JPH07109252B2

JPH07109252B2 - 軸封装置

Info

Publication number: JPH07109252B2
Application number: JP2106691A
Authority: JP
Inventors: エーリヒ・ベルツチユ
Original assignee: エーリヒ・ベルツチユ
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2010-11-22
Also published as: DE4010769C2; JPH02286965A; CH679417A5; US5074568A; DE4010769A1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ハウジング壁を貫通しかつ軸線方向及び半径
方向に支持される回転軸が、少なくとも１つの中空密封
環により包囲され、密封圧力を及ぼすためこの密封環の
空所へ圧力媒体を供給可能である、軸封装置に関する。

〔従来の技術〕

このような軸封装置はスイス国特許第572587号明細書か
ら公知であり、ハウジングの回転軸貫通部には、このハ
ウジングに取付けられる２つの外側環とその間にある中
間環との間にＵ脚辺を挟まれるＵ字状輪郭を持つ１つの
密封環が設けられて、中間環にある穴及び接続孔を介し
て供給される圧力媒体により、両方のＵ脚辺を結合する
ウエブ部分が回転軸へ押付けられて、軸線方向密封面を
形成している。このウエブ部分により形成される軸線方
向密封面は軸線方向に短く、この比較的小さい密封面で
充分な密封を行なうため、圧力媒体の圧力を高めると、
回転軸に接触するウエブ部分が摩擦のため強く摩耗し
て、密封が失われてしまうという欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、構造的に簡単で確実な密封効果を生ず
る軸封装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決するため本発明によれば、軸が円環状カ
ラーに固定的に結合され、軸の中心軸線に対して半径方
向に延びるカラーの両端面に対し間隔をおいて軸線方向
に対向する第１及び第２の密封環用支持面がハウジング
壁に設けられ、カラーのそれぞれの端面とそれぞれの支
持面との間に、それぞれ中空密封環が設けられ、それぞ
れの密封環の空所への圧力媒体の供給により、これらの
密封環の側壁が、カラーのそれぞれの端面及びそれぞれ
の支持面へ密封するように押付け可能である。

〔発明の効果〕

本発明により得られる利点は、軸線方向密封面の代わり
にカラーの端面及び支持面即ち半径方向面が密封面とし
て作用し、カラーの両端面及び支持面により多重の密封
が行なわれることである。これらの密封面は、軸線を通
る断面で見て方形波状に蛇行して設けられているので、
直列に続く４つの密封面の密封効果が加算される。一方
の空間即ち周囲の空間とハウジング壁によりこれから隔
離すべき空間即ち密封すべき空間とを結ぶ線が、前述し
た蛇行状経過により著しく長くなる。この長いラビリン
ス状結合線のため、密封環へ同じ圧力を供給しても、密
封効果が著しく改善され、即ち所定の密封効果におい
て、半径方向密封面に必要な押圧力を減少することがで
きる。密封面の数が多いため、密封環へ供給すべき圧力
媒体の圧力を比較的低くすることができ、従つて摩擦に
よる密封環の材料の摩耗が少ないため、軸封装置の同じ
寿命で密封環の肉厚を減少することができる。肉厚の減
少は可撓性従つて密封効果を高め、更に圧力媒体への熱
伝導をよくする。

〔実施例〕

周囲空間（以下単に周囲という）26から密封するためハ
ウジング壁２により包囲される動作空間又は反応空間３
内に、図示しない撹拌機構、ポンプ又は他の回転機構が
あつて、図示しない外部駆動装置により軸１を介して駆
動される。周囲26に対して反応空間３を完全に密封する
ため、ハウジング壁２に結合されて回転しない密封装置
19を軸１が貫通している。この密封装置19は支持する役
割を持つていない。

軸１上には、第２図に示すように、２つの円筒状部分４
及び５の間に円環状カラー６を持つ回転部分28が気密及
び液密に固定され、長い方の円筒状部分４は反応空間３
の方へ延び、その約半分の長さの円筒状部分５は反応空
間３から周囲26の方へ延びている。両方の円筒状部分４
及び５の外径は同じ大きさで、回転部分28の長さはハウ
ジング壁２の厚さにほぼ等しい。

Ｕ字状輪郭を持つ密封環９は円筒状部分４に対し同軸的
になつており、その一方のＵ脚辺が、反応空間３に近い
方にあるカラー６の半径方向面に当たり、密封環９の両
方のＵ脚辺を結合するウエブ部分11は、円筒状部分４に
近い方にある。密封環９に一致する第２の密封環10の一
方のＵ脚辺も同様に、周囲26に近い方にあるカラー６の
半径方向面に、円筒状部分５に対して同軸的に当たつて
いる。密封環10の他方のＵ脚辺は、密封装置19を外部に
対して閉鎖する端面環20の内面に当たり、同様に密封環
９の他方のＵ脚辺は、密封装置19を反応空間３に対して
閉鎖する端面環21の内面に当たつている。

