JPH04272582A - ガスを遮断する軸用非接触パッキン装置 - Google Patents
ガスを遮断する軸用非接触パッキン装置Info
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- JPH04272582A JPH04272582A JP2405363A JP40536390A JPH04272582A JP H04272582 A JPH04272582 A JP H04272582A JP 2405363 A JP2405363 A JP 2405363A JP 40536390 A JP40536390 A JP 40536390A JP H04272582 A JPH04272582 A JP H04272582A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
- F16J15/3408—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
- F16J15/3412—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities
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- Sealing Devices (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パッキンケーシング、
パッキンケーシング内に配置されたステータパッキンリ
ング、及び軸上に配置された軸に固定のロータパッキン
リングが設けられており、両方のパッキンリングのパッ
キン端面が、互いにガス遮断部をはさんでパッキンギャ
ップを有するように作用し、ロータパッキンリングが、
熱伝導度の高いかつ弾性係数の大きいかつ硬度の大きい
材料から成り、かつステータパッキンリングが、パッキ
ンケーシングの軸側シリンダ部に対して動作状態におい
てかつ所定の動作差圧のもとで動作リングギャップを有
し、この動作リングギャップが、ゴム又はプラスチック
から成る密閉Ｏリングによって密閉されており、かつ少
なくとも押付けばねによる所定の押付け力でガス遮断部
に押付けられている、ガスを遮断する軸用非接触パッキ
ン装置に関する。このようなパッキン装置において、前
記動作リングギャップと構造上設けた組立てリングギャ
ップとは相違している。動作リングギャップは、密閉す
べき動作差圧の影響を受けて組立てた状態におけるいわ
ゆるたわみにより組立てリングギャップから広がる。こ
のようなガスを遮断する非接触パッキン装置の構成は、
明らかに特殊なパッキン目的を考慮してその他に既存の
構造理論に従って行われ、しかもこの問題に関して１９
２５年以来工学を発展させてきた適当な方法を用いて行
われる。適当な硬質ハッキン材料は、例えば文献「ＶＤ
Ｉ−ツァイトシュリフト」１０２（１９６０）、Ｎｏ．
１８、第７２８〜７３２頁に記載されている。
パッキンケーシング内に配置されたステータパッキンリ
ング、及び軸上に配置された軸に固定のロータパッキン
リングが設けられており、両方のパッキンリングのパッ
キン端面が、互いにガス遮断部をはさんでパッキンギャ
ップを有するように作用し、ロータパッキンリングが、
熱伝導度の高いかつ弾性係数の大きいかつ硬度の大きい
材料から成り、かつステータパッキンリングが、パッキ
ンケーシングの軸側シリンダ部に対して動作状態におい
てかつ所定の動作差圧のもとで動作リングギャップを有
し、この動作リングギャップが、ゴム又はプラスチック
から成る密閉Ｏリングによって密閉されており、かつ少
なくとも押付けばねによる所定の押付け力でガス遮断部
に押付けられている、ガスを遮断する軸用非接触パッキ
ン装置に関する。このようなパッキン装置において、前
記動作リングギャップと構造上設けた組立てリングギャ
ップとは相違している。動作リングギャップは、密閉す
べき動作差圧の影響を受けて組立てた状態におけるいわ
ゆるたわみにより組立てリングギャップから広がる。こ
のようなガスを遮断する非接触パッキン装置の構成は、
明らかに特殊なパッキン目的を考慮してその他に既存の
構造理論に従って行われ、しかもこの問題に関して１９
２５年以来工学を発展させてきた適当な方法を用いて行
われる。適当な硬質ハッキン材料は、例えば文献「ＶＤ
Ｉ−ツァイトシュリフト」１０２（１９６０）、Ｎｏ．
１８、第７２８〜７３２頁に記載されている。
【０００２】
【従来の技術】初めに述べたような公知のパッキン装置
において（ヨーロッパ特許第００１３６７８号明細書）
、凹所は、適当なパッキンリングの少なくとも１つの周
エッジから出発したスパイラル溝である。ロータパッキ
ンリングだけは、熱伝導度の高いかつ弾性係数の大きい
かつ硬度の高い材料から成る。ステータパッキンリング
は、必然的に弾性係数の比較的小さいかつ硬度の低い材
料、すなわち熱伝導度があまり優れていない炭素から成
る。パッキン端面の表面あらさと空げき容積については
、特別な値は設定されていない。この公知のパッキン装
置のステータパッキンリングの比較的小さな弾性係数と
熱伝導度の結果、パッキン装置の動作温度により生じる
ねじり変形、いわゆる折返しが生じる。実際に軸線方向
における温度差は２５℃及びそれ以上になる。ステータ
パッキンリングのこのようなねじり変形は、パッキン特
性に不利な影響を及ぼし、かつ動作中のパッキン面の不
可避の接触のため両方のパッキンリングの、従ってパッ
キン装置全体の寿命に不利な影響を及ぼす。それ故に初
めに述べたような公知の装置の範囲内では配置と構成は
次のようになっている。すなわちねじり変形に抗するモ
ーメントが、パッキンギャップにおける、すなわちガス
遮断部における圧力分散により生じる。そのため凹所が
送り作用を有しかつポンプ作用を生じるスパイラル溝で
あり、かつ少なくともロータパッキンリングに配置され
たスパイラル溝がパッキン端面の周だけから出発しかつ
