JP5376892B2 - 高圧範囲用のシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念による特に高圧範囲用、好ましくはＣＯ_２コンプレッサに使用するためのシール装置に関する。

特に高圧用途に使用されるような公知のシール装置では、摺動リングシールが使用される。カウンタリングと摺動リングとの間のシールギャップにより、媒体の流出がシールされる。しかし、特にカウンタリング及び摺動リングの摺動面の慣らし時間中に、まだ慣らされていない摺動面のためより大きな漏れが生じる問題がある。この理由から、摺動リングは、シールギャップの密封性を高めるために、相応する大きな力でカウンタリングに対し押圧される。しかし、増大した押付け力は摺動リング相手部材のより高い摩耗をもたらす。

本発明の課題は、特に摺動リングシールの摺動リング及びカウンタリングの摺動面の慣らし時間に、高い密封性が保証されるように、同一範疇のシール装置を形成することである。

上記課題は、同一範疇のシール装置の場合、本発明に従って請求項１の特徴によって解決される。

本発明によるシール装置の場合、追加のシールリップによって、装置の気密性が高められる。特にカウンタリング及び摺動リングの摺動面の慣らし時間中に、シールリップが特に有利に作用するが、この理由は、シールリップが、場合によってはシールギャップを通り抜ける媒体を確実に捕捉するからである。シールリップのため、摺動リングシールの両方の摺動相手部材を互いに押圧する押付け力は、比較的小さいことが可能であり、この結果、摺動リング相手部材の摩耗も相応して小さい。

本発明のさらなる特徴が、別の請求項、詳細な説明及び図面から得られる。

図面に示したいくつかの実施形態を参照して、本発明について次に詳細に説明する。

図１は、従来技術による摺動リングシールの形態のシール装置を示している。摺動リングシールは、高圧用途、特にＣＯ_２コンプレッサ用に提供される。シール装置は、ハウジング２の取付け空間１にある。取付け空間１を通して、シャフトのようなシールされるべき回転機械部分３が突出する。シール装置はカウンタリング４を有し、このカウンタリングに、少なくとも１つの圧力ばね５の力を受けて摺動リング６が密接して当接する。摺動リングは、僅かな間隔で機械部分３を囲み、また内側に、連行リング８が着座するリング状の凹部７を備え、この連行リングにより、摺動リング６が機械部分３に回転不能に固定される。連行リング８は例えばゴムからなり、取付け状態で、確保リング９によって凹部７に確保される。連行リング８は、カウンタリング４に面する半径方向端壁１０に当接する。確保リング９に、圧力ばね５の一方の端部が当接し、圧力ばねの他方の端部は機械部分３の半径方向肩部１１に支持される。半径方向肩部１１は、軸方向の間隔をもって摺動リング６に対し位置する。

カウンタリング４は、間隔をもって機械部分３を囲み、またカウンタリングの外側の外被面に、摺動リング６の凹部７と正反対に軸方向に開口する凹部１２を有する。凹部１２に、取付け空間１の壁部１４においてカウンタリング４の静的な密封を形成するシールリング１３が着座する。シールリング１３は、凹部１２の半径方向端壁１５に当接する。シールリング１３の軸方向に対向する前面に、機械部分３が突出する中央開口部を有する支持プレート１７のリング状の突出部１６が当接する。開口部１８の直径は、開口部１８の領域の機械部分の外径よりも大きい。支持プレート１７は、取付け空間１の内壁１４の環状溝２０に係合する確保リング１９によって軸方向に確保される。

取付け空間１は、摺動リング６の領域でカウンタリング４の領域よりも大きな直径を有する。カウンタリング４及び摺動リング６は、本実施例では、同一の外径と内径を有する。カウンタリング４の内側周囲面には、支持プレート１７の方向に開口する別のリング状の凹部２１が設けられる。

図２によるシール装置の場合、密封を改良するために、半径方向の予応力を受けるシール縁部２３で機械部分３に載置するシールリップ２２が設けられる。シールリップ２２は、カウンタリング４の凹部２１内に突出する。

シールリップ２２は、両方の側面２６、２７で支持プレート１７をそれらの半径方向幅の部分にわたって覆う２つの保持部２４、２５と一体形成される。両方の保持部２４、２５は、支持プレート１７の開口部１８の縁部を覆うリング状の中間層２８によって互いに結合される。その他、このシール装置は図１の装置と同一に形成されるので、図２によるシール装置の別の構造については図１の説明を参照することができる

