist der auf die Dichtflächen wirkender Axialdruck durch die Druckfeder 5 und einem ggf. bestehenden Fluiddruck bestimmt. Zur Reinigung der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung wird das Laufrad 13 vom Wellenabschnitt 11 gelöst, wodurch die axiale Verpressung aufgehoben ist. Die Gleitringdichtung kann nun axial vom Wellenabschnitt 11 abgezogen werden, ohne daß hierzu besonderesThe torque transmission shown in the embodiment by means of the radially and axially pressed elastic inner ring is based exclusively on frictional engagement, whereby the tight contact of the inner ring 8 with the associated radial and axial surfaces makes the mechanical seal particularly suitable for use in the field of sterile technology. The axial pressure acting on the sealing surfaces is determined by the compression spring 5 and any existing fluid pressure. To clean the mechanical seal according to the invention, the impeller 13 is detached from the shaft section 11, whereby the axial compression is removed. The mechanical seal can now be pulled axially off the shaft section 11 without any special

Werkzeug notwendig wäre. Ist auch der Gegenring 2 mit einem gleichen oder größeren Durchmesser als der Wellenabschnitt 11 ausgebildet, kann dieser - sofern erforderlich - ohne Demontage der Welle 10, 11 axial abgezogen werden.tool would be necessary. If the counter ring 2 is also designed with a diameter equal to or larger than the shaft section 11, it can - if necessary - be pulled off axially without dismantling the shaft 10, 11.

Die abgezogene Gleitringdichtung 20 ist ohne Werkzeug in ihre Einzelteile zerlegbar und kann daher leicht gereinigt bzw. sterilisiert werden. Durch einfaches Zusammenstecken wird die Gleitringdichtung funktionsfähig zusammengebaut, um dann als Einheit axial auf den Wellenabschnitt 11 aufgeschoben zu werden. Durch die Montage des Laufrades liegt die Stirnseite 58 des elastischen Innenrings 8 am Ringbund 15 an und erfährt eine axiale Verpressung, da gegen die durch die Druckfedern 5 aufgebrachte Axialkraft der Mitnehmer 6 in die Aufnahme 31 verschoben wird. Im ausgebauten Zustand ist - bei entspannten Druckfedern 5 - die axiale Länge der Gleitringdichtung 20 größer als der Abstand zwischen der Stirnseite 23 des Gegenrings 2 und dem Laufradbund 15 im montierten Zustand.The removed mechanical seal 20 can be disassembled into its individual parts without tools and can therefore be easily cleaned or sterilized. The mechanical seal is assembled in a functional manner by simply plugging them together, and can then be pushed axially onto the shaft section 11 as a unit. When the impeller is installed, the front side 58 of the elastic inner ring 8 rests against the annular collar 15 and is axially compressed, since the driver 6 is pushed into the holder 31 against the axial force applied by the compression springs 5. In the removed state - with the compression springs 5 relaxed - the axial length of the mechanical seal 20 is greater than the distance between the front side 23 of the counter ring 2 and the impeller collar 15 in the installed state.

Claims

Patent Attorney ,··.;

Dipl.-lng. W. Jackisch &dgr; Parfn^i ::.:. . I
Menzelsir. 40 · 70192 Stuttgäsf.* &iacgr;

Hecker-Werke GmbH & Co.KG A 40 097/ksu Special factories for sealing

and friction elements June 3rd t99% Arthur-Hecker-Str. 1

71090 Weil im Schönbuch

Expectations

1. Mechanical seal for sealing a shaft (10, 11) rotating in a housing (12), consisting of a driver (6) which is operatively connected to the shaft (10, 11) for transmitting a torque, with a sliding ring carrier 7 which is coupled to the driver (6) in a rotationally fixed manner and holds a sliding ring (1) which, under the action of an axial force, axially rests against the sealing surface (23) of a housing-fixed counterpart (2) which is perpendicular to the axis of rotation (25), characterized in that the driver (6) carries an elastic inner ring (8) which is radially pressed between the driver (6) and the shaft (10, 11).

2. Mechanical seal according to claim 1,

characterized in that the elastic inner ring (8) is axially pressed between the driver (6) and a shaft collar (15).

3. Mechanical seal according to claim 1 or 2,

characterized in that the elastic inner ring (8) projects beyond an axial end face (18) of the driver (6) and rests with its end face (48) sealingly against a shaft collar (15).

4. Mechanical seal according to claim 3,

characterized in that the elastic inner ring (8) has a front side (18) of the driver (6) in front of

ring flange (58), the side of which facing away from the driver (6) rests against the shaft collar (15).

5. Mechanical seal according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one annular sealing bead (68) is provided on the axial end face (48) of the elastic inner ring (8).

6. Mechanical seal according to one of claims 1 to 5, characterized in that the elastic inner ring (8) is held axially immovably in the driver (6).

7. Mechanical seal according to one of claims 1 to 6, characterized in that the elastic inner ring (8) is buttoned into a receptacle (28) of the driver (6).

8. Mechanical seal according to one of claims 1 to 7, characterized in that the driver (6) consists of a plastic, preferably of metal.

9. Mechanical seal according to one of claims 1 to 8, characterized in that the elastic inner ring consists of an elastic plastic, preferably an elastomer.