ダム又はウエブにおいて終っていることは、必然的に不
可欠であり、その場合スパイラル溝の深さ、いわゆるウ
エブ幅の割合及び重量に関して、所定の数値パラメータ
を維持しなければならない。これら強制的な処置を実現
した場合でさえ、得られた効果は不満足なものである。 所望のバランスは、あらゆる動作状態において存在する
わけではない。パッキン端面の面平行度は、復帰によっ
ては最大７０％までしか回復しない。これらすべてのこ
とは、公知の処置が（負荷容量、安定度、摩擦モーメン
トのような）パッキンの潤滑工学的特性を考慮しておら
ず、一方その結果生じる欠点がステータパッキンリング
のねじり変形の復帰の試みによって十分には補償できな
いということに基づいている。その他に公知の構成おけ
る前記関係の結果、障害となる程高い漏れ速度が生じ、
この漏れ速度は、軸の、従ってロータパッキンリングの
回転速度の増加と共にスパイラル溝のポンプ作用のため
大幅に増加し、かつ不完全でしかない復帰によりさらに
増加する。
において（ヨーロッパ特許第００１３６７８号明細書）
、凹所は、適当なパッキンリングの少なくとも１つの周
エッジから出発したスパイラル溝である。ロータパッキ
ンリングだけは、熱伝導度の高いかつ弾性係数の大きい
かつ硬度の高い材料から成る。ステータパッキンリング
は、必然的に弾性係数の比較的小さいかつ硬度の低い材
料、すなわち熱伝導度があまり優れていない炭素から成
る。パッキン端面の表面あらさと空げき容積については
、特別な値は設定されていない。この公知のパッキン装
置のステータパッキンリングの比較的小さな弾性係数と
熱伝導度の結果、パッキン装置の動作温度により生じる
ねじり変形、いわゆる折返しが生じる。実際に軸線方向
における温度差は２５℃及びそれ以上になる。ステータ
パッキンリングのこのようなねじり変形は、パッキン特
性に不利な影響を及ぼし、かつ動作中のパッキン面の不
可避の接触のため両方のパッキンリングの、従ってパッ
キン装置全体の寿命に不利な影響を及ぼす。それ故に初
めに述べたような公知の装置の範囲内では配置と構成は
次のようになっている。すなわちねじり変形に抗するモ
ーメントが、パッキンギャップにおける、すなわちガス
遮断部における圧力分散により生じる。そのため凹所が
送り作用を有しかつポンプ作用を生じるスパイラル溝で
あり、かつ少なくともロータパッキンリングに配置され
たスパイラル溝がパッキン端面の周だけから出発しかつ
ダム又はウエブにおいて終っていることは、必然的に不
可欠であり、その場合スパイラル溝の深さ、いわゆるウ
エブ幅の割合及び重量に関して、所定の数値パラメータ
を維持しなければならない。これら強制的な処置を実現
した場合でさえ、得られた効果は不満足なものである。 所望のバランスは、あらゆる動作状態において存在する
わけではない。パッキン端面の面平行度は、復帰によっ
ては最大７０％までしか回復しない。これらすべてのこ
とは、公知の処置が（負荷容量、安定度、摩擦モーメン
トのような）パッキンの潤滑工学的特性を考慮しておら
ず、一方その結果生じる欠点がステータパッキンリング
のねじり変形の復帰の試みによって十分には補償できな
いということに基づいている。その他に公知の構成おけ
る前記関係の結果、障害となる程高い漏れ速度が生じ、
この漏れ速度は、軸の、従ってロータパッキンリングの
回転速度の増加と共にスパイラル溝のポンプ作用のため
大幅に増加し、かつ不完全でしかない復帰によりさらに
増加する。
【０００３】前記公知の構成において温度により生じか
つ差圧により生じるねじり変形が許容され、かつそれど
ころかガス遮断部における前記圧力分散によって復帰し
ようとするステータパッキンリングの面慣性モーメント
の処理によって誘発されるということは、別の障害とな
る欠点を生じる。すなわち前記ねじりによれば力学的法
則により、ステータパッキンリングがねじりを受けた場
合にしかもガス遮断部における圧力分散によるこのねじ
りの復帰を考慮しない場合に生じる動作リングギャップ
よりも組立てリングギャップをかなり大きくしなければ
ならないようになる。パッキン装置の種々の動作状態に
おける組立てリングギャップと動作リングギャップの比
及び組立てリングギャップの寸法については復帰は重要
ではない。なぜなら温度により生じ変形とパッキン装置
の動作状態に依存する復帰は同時に行われるのではなく
、他方においてロータパッキンリングとステータパッキ
ンリングのパッキン端面における接触が常に確実に起こ
らないようにしなければならないからである。実際には
前記構成のパッキン装置のあらゆる通常の直径比におい
て、組立てリングギャップのギャップの厚さは０．４又
は０．５ｍｍの付近にある。このリングギャップの厚さ
は、動作差圧が生じた際にもゴム又はプラスチックから
成るＯリングによって支配しなければならず、しかも始
動状態においてまだ最終的な温度分布が設定されていな
い場合にでも、温度分布の最終的な設定後に所望の復帰
が多少なりとも完全に行われた場合にも、支配しなけれ
ばならない。従って公知の構成においてショア材料硬度
に関してＯリングは、動作差圧によってほぼ０．４又は
０．５ｍｍの組立てリングギャップに相当するリングギ
ャップ内に押込まれず、かついわゆる押出しによってあ
まりに早くこわれないように構成される。公知の構成に
おいてＯリングは相応して硬く構成されている。その材
料硬度は、ＤＩＮ５３５０５によるショアＡで９０及び
それ以上になっている。それにもかかわらず公知の構成
によれば、用途によりパッキン装置全体に対して数千動
作時間の通常の寿命が望まれる場合、８０以上又は最大
１００バールの動作差圧は実際には存在できない。他方
において経験上１００バールを大幅に越える高い動作差
圧用の、初めに述べた基本構成のパッキン装置もますま
す望まれている。それに対して公知の構成において、ス
テータパッキンリングとパッキンケーシングのシリンダ
部の間のリングギャップの前に硬度の大きいＯリングに
よりパッキン装置全体の動作障害が生じる。実際には前
記構成のパッキン装置では、ロータパッキンリングを有