シールリップ２２、保持部２４、２５及び中間層２８は、シール目的のために通常の材料から、例えば、エラストマプラスチックから、ゴム又はゴムと同様の材料等から構成される。シールリップ２２は、特にカウンタリング４及び摺動リング６の摺動面２９、３０の慣らし時間中に、静的及び動的な気密性の向上をもたらす。この場合、シールリップ２２により、摺動面２９、３０の間を通り抜ける媒体が外側に達することが防止される。シールリップ２２は、支持プレート１７の部分であるので、非常に廉価な仕様が得られる。さらに、シールリップ２２の空間の必要性は小さい。摺動リングシールには、シールリップ２２が後接続されるので、カウンタリング４と摺動リング６との間の圧力ばね５によって発生される軸方向の押付け力を低減することができるが、この理由は、場合によって摺動面２９、３０の間を通り抜ける漏れがシールリップ２２によって捕捉されるからである。シールリップ２２を使用することにより、空気側のオイルカーボン形成も低減される。

図３によるシール装置の場合、シールリップ２２は、保持部２５を介してシールリング１３と一体形成される。それに応じて、保持部２５は、支持プレート１７の側面２７を覆う。支持プレート１７のリング状の突出部１６も、その円筒状の内側３１で完全に覆われる。その他、図３によるシール装置は、図２に対応する実施例と同一に形成される。

静的なシールリング１３はシールリップ２２と一体形成されるので、シール装置の特に簡単な製造が達成されるが、この理由は、支持プレート１７において一作業工程で、保持部２４、２５を有するシールリップ２２及びシールリング１３の両方を製造することができるからである。これによって、シールリップ２２及びシールリング１３の両方が支持プレート１７に存在し、組立段階で支持プレートと共に取り付けられるのでシール装置の組立も単純化される。シールリング１３は別個の構成要素ではないので、シールリングは失われることもない。

図４によるシール装置は、図３による実施例に本質的に対応する。シールリップ２２は、再び保持部２４、２５及びシールリング１３と一体形成される。さらに、確保リング１９と支持プレート１７との間に、外側面２６で支持プレート１７を完全に覆う圧力支持部３２がある。圧力支持部３２は、機械部分３の近くまで延び、圧力支持部は、僅かな半径方向間隔でスリーブ部分３３と共に機械部分を囲む。保持部２４及び中間層２８は、圧力支持部３２によって覆われ、そのスリーブ部分３３は円錐状の前面３４を有する。前面は、シールリップ２２の機械部分３に面する円錐面が前面３４に平坦に当接するように形成される。スリーブ部分３３は、シールリップ２２のシール縁部２３から間隔を空けて終端し、この結果、スリーブ部分は、十分な半径方向力で機械部分３に密接して当接することができる。

弾性材料からなる圧力支持部３２のため、高い圧力の場合にシールリップ２２の最適な支持が保証され、これによって、シールリップ２２の寿命が実質的に高められる。圧力支持部３２及びシールリップ２２は、異なる材料から構成されるので、両方の要素をそれらのそれぞれの使命に最適に適合させることができる。圧力支持部３２は、特に金属、プラスチック等から構成される。

図５は、ハウジング２の取付け空間１の組立スリーブ３５を用いて押し込まれる図３によるシール装置を示している。組立スリーブ３５は、薄肉に形成される管状突出部３６を有する。組立スリーブは、それが機械部分３とカウンタリング４ならびに摺動リング６との間に差し込まれことができるような壁厚を有する。

組立の前に、管突出部２６の上に、シールリップ２２を有する支持プレート１７、カウンタリング及び摺動リング６が差し込まれる。この場合、シールリップ２２は弾性的に変形させられる。突出部３６は、シールリップが連行リング８から僅かな間隔で終端する程度に長い。管突出部３６から押込み部３７への移行部で、組立スリーブ３５に、保持部２４に当接する半径方向当接面３８が設けられる。この押込み部３７の外径は、確保リング１９の開口部３９よりも小さく、この結果、シール装置の問題のない組立が保証される。

組立スリーブ３５は、シール装置を取付け空間１に押し込むことができるために、十分な剛性を有する散水性のプラスチックから構成される。

管突出部３６は、支持プレート１７、カウンタリング４及び摺動リング６が小さな予応力の下に管突出部３６に着座するように形成することができる。このことは、輸送及び組立中にこれらの要素が互いに移動されることができない利点を有する。これによって、特に、シールギャップは、カウンタリング４と摺動リング６との間で閉じられたままであり、この結果、シール面は汚れることがない。