する軸が、完全に円形に回転することはなく、かつ接続
したケーシング部品を含むステータパッキンリングに対
して完全に同軸的に回転することはない。その結果、ス
テータパッキンリングに誘発される振動を生じることが
ある。その点において前記動作リングギャップにおいて
（動作中にどのくらいの大きさに設定されているかに関
係なく）、パッキン作用に害を及ぼすことなく、所定の
遊びを実現しなければならない。材料硬度の大きなＯリ
ングを実現した場合、このＯリングは、ステータパッキ
ンリングの誘発された運動に追従せず、かつ前記シリン
ダ部とステータパッキンリングの間のリングギャップに
おいてもガス遮断部においても、パッキン作用に不利な
影響を及ぼして前記の遊びを害する。その他にロータパ
ッキンリングとステータパッキンリングにおけるパッキ
ン端面の間に不利な接触が生じることがある。
つ差圧により生じるねじり変形が許容され、かつそれど
ころかガス遮断部における前記圧力分散によって復帰し
ようとするステータパッキンリングの面慣性モーメント
の処理によって誘発されるということは、別の障害とな
る欠点を生じる。すなわち前記ねじりによれば力学的法
則により、ステータパッキンリングがねじりを受けた場
合にしかもガス遮断部における圧力分散によるこのねじ
りの復帰を考慮しない場合に生じる動作リングギャップ
よりも組立てリングギャップをかなり大きくしなければ
ならないようになる。パッキン装置の種々の動作状態に
おける組立てリングギャップと動作リングギャップの比
及び組立てリングギャップの寸法については復帰は重要
ではない。なぜなら温度により生じ変形とパッキン装置
の動作状態に依存する復帰は同時に行われるのではなく
、他方においてロータパッキンリングとステータパッキ
ンリングのパッキン端面における接触が常に確実に起こ
らないようにしなければならないからである。実際には
前記構成のパッキン装置のあらゆる通常の直径比におい
て、組立てリングギャップのギャップの厚さは０．４又
は０．５ｍｍの付近にある。このリングギャップの厚さ
は、動作差圧が生じた際にもゴム又はプラスチックから
成るＯリングによって支配しなければならず、しかも始
動状態においてまだ最終的な温度分布が設定されていな
い場合にでも、温度分布の最終的な設定後に所望の復帰
が多少なりとも完全に行われた場合にも、支配しなけれ
ばならない。従って公知の構成においてショア材料硬度
に関してＯリングは、動作差圧によってほぼ０．４又は
０．５ｍｍの組立てリングギャップに相当するリングギ
ャップ内に押込まれず、かついわゆる押出しによってあ
まりに早くこわれないように構成される。公知の構成に
おいてＯリングは相応して硬く構成されている。その材
料硬度は、ＤＩＮ５３５０５によるショアＡで９０及び
それ以上になっている。それにもかかわらず公知の構成
によれば、用途によりパッキン装置全体に対して数千動
作時間の通常の寿命が望まれる場合、８０以上又は最大
１００バールの動作差圧は実際には存在できない。他方
において経験上１００バールを大幅に越える高い動作差
圧用の、初めに述べた基本構成のパッキン装置もますま
す望まれている。それに対して公知の構成において、ス
テータパッキンリングとパッキンケーシングのシリンダ
部の間のリングギャップの前に硬度の大きいＯリングに
よりパッキン装置全体の動作障害が生じる。実際には前
記構成のパッキン装置では、ロータパッキンリングを有
する軸が、完全に円形に回転することはなく、かつ接続
したケーシング部品を含むステータパッキンリングに対
して完全に同軸的に回転することはない。その結果、ス
テータパッキンリングに誘発される振動を生じることが
ある。その点において前記動作リングギャップにおいて
（動作中にどのくらいの大きさに設定されているかに関
係なく）、パッキン作用に害を及ぼすことなく、所定の
遊びを実現しなければならない。材料硬度の大きなＯリ
ングを実現した場合、このＯリングは、ステータパッキ
ンリングの誘発された運動に追従せず、かつ前記シリン
ダ部とステータパッキンリングの間のリングギャップに
おいてもガス遮断部においても、パッキン作用に不利な
影響を及ぼして前記の遊びを害する。その他にロータパ
ッキンリングとステータパッキンリングにおけるパッキ
ン端面の間に不利な接触が生じることがある。
【０００４】
【発明の目的】本発明の課題は、公知の構成よりも著し
く高い圧力に対して、例えば３００又はそれどころか５
００バールまでの動作差圧に対して使用可能であり、し
かも高度なパッキン作用及び長い寿命で使用可能である
ように、初めに述べた構成のガスを遮断する非接触パッ
キン装置を改善することにある。
く高い圧力に対して、例えば３００又はそれどころか５
００バールまでの動作差圧に対して使用可能であり、し
かも高度なパッキン作用及び長い寿命で使用可能である
ように、初めに述べた構成のガスを遮断する非接触パッ
キン装置を改善することにある。
【０００５】
【発明の構成】この課題を解決するため、本発明は次の
ことを示している。すなわちステータパッキンリングも
、熱伝導度の高いかつ弾性係数の大きいかつ硬度の大き
い硬質パッキン材料から成り、しかもロータパッキンリ
ングと同様に、７０Ｗ／ｍＫ（＝ｋＪ／ｍｈＫ）より大
きな熱伝導度、適当な硬度で２５００００Ｎ／ｍｍ２よ
り大きな弾性係数及び１％より小さい空げき容積及び０
．３μｍ （Ｒａ）より小さい、なるべく０．０３μ
ｍ （Ｒａ）より小さい表面あらさを有する硬質パッ
キン材料から成り、ステータパッキンリングが大きな面
慣性モーメントを有し、それにより動作状態においてか
つ動作差圧のもとでパッキンケーシングの軸側シリンダ
部とステータパッキンリングの間の動作リングギャップ
のギャップの厚さが、あらゆる動作状態においてシリン
ダ部とステータパッキンリングの間の組立てリングギャ
ップの構造的に所定のギャップの厚さと実質的に一致し
ており、かつ０．４ｍｍより小さく、なるべく０．３ｍ
ｍより小さく、かつ密閉Ｏリングが、付加的にステータ
パッキンリングのために補償心出しリングとして構成さ
れており、かつそのため前記ギャップ幅及び所定の動作
差圧において材料硬度の押出し限界値より大きくかつＤ
ＩＮ５３５０５による９０ショアＡの材料硬度より小さ
く、なるべく８０ショアＡより小さい材料硬度を有する
。すなわち本発明によれば配置及び構成は次のようにな
っている。すなわちロータパッキンリングとステータパ
ッキンリングのパッキン端面の配列は、動作中に変化せ
ず、なるべく常に平行になっている。
ことを示している。すなわちステータパッキンリングも
、熱伝導度の高いかつ弾性係数の大きいかつ硬度の大き
い硬質パッキン材料から成り、しかもロータパッキンリ
ングと同様に、７０Ｗ／ｍＫ（＝ｋＪ／ｍｈＫ）より大
きな熱伝導度、適当な硬度で２５００００Ｎ／ｍｍ２よ
り大きな弾性係数及び１％より小さい空げき容積及び０
．３μｍ （Ｒａ）より小さい、なるべく０．０３μ
ｍ （Ｒａ）より小さい表面あらさを有する硬質パッ
キン材料から成り、ステータパッキンリングが大きな面
慣性モーメントを有し、それにより動作状態においてか
つ動作差圧のもとでパッキンケーシングの軸側シリンダ
部とステータパッキンリングの間の動作リングギャップ
のギャップの厚さが、あらゆる動作状態においてシリン
ダ部とステータパッキンリングの間の組立てリングギャ
ップの構造的に所定のギャップの厚さと実質的に一致し
ており、かつ０．４ｍｍより小さく、なるべく０．３ｍ
ｍより小さく、かつ密閉Ｏリングが、付加的にステータ
パッキンリングのために補償心出しリングとして構成さ
れており、かつそのため前記ギャップ幅及び所定の動作
差圧において材料硬度の押出し限界値より大きくかつＤ
ＩＮ５３５０５による９０ショアＡの材料硬度より小さ
く、なるべく８０ショアＡより小さい材料硬度を有する
。すなわち本発明によれば配置及び構成は次のようにな
っている。すなわちロータパッキンリングとステータパ
ッキンリングのパッキン端面の配列は、動作中に変化せ
ず、なるべく常に平行になっている。
【０００６】本発明によるパッキン装置において凹所の
構成に関して何らかの復帰力の発生を考慮する必要はな
い。従ってロータパッキンリング及びステータパッキン
リングにおける凹所とパッキン端面は、ガス遮断部によ
り最適なパッキン作用が達成されるように構成できる。 そのため凹所は送り作用を有するスパイラル溝として構
成してもよい。しかしこれに関連してせき止めエッジを
有し圧縮作用を有する低下部として凹所を構成してもよ
い。
構成に関して何らかの復帰力の発生を考慮する必要はな
い。従ってロータパッキンリング及びステータパッキン
リングにおける凹所とパッキン端面は、ガス遮断部によ
り最適なパッキン作用が達成されるように構成できる。 そのため凹所は送り作用を有するスパイラル溝として構
成してもよい。しかしこれに関連してせき止めエッジを
有し圧縮作用を有する低下部として凹所を構成してもよ
い。
【０００７】スパイラル溝は、気体動力学に関して所定
の送りを行う要素である。この送りは、初めに述べた漏
れ速度を決める漏れ流に抗する作用を行うために利用で
きる。それ対してせき止めエッジを有する凹所は、気体
動力学に関してガスの所定の送りを妨げるように作用し
、すなわちせき止めを行う要素である。どちらの場合に
もパッキン作用は最適化でき、かつ特殊なバランス条件
の範囲で復帰力を発生しなければならないことにより最
適化が害されることはない。
の送りを行う要素である。この送りは、初めに述べた漏
れ速度を決める漏れ流に抗する作用を行うために利用で
きる。それ対してせき止めエッジを有する凹所は、気体
動力学に関してガスの所定の送りを妨げるように作用し
、すなわちせき止めを行う要素である。どちらの場合に
もパッキン作用は最適化でき、かつ特殊なバランス条件
の範囲で復帰力を発生しなければならないことにより最
適化が害されることはない。
【０００８】有利な構成によれば、ステータパッキンリ
ングは、パッキン端面の温度により生じるねじり変形を
防止する面慣性モーメントを有する。このような面慣性
モーメントは、現在のコンピュータで支援した工業力学
の計算法によればわけなく検出できる。Ｒａは、ＤＩＮ
４７６８による平均あれ値を表している。本発明の有利
な構成によれば、付加的にパッキン端面は、室温でかつ
温度こう配０の際に、直径１００ｍｍあたり０．４μｍ
の平坦度を有する。
ングは、パッキン端面の温度により生じるねじり変形を
防止する面慣性モーメントを有する。このような面慣性
モーメントは、現在のコンピュータで支援した工業力学
の計算法によればわけなく検出できる。Ｒａは、ＤＩＮ
４７６８による平均あれ値を表している。本発明の有利
な構成によれば、付加的にパッキン端面は、室温でかつ
温度こう配０の際に、直径１００ｍｍあたり０．４μｍ
の平坦度を有する。
【０００９】熱伝導度、弾性係数及び硬度に関する前記
の要求に注意しながら、パッキンリングは種々の材料か
ら構成できる。パッキンリングを“タングステンカーバ
イド、シリコンカーバイド、シリコン／シリコンカーバ
イド複合物、チタンカーバイド”のグループの材料の１
つから構成することは優れているとわかった。これらパ
ッキンリングは例えば燒結又はプレス燒結によって作ら
れ、その場合に空げき容積が調節できる。本発明の枠内
では両方のパッキンリングは同じ材料から構成できる。 しかし一方においてステータパッキンリングに関しかつ
他方においてロータパッキンリングに関してパッキンリ
ングは前記材料の組を含んでいるようにしてもよい。最
適化のために本発明は、パッキンリングが０．５％より
小さい空げき容積を有することを示している。ステータ
パッキンリングが、軸線方向に少なくとも半径方向リン
グ幅の２倍に相当するリング高さを有するリング横断面
を有すると有利である。
の要求に注意しながら、パッキンリングは種々の材料か
ら構成できる。パッキンリングを“タングステンカーバ
イド、シリコンカーバイド、シリコン／シリコンカーバ
イド複合物、チタンカーバイド”のグループの材料の１