支持プレート１７、カウンタリング４及び摺動リング６を管突出部３６の上に引いた後、シール装置は機械部分３に移動される。組立スリーブ３５により、シール装置は取付け空間１に押入され、この場合、カウンタリング４の外側の円筒外被面４０は取付け空間１の壁部１４と接触する。取付け状態で、カウンタリング４は、プレスばめで孔１に位置する。シールリング１３は、カウンタリング４の外側の外被面４０の領域の静的なシールを確実にする。組立スリーブ３５が機械部分３に移動される前に、圧力ばね５及び連行リング８が確保リング９と共に機械部分３に差し込まれる。これらは、組立工程において、摺動リング６によってこれらの取付け状態に置かれる。

確保リング１９の開口部３９は組立スリーブ３５よりも大きいので、押込み工程が終了すると、組立スリーブ３５を介して確保リング１９を移動させて、環状溝２０に係合させることができる。確保リング１９が取り付けられると、組立スリーブ３５が引き戻される。

組立スリーブ３５を用いて、摺動リングシール４、６の全体を一作業工程で非常に簡単に取り付けることができる。シール面及び／又はシール縁部は、必要な場合、予め潤滑油を塗布することができる。簡単な取付けのため、組立の際の故障の可能性は非常に小さい。

対応する形態では、組立スリーブにより、シール装置の自動組立さえも可能である。さらに、組立スリーブ３５はまた、確保リング１９を収容するように形成することができる。この場合、シール装置を押し込んだ後、別の組立段階で確保リング１９を取り付けることは不必要である。

組立スリーブ３５の半径方向当接面３８は、当該当接面が中間層２８への移行部で保持部２４を軸方向に支持するように形成される。

組立スリーブ３５は、その周囲にわたって分布して、有利に軸方向導通開口部４１を備えることができ、この開口部は、組立スリーブ３５の円周にわたって分布して押込み部３７に配置される。

組立スリーブ３５は、シール装置の組立の際に破壊する必要はなく、シールされるべき機械部分３から問題なく抜き取ることができるので、複数回使用可能である。

図６は、シールリップ２２を軸方向にシールするシール装置を示している。シールリップは、カウンタリング４と摺動リング６との間の動的なシールギャップ４３の外側の半径方向領域の摺動リング６の半径方向摺動面３０に当接する。カウンタリング４は、先行の実施例と異なり、半径方向内側に開口する凹部２１をもはや有せず、カウンタリング４の摺動面２９に設けられる凹部４４を有する。凹部４４は、半径方向外側に開口する。支持プレート１７のリング状の突出部１６は、カウンタリング４の外側の円筒状外被面４５に当接する。突出部１６は、外被面４５のほぼ半分の軸方向幅にわたって延び、この外被面で突出部１６に隣接してシールリング１３が載置する。シールリングは、シールリップ２２と一体形成される。

凹部４４には、軸方向断面図がＬ字状の支持体４６があり、凹部４４を境界付ける両方の壁部に当接して、シールリップ２２を支持する。その他、シール装置は、先行の実施形態の場合と同一に形成される。

支持体４６の半径方向に延びる部分４７は、カウンタリング４の外被面４５を越えて僅かに突出する。支持体４６の軸方向のリング状の部分４８は、摺動リング６から僅かな間隔を空けて終端する。半径方向部分４７は、シールリング１３又はシールリップ２２の材料によって覆われる。

シールリップ２２は、特にカウンタリング４及び摺動リング６の両方の摺動面２９、３０の慣らし時間中に、高い動的な密封を保証する。先行の実施形態と異なり、シールリップ２２が摺動リングシールのシールギャップに前接続されるので、シールされるべき媒体のシールギャップ４３への通過が防止される。まさに摺動面２９、３０の慣らし時間において、シールされるべき媒体のシールギャップ４３への進入が防止されるので、シールリップ２２のこの状態には利点がある。シールリップ２２はシールリング１３と一体形成されるので、廉価な仕様が得られる。さらに、空間の必要性が最小にされる。シールリップ２２のため、圧力ばね５によって摺動リング６をカウンタリング４に対し押圧する押付け力も低減することができるが、この理由は、シールギャップ４３に追加してシールリップ２２が密封に寄与するからである。