つから構成することは優れているとわかった。これらパ
ッキンリングは例えば燒結又はプレス燒結によって作ら
れ、その場合に空げき容積が調節できる。本発明の枠内
では両方のパッキンリングは同じ材料から構成できる。 しかし一方においてステータパッキンリングに関しかつ
他方においてロータパッキンリングに関してパッキンリ
ングは前記材料の組を含んでいるようにしてもよい。最
適化のために本発明は、パッキンリングが０．５％より
小さい空げき容積を有することを示している。ステータ
パッキンリングが、軸線方向に少なくとも半径方向リン
グ幅の２倍に相当するリング高さを有するリング横断面
を有すると有利である。
【００１０】凹所の配置に関して本発明によるガスパッ
キン装置の構成は次のような特徴を有する。すなわち凹
所は、パッキン端面の周から始まり、かつパッキン端面
の凹所のない部分から成るダムにおいて終わっている。 しかし凹所は、パッキン端面の内径から出発していても
、外径から出発していてもよく、かつ凹所のないダムに
おいて終っていることができる。この場合スパイラル溝
を有する構成は、ポンプ作用が互いに逆向きになるよう
に行ってもよい。特にせき止めエッジを有する構成の場
合、曲がりくねって延びたダムにおいて凹所を終了する
ことは有利である。パッキン端面に非常動作装備を設け
ることは、本発明の権利範囲に属する。この装備は、例
えばグラファイト、ポリテトラフルオルエチレン等から
成る数μｍ のカバー又はコーティングから構成でき
る。しかしパッキン材料内に挿入したプラスチックから
構成してもよい。
キン装置の構成は次のような特徴を有する。すなわち凹
所は、パッキン端面の周から始まり、かつパッキン端面
の凹所のない部分から成るダムにおいて終わっている。 しかし凹所は、パッキン端面の内径から出発していても
、外径から出発していてもよく、かつ凹所のないダムに
おいて終っていることができる。この場合スパイラル溝
を有する構成は、ポンプ作用が互いに逆向きになるよう
に行ってもよい。特にせき止めエッジを有する構成の場
合、曲がりくねって延びたダムにおいて凹所を終了する
ことは有利である。パッキン端面に非常動作装備を設け
ることは、本発明の権利範囲に属する。この装備は、例
えばグラファイト、ポリテトラフルオルエチレン等から
成る数μｍ のカバー又はコーティングから構成でき
る。しかしパッキン材料内に挿入したプラスチックから
構成してもよい。
【００１１】凹所においてせき止めエッジを有する構成
は、本発明の範囲内において特に重要である。これに関
して本発明の有利な構成は、凹所のせき止めエッジが半
径方向に延びているという特徴を有する。しかしせき止
めエッジは、平面図において円形の凹所の円弧状部分と
して構成してもよい。本発明のその他の提案は、せき止
めエッジを平面図において三角形の凹所の辺エッジとし
て構成し、これら凹所の三角形頂点が周エッジにいわば
切断されていることにある。凹所が半径方向に延びた線
に対して対称に構成されているようにすることはいつで
も望ましい。この対称性が満たされている場合、本発明
によるガスパッキン装置は回転方向に関係なく動作する
。このことが不要又は望ましくない場合には、せき止め
エッジを有する凹所は非対称に、例えばＬ字形に構成し
てもよい。凹所の深さはμｍ の範囲にある。
は、本発明の範囲内において特に重要である。これに関
して本発明の有利な構成は、凹所のせき止めエッジが半
径方向に延びているという特徴を有する。しかしせき止
めエッジは、平面図において円形の凹所の円弧状部分と
して構成してもよい。本発明のその他の提案は、せき止
めエッジを平面図において三角形の凹所の辺エッジとし
て構成し、これら凹所の三角形頂点が周エッジにいわば
切断されていることにある。凹所が半径方向に延びた線
に対して対称に構成されているようにすることはいつで
も望ましい。この対称性が満たされている場合、本発明
によるガスパッキン装置は回転方向に関係なく動作する
。このことが不要又は望ましくない場合には、せき止め
エッジを有する凹所は非対称に、例えばＬ字形に構成し
てもよい。凹所の深さはμｍ の範囲にある。
【００１２】得られた利点は次の点にある。すなわち本
発明によるガスパッキン装置では、パッキンギャップ内
における圧力分散によってねじり変形を復帰するモーメ
ントを生することがもはや必要ないように、潤滑工学的
特性が組合わされ、かつ凹所が構成されている。はつき
りしたポンプ作用を生じる凹所は省略でき、かつせき止
めエッジを有する構成では実際に全く省略され、それに
より漏れ速度はかなり低下する。同じ動作特性について
その他の点では同じ構成で、従来技術に属する初めに述
べたようなガスパッキン装置を本発明によるガスパッキ
ン装置と比較した場合、漏れ速度は少なくとも５０％減
少できる。これには、動作中にパッキンリングが温度上
昇を生じるが、この温度上昇が、ウォーミングアップ及
びその結果生じる温度平衡の後にわずかな温度こう配を
有し、それによりすでにこの理由により障害となるねじ
り変形が実質的に生じないということも貢献している。 軸線方向における温度差は１℃以下であり、一方初めに
述べた公知の構成ではほぼ２０℃である。このことは、
例えば軸直径５０〜２５０ｍｍ、摺動速度ほぼ１５０ｍ
／ｓｅｃのあらゆる通常の大きさのガスパッキン装置に
あてはまる。その他にステータパッキンリングの面慣性
モーメントがねじり変形を防止する。その上なお凹所を
配置していない範囲における小さな空げき容積及び小さ
な表面あらさが、さらに漏れ速度を低下させる。驚くべ
きことにウォーミングアップの問題及びクールダウンの
問題も全く存在しない。このことは、本発明によるパッ
キン装置ではステータパッキンリングとこれに対応する
ケーシングのシリンダ部との間の組立てギャップと動作
ギャップがあらゆる動作状態において実質的に同じギャ
ップの厚さを有するということに関連している。このギ
ャツプの厚さは、動作差圧が高い場合でさえ押出しの危
険なしに比較的低い材料硬度のＯリングが使用できる程
度に最小になる。それ故に本発明によるパッキン装置は
、特に高圧パッキンとして適当であり、かつ常に長い寿
命で動作する。
発明によるガスパッキン装置では、パッキンギャップ内
における圧力分散によってねじり変形を復帰するモーメ
ントを生することがもはや必要ないように、潤滑工学的
特性が組合わされ、かつ凹所が構成されている。はつき
りしたポンプ作用を生じる凹所は省略でき、かつせき止
めエッジを有する構成では実際に全く省略され、それに
より漏れ速度はかなり低下する。同じ動作特性について
その他の点では同じ構成で、従来技術に属する初めに述
べたようなガスパッキン装置を本発明によるガスパッキ
ン装置と比較した場合、漏れ速度は少なくとも５０％減
少できる。これには、動作中にパッキンリングが温度上
昇を生じるが、この温度上昇が、ウォーミングアップ及
びその結果生じる温度平衡の後にわずかな温度こう配を
有し、それによりすでにこの理由により障害となるねじ
り変形が実質的に生じないということも貢献している。 軸線方向における温度差は１℃以下であり、一方初めに
述べた公知の構成ではほぼ２０℃である。このことは、
例えば軸直径５０〜２５０ｍｍ、摺動速度ほぼ１５０ｍ
／ｓｅｃのあらゆる通常の大きさのガスパッキン装置に
あてはまる。その他にステータパッキンリングの面慣性
モーメントがねじり変形を防止する。その上なお凹所を
配置していない範囲における小さな空げき容積及び小さ
な表面あらさが、さらに漏れ速度を低下させる。驚くべ
きことにウォーミングアップの問題及びクールダウンの
問題も全く存在しない。このことは、本発明によるパッ
キン装置ではステータパッキンリングとこれに対応する
ケーシングのシリンダ部との間の組立てギャップと動作
ギャップがあらゆる動作状態において実質的に同じギャ
ップの厚さを有するということに関連している。このギ
ャツプの厚さは、動作差圧が高い場合でさえ押出しの危
険なしに比較的低い材料硬度のＯリングが使用できる程
度に最小になる。それ故に本発明によるパッキン装置は
、特に高圧パッキンとして適当であり、かつ常に長い寿
命で動作する。
【００１３】
【実施例】本発明の実施例を図面によって詳細に説明す
る。
る。
【００１４】第１図〜第７図に示した軸１用パッキン装
置は、基本構成において、パッキンケーシング２、パッ
キンケーシング２内に配置されたステータパッキンリン
グ３、及び軸１上に配置された軸に固定のロータパッキ
ンリング４から成る。両方のパッキンリング３、４はパ
ッキン端面３ａ及び４ａにより動作し、これらパッキン
端面のうち本実施例においてはロータパッキンリング４
のものが、周エッジの方へ開いた凹所５を有し、これら
凹所は、第１図において縮尺上の理由によりわからない
６の所のスペースギャップに対向している。ステータパ
ッキンリング３は所定の押付け力で動作し、この押付け
力は、本実施例ではステータパッキンリング３の周にわ
たって分散配置されたばね７によってロータパッキンリ
ング４の方向に生じる。パッキン端面の幅９より大きな
リング高さ８を有するステータパッキンリング３は、可
動に支持されている。
置は、基本構成において、パッキンケーシング２、パッ
キンケーシング２内に配置されたステータパッキンリン
グ３、及び軸１上に配置された軸に固定のロータパッキ
ンリング４から成る。両方のパッキンリング３、４はパ
ッキン端面３ａ及び４ａにより動作し、これらパッキン
端面のうち本実施例においてはロータパッキンリング４
のものが、周エッジの方へ開いた凹所５を有し、これら
凹所は、第１図において縮尺上の理由によりわからない
６の所のスペースギャップに対向している。ステータパ
ッキンリング３は所定の押付け力で動作し、この押付け
力は、本実施例ではステータパッキンリング３の周にわ
たって分散配置されたばね７によってロータパッキンリ
ング４の方向に生じる。パッキン端面の幅９より大きな
リング高さ８を有するステータパッキンリング３は、可
動に支持されている。
【００１５】両方のパッキンリング３、４は、熱伝導度
の高いかつ大きな硬度で弾性係数の大きい材料から成る
。両方のパッキンリング３、４は、前記の小さな空げき
容積及び前記の小さな表面あらさを有する。ステータパ
ッキンリング３は、その他にパッキン端面３ａの温度に
より生じるねじり変形を防止する軸線方向面慣性モーメ
ントを有する。このことは、第１図により明らかな横断
面に後から行うことができる。第２図及び第３図に示し
た凹所５は、圧力分散によるねじり変形に抗するモーメ
ントの形成を考慮せずに、漏れ速度を最小にするように
形成されかつ構成されている。このことは、ポンプ作用
に抗するせき止めエッジ５ａのために達成される。第２
図及び第３図において凹所は、半径方向せき止めエッジ
５ａを有しＴ字形に構成されている。第４図において凹
所５は円形であり、第５図においては先端を切断した三
角形になっている。パッキンリング３、４は、前記の材
料又は適当な組合わせから成る。
の高いかつ大きな硬度で弾性係数の大きい材料から成る
。両方のパッキンリング３、４は、前記の小さな空げき
容積及び前記の小さな表面あらさを有する。ステータパ
ッキンリング３は、その他にパッキン端面３ａの温度に
より生じるねじり変形を防止する軸線方向面慣性モーメ
ントを有する。このことは、第１図により明らかな横断
面に後から行うことができる。第２図及び第３図に示し
た凹所５は、圧力分散によるねじり変形に抗するモーメ
ントの形成を考慮せずに、漏れ速度を最小にするように
形成されかつ構成されている。このことは、ポンプ作用
に抗するせき止めエッジ５ａのために達成される。第２
図及び第３図において凹所は、半径方向せき止めエッジ
５ａを有しＴ字形に構成されている。第４図において凹
所５は円形であり、第５図においては先端を切断した三
角形になっている。パッキンリング３、４は、前記の材
料又は適当な組合わせから成る。
【００１６】第２図及び第４図及び第５図から明らかな
ように、凹所５は、パッキン端面４ａの外周から始まっ
ており、かつパッキン端面４ａの凹所のない部分から成