シール装置の組立のために、説明した方法で組立スリーブ３５（図５）を使用することができる。

図７によるシール装置の場合、カウンタリング４の内側の円筒外被面４９に、摺動リング６に対し開口する凹部５０が設けられ、この凹部にシールリップ２２が格納される。シールリップは、シールギャップ４３の外側の領域で、摺動リング６の摺動面３０に密接して当接する。シールされるべき機械部分３に対し、シールリップ２２は、Ｌ字状の断面を有する支持体５１によって覆われる。支持体５１は、間隔をもって機械部分３を囲むスリーブ部分５２を有する。スリーブ部分５２は、凹部５０の半径方向端壁５４に当接する外側に向けられた半径方向部分５３に移行する。支持体５１によって、シールリップ２２は圧力に対抗して支持され、この結果、高い押圧の場合にもシール装置を使用することができる。シールリップ２２は、特にカウンタリング４及び摺動リング６の摺動面２９、３０の慣らし時間中に、静的及び動的な気密性の向上のために使用される。シールリップ２２は、カウンタリング４の断面の内部に格納されるので、シールリップ用の追加の取付け空間は不必要である。これによって、シール装置の必要スペースは小さくて済む。この場合、シール装置は廉価に製造することができる。カウンタリング４と摺動リング６との間のシールギャップ４３に、シールリップ２２が後接続されるので、圧力ばね５によって摺動リング６をカウンタリング４に対し押圧する押付け力を低減することができる。先行の実施例の場合のように、記載したシール装置の形成に基づき、空気側のオイルカーボン形成が低減される。

支持体５１は、半径方向内側にカウンタリング４を越えて突出しないように、カウンタリング４の凹部５０に格納される。これによって、シール装置の組立のために、組立スリーブ３５を使用することができる。

従来技術によるシール装置の軸方向断面図である。 本発明によるシール装置の様々な実施形態の図１に対応する図面である。 本発明によるシール装置の様々な実施形態の図１に対応する図面である。 本発明によるシール装置の様々な実施形態の図１に対応する図面である。 本発明によるシール装置の様々な実施形態の図１に対応する図面である。 本発明によるシール装置の様々な実施形態の図１に対応する図面である。 本発明によるシール装置の様々な実施形態の図１に対応する図面である。

符号の説明

１ 取付け空間
２ ハウジング
３ 回転機械部分
４ カウンタリング
５ 圧力ばね
６ 摺動リング
７ 凹部
８ 連行リング
９ 確保リング
１０ 半径方向端壁
１１ 半径方向肩部
１２ 凹部
１３ シールリング
１４ 壁部
１５ 半径方向端壁
１６ 突出部
１７ 支持プレート
１８ 開口部
１９ 確保リング
２０ 環状溝
２１ 凹部
２２ シールリップ
２３ シール縁部
２４、２５ 保持部
２６、２７ 側面
２８ 中間層
２９、３０ 摺動面
３１ 円筒状の内側
３２ 圧力支持部
３３ スリーブ部分
３４ 円錐状の前面
３５ 組立スリーブ
３６ 管状突出部
３７ 押込み部
３８ 半径方向当接面
３９ 開口部
４０ 円筒外被面
４１ 軸方向導通開口部
４３ シールギャップ
４４ 凹部
４５ 円筒状外被面
４６ Ｌ字状の支持体
４７ 半径方向部分
４８ 軸方向のリング状の部分
４９ 円筒外被面
５０ 凹部
５１ Ｌ字状の断面を有する支持体
５２ スリーブ部分
５３ 半径方向部分
５４ 半径方向端壁

Claims (5)

1. 静的なカウンタリング（４）と回転性の機械部分（３）に回転不能に固定された摺動リング（６）を有する摺動リング装置を備えた、高圧範囲用のシール装置にして、
   前記カウンタリング（４）及び前記摺動リング（６）が、前記カウンタリング（４）及び前記摺動リング（６）の半径方向端壁である摺動面（２９、３０）にて、当接し、且つ、半径方向領域に存在するシールギャップ（４３）を形成し、前記摺動リング（６）が前記カウンタリング（４）に対して押付けられており、それにより前記カウンタリング（４）がシール装置の取付け空間（１）の内壁（１４）に密接して当接するシールリング（１３）によって取り囲まれており、また、少なくともひとつのシールリップ（２２）を有するシール装置において、
   前記カウンタリング（４）が支持プレート（１７）によって軸方向に確保されており、前記支持プレート（１７）は前記シールリング（１３）に軸方向で並び、前記支持プレート（１７）には前記シールリップ（２２）が固定されており、前記シールリップ（２２）が前記シールギャップ（４３）に後接続されていることを特徴とするシール装置。
2. 前記シールリング（１３）の中間層の下の前記支持プレート（１７）が前記カウンタリング（４）に当接することを特徴とする、請求項１に記載のシール装置。
3. 前記シールリップ（２２）が、シールされるべき回転する機械部分（３）に当接することを特徴とする、請求項１又は２に記載のシール装置。
4. 前記シールリップ（２２）が前記シールリング（１３）と一体形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール装置。
5. 前記シールリップ（２２）が前記カウンタリング（４）の凹部（２１、４４）に係合することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシール装置。

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