るダム１０で終っている。第３図によれば凹所５は、パ
ッキン端面４ａの内径からも外径からも始まっている。 これら凹所は、中央の凹所のないダム１０で終わってい
る。第３図においてダム１０は、いわば曲がりくねって
延びている。パッキン端面３ａ、４ａは、グラファイト
、ポリテトラフルオルエチレン等から成るわずかな厚さ
の非常動作装備を有することができるが、これは縮尺上
の理由により図示されていない。
ように、凹所５は、パッキン端面４ａの外周から始まっ
ており、かつパッキン端面４ａの凹所のない部分から成
るダム１０で終っている。第３図によれば凹所５は、パ
ッキン端面４ａの内径からも外径からも始まっている。 これら凹所は、中央の凹所のないダム１０で終わってい
る。第３図においてダム１０は、いわば曲がりくねって
延びている。パッキン端面３ａ、４ａは、グラファイト
、ポリテトラフルオルエチレン等から成るわずかな厚さ
の非常動作装備を有することができるが、これは縮尺上
の理由により図示されていない。
【００１７】第６図及び第３図による構成では、凹所５
はスパイラル溝である。その他の点では第２図及び第３
図による構成と同じである。
はスパイラル溝である。その他の点では第２図及び第３
図による構成と同じである。
【００１８】第１図の一部を拡大して示す第８図は、両
方のパッキン端面３ａ、４ａが互いに極めて正確に平行
に構成されていることを明らかにするものである。これ
らパッキン端面は動作状態においてパッキンギャップＤ
を形成しており、しかも不変ギャップを形成している。 このギャップは、動作中にはガス遮断部によって維持さ
れる。第１図には動作リングギャップＦが示してある。 動作中に設定される動作リングギャップＦは、構造上設
けられた組立てリングギャップと同じである。両方共実
際に同じギャップの厚さを有する。半径に対してギャッ
プの厚さは０．３ｍｍに等しいか又はそれより小さいと
有利である。ステータパッキンリング３は、あらゆる動
作条件においてねじりのないように構成されている。第
９図に示した拡大部分は、Ｏリング１１が動作差圧の高
い場合にも前記わずかなギャップの厚さを有する動作リ
ングギャップＦ内に押込まれることがなく、従ってこの
動作リングギャップＦ内に押出されないことを明らかに
するものである。このことは、動作リングギャップが極
めて小さいことに基づいている。それにもかかわらずＯ
リング１１は比較的小さな材料硬度を有するものでよい
ので、前記の平衡が可能である。本発明によれば、パッ
キン端面相互の配列にとって有利な弾性を有するＯリン
グ１１を使用することができる。第１図に示した押付け
ばね７は、例えば閉じたベローばねの様式により構成で
き、かつ付加的に心出し要素として使用できる。
方のパッキン端面３ａ、４ａが互いに極めて正確に平行
に構成されていることを明らかにするものである。これ
らパッキン端面は動作状態においてパッキンギャップＤ
を形成しており、しかも不変ギャップを形成している。 このギャップは、動作中にはガス遮断部によって維持さ
れる。第１図には動作リングギャップＦが示してある。 動作中に設定される動作リングギャップＦは、構造上設
けられた組立てリングギャップと同じである。両方共実
際に同じギャップの厚さを有する。半径に対してギャッ
プの厚さは０．３ｍｍに等しいか又はそれより小さいと
有利である。ステータパッキンリング３は、あらゆる動
作条件においてねじりのないように構成されている。第
９図に示した拡大部分は、Ｏリング１１が動作差圧の高
い場合にも前記わずかなギャップの厚さを有する動作リ
ングギャップＦ内に押込まれることがなく、従ってこの
動作リングギャップＦ内に押出されないことを明らかに
するものである。このことは、動作リングギャップが極
めて小さいことに基づいている。それにもかかわらずＯ
リング１１は比較的小さな材料硬度を有するものでよい
ので、前記の平衡が可能である。本発明によれば、パッ
キン端面相互の配列にとって有利な弾性を有するＯリン
グ１１を使用することができる。第１図に示した押付け
ばね７は、例えば閉じたベローばねの様式により構成で
き、かつ付加的に心出し要素として使用できる。
【００１９】第１図〜第７図による構成においてロータ
パッキンリング４におけるパッキン端面４ａ及びステー
タパッキンリング３におけるパッキン端面３ａは、互い
に平行に配置されているが、一方第８図は、ステータパ
ッキンリング３のパッキン端面３ａが半径方向断面にお
いて２つのリング面から成り、これらリング面がエッジ
１２を介して互いに接続されている構成を、第１図のも
のの一部として拡大して破線で示している。本実施例に
おいてこれらリング面は互いに斜めに並んでおり、かつ
尾根を形成している。これらリング面は、その代わりに
段を形成していてもよい。
パッキンリング４におけるパッキン端面４ａ及びステー
タパッキンリング３におけるパッキン端面３ａは、互い
に平行に配置されているが、一方第８図は、ステータパ
ッキンリング３のパッキン端面３ａが半径方向断面にお
いて２つのリング面から成り、これらリング面がエッジ
１２を介して互いに接続されている構成を、第１図のも
のの一部として拡大して破線で示している。本実施例に
おいてこれらリング面は互いに斜めに並んでおり、かつ
尾根を形成している。これらリング面は、その代わりに
段を形成していてもよい。
【００２０】本発明は、ステータパッキンリング３が温
度により生じる障害となるねじり又は動作により生じる
その他の変形を受けないように構成できるという知識に
基づいている。それにより極めて小さな組立てリングギ
ャップ、従って実質的に同じ動作リングギャップＦを実
現することができ、このギャップは、３００又はそれど
ころか５００バールの動作差圧の場合でさえリングギャ
ップ内に押込まれることのないかつそれにより早い時期
に破損することのないＯリングを使用するためには十分
に小さい。その他に前記の平衡作用が達成される。その
結果、本発明によるガス遮断パッキン装置は、高いかつ
極めて高い圧力にも適し、しかも最小の漏れ速度及び極
めて長い寿命を有するという点で優れている。
度により生じる障害となるねじり又は動作により生じる
その他の変形を受けないように構成できるという知識に
基づいている。それにより極めて小さな組立てリングギ
ャップ、従って実質的に同じ動作リングギャップＦを実
現することができ、このギャップは、３００又はそれど
ころか５００バールの動作差圧の場合でさえリングギャ
ップ内に押込まれることのないかつそれにより早い時期
に破損することのないＯリングを使用するためには十分
に小さい。その他に前記の平衡作用が達成される。その
結果、本発明によるガス遮断パッキン装置は、高いかつ
極めて高い圧力にも適し、しかも最小の漏れ速度及び極
めて長い寿命を有するという点で優れている。
【図１】組立てた状態にある本発明によるパッキン装置
の軸線方向断面図である。
の軸線方向断面図である。
【図２】図１による装置のロータパッキンリングの図で
ある。
ある。
【図３】図２に示すものの別の構成を示す図である。
【図４】図２に示すものの別の構成を示す図である。
【図５】図２に示すものの別の構成を示す図である。
【図６】図２に示すものの別の構成を示す図である。
【図７】図２に示すものの別の構成を示す図である。
【図８】パッキン端面の範囲の図１の一部を拡大して示
す図である。
す図である。
【図９】動作ギャップの範囲の図１の一部を拡大して示
す図である。
す図である。
１ 軸
２ パッキンケーシング
３ ステータパッキンリング
４ ロータパッキンリング
５ 凹所
６ ギャップ
７ ばね
１０ ダム
１１ Ｏリング
Claims (11)
- 【請求項１】 パッキンケーシング、パッキンケーシ
ング内に配置されたステータパッキンリング、及び軸上
に配置された軸に固定のロータパッキンリングが設けら
れており、両方のパッキンリングのパッキン端面が、互
いにガス遮断部をはさんでパッキンギャップを有するよ
うに作用し、ロータパッキンリングが、熱伝導度の高い
かつ弾性係数の大きいかつ硬度の大きい材料から成り、
かつステータパッキンリングが、パッキンケーシングの
軸側シリンダ部に対して動作状態においてかつ所定の動
作差圧のもとで動作リングギャップを有し、この動作リ
ングギャップが、ゴム又はプラスチックから成る密閉Ｏ
リングによって密閉されており、かつ少なくとも押付け
ばねによる所定の押付け力でガス遮断部に押付けられて
いる、ガスを遮断する軸用非接触パッキン装置において
、ステータパッキンリングも、熱伝導度の高いかつ弾性
係数の大きいかつ硬度の大きい硬質パッキン材料から成
り、しかもロータパッキンリングと同様に、７０Ｗ／ｍ
Ｋ（＝ｋＪ／ｍｈＫ）より大きな熱伝導度、適当な硬度
で２５００００Ｎ／ｍｍ２より大きな弾性係数及び１％
より小さい空げき容積及び０．３μｍ （Ｒａ）より
小さい、なるべく０．０３μｍ （Ｒａ）より小さい
表面あらさを有する硬質パッキン材料から成り、ステー
タパッキンリングが大きな面慣性モーメントを有し、そ
れにより動作状態においてかつ動作差圧のもとでパッキ
ンケーシングの軸側シリンダ部とステータパッキンリン
グの間の動作リングギャップのギャップの厚さが、あら
ゆる動作状態においてシリンダ部とステータパッキンリ
ングの間の組立てリングギャップの構造的に所定のギャ
ップの厚さと実質的に一致しており、かつ０．４ｍｍよ
り小さく、なるべく０．３ｍｍより小さく、かつ密閉Ｏ
リングが、付加的にステータパッキンリングのために補
償心出しリングとして構成されており、かつそのため前
記ギャップ幅及び所定の動作差圧において材料硬度の押
出し限界値より大きくかつＤＩＮ５３５０５による９０
ショアＡの材料硬度より小さく、なるべく８０ショアＡ
より小さい材料硬度を有することを特徴とする、ガスを
遮断する軸用非接触パッキン装置。 - 【請求項２】 凹所が送り作用を有するスパイラル溝
である、請求項１記載のパッキン装置。 - 【請求項３】 凹所がせき止めエッジを有し圧縮作用
を有する低下部である、請求項１記載のパッキン装置。 - 【請求項４】 ロータパッキンリングとステータパッ
キンリングが、“タングステンカーバイド、シリコンカ
ーバイド、シリコン／シリコンカーバイド複合物、チタ
ンカーバイド”のグループの材料の１つ又はこれらの組
から成る、請求項１〜３の１つに記載のパッキン装置。 - 【請求項５】 ステータパッキンリングとロータパッ
キンリングのパッキン端面が、室温でかつ温度こう配０
の際に、直径１００ｍｍあたり０．４μｍ の平坦度
を有する、請求項１〜４の１つに記載のパッキン装置。 - 【請求項６】 ステータパッキンリングとロータパッ
キンリングが、０．５％より小さい空げき容積を有する
、請求項１〜５の１つに記載のパッキン装置。 - 【請求項７】 ステータパッキンリングが、軸線方向
に少なくともリング幅の２倍に相当するリング高さを有
するリング横断面を有する、請求項１〜６の１つに記載
のパッキン装置。 - 【請求項８】 凹所が、パッキン端面の周から始まり
、かつパッキン端面のスパイラル溝のない部分から成る
ダムにおいて終っている、請求項１〜７の１つに記載の
パッキン装置。 - 【請求項９】 半径方向断面においてステータパッキ
ンリングのパッキン端面が、少なくとも２つのリング面
から成り、これらリング面が、エッジを介して互いに接
続されいる、請求項１〜８の１つに記載のパッキン装置
。 - 【請求項１０】 半径方向断面においてステータパッ
キンリングのパッキン端面が、２つの傾斜したリング面
から成り、これらリング面が、尾根又は段を形成して互
いに接続されている、請求項１〜９の１つに記載のパッ
キン装置。 - 【請求項１１】ステータパッキンリングのパッキン端面
とロータパッキンリングのパッキン端面が、あらゆる動
作状態において互いに同じ配列を有し、なるべく互いに
平行に延びている、請求項１〜１０の１つに記載のパッ
キン装置。
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