密封環９及び10のＵ脚辺がカラー６に対してよく滑るよ
うにするため、滑剤として黒鉛を分散せしめられたプラ
スチツク例えばテトラフルオルオレフイン特にテトラフ
ルオルエチレンから密封環が作られている。

Ｕ字状密封環９及び10にある空所14及び15は、それぞれ
間隔環12及び13により軸１に対して同軸的に閉鎖されて
いる。カラー６の周面に対して同軸的に、間隔環16によ
り軸１に対して同軸的に閉鎖される環状室17がある。間
隔環12及び13の厚さは密封環９及び10のＵ脚辺間隔に等
しく、間隔環16の厚さはカラー６の幅に等しい。

両方の端面環20及び21と３つの間隔環12,13及び16は、
密封環９及び10と同じ外径を持つている。端面環20及び
21の内径は同じで、回転部分28の円筒状部分４及び５の
外径より振り公差だけ大きい。３つの間隔環12,13及び1
6の内径は、後述する穴（A,A1,33b,33c;B,B1,35b〜35e,
C,C1,37b〜37g）用に充分な空間を存在させるように、
選ばれている。

端面環20は、その外縁の近くに、第１図からわかるよう
に60°の等角度間隔で６つの締付けねじ22を持つてい
る。これらの締付けねじ22の各々は、端面環20、密封環
10の両方のＵ脚辺、３つの間隔環13,16及び22、密封環
９の両方のＵ脚辺にある穴27を貫通して、端面環21の盲
ねじ穴23へはまつて、前述の部分から成る密封装置19を
まとめている。この密封装置19はハウジング壁２の円筒
状凹所24内にある。組立てに必要なため、ハウジング壁
２と密封装置19との間にあつて軸１に対して同軸的な環
状間隙25は、２つの同軸的なＯリング30及び31により密
封されている。Ｏリング30は、端面環20の周囲溝にあ
り、Ｏリング31は端面環21の周囲溝にある。

空所15,14及び環状室17への流入及び流出用接続口は、
それぞれ軸１に対して同軸的な円上に締付けねじ22と交
互に設けられている。環状室17への潤滑剤又は冷却剤の
流入及び流出用接続口Ｂ及びB1は直径上で対向している
が、空所15及び14の圧力媒体の流入又は流出用接続口A,
A1及びC,C1は締付けねじ22のそれぞれ左及び右にある。

空所15は、第３図に示すように、半径方向穴33a、これ
に続いて軸１に対して平行に間隔環13にある穴33b、端
面環20に近い方にある密封環10のＵ脚辺にある穴33cを
経て、端面環20にある流入接続口Ａに接続されている。
軸１に対して平行に流出接続口A1に属する穴（図示せ
ず）も同じように設けられている。

環状室17は、第４図に示すように、半径方向穴35a、こ
れに続いて軸１に対して平行に間隔環16にある穴35b、
間隔環13にある穴35d及び端面環20に近い方にある密封
環10のＵ脚辺にある穴35eを経て、端面環20にある流入
接続口Ｂに接続されている。軸１に対して平行に流出接
続口Ｂに属する穴（図示せず）も同様に設けられてい
る。

空所14は、第５図に示すように、半径方向穴37a、これ
に続いて軸１に対して平行に間隔環12にある穴37b、カ
ラー６に近い方にある密封環10のＵ脚辺にある穴37c、
間隔環16にある穴37d、密封環カラー６に近い方にある
密封環10のＵ脚辺にある穴37e、間隔環13にある穴37f及
び端面環20に近い方にある密封環10のＵ脚辺にある穴37
gを経て、端面環20にある流入接続口Ｃに接続されてい
る。流出接続口C1に属する穴（図示せず）も同様に設け
られている。

軸１の直径は、反応空間３内の直径29から、回転部分28
をはめられた密封装置19の範囲における直径32を経て、
包囲する雰囲気の空間26にある直径34へ段階的に減少し
ている。直径32の部分の長さは、回転部分28の長さと中
間環18、円板８及び締付けナツト７の厚さとの和にほぼ
等しい。締付けナツト７用のおねじは、反応空間３から
遠い方にある直径32の軸部分にある。この３つの段のた
め、密封装置19を持つ回転部分28は問題なく軸１上には
められて、円筒状部分４の端面が、軸直径29に至る段の
前にあつて変形可能な密封材料から成る中間環18に当る
ようにすることができる。締付けナツト７によりカラー
６は円板８を介して中間環18へ押付けられ、回転部分28
が軸１上で密封される。従つて密封は中間環18、両方の
密封環9,10及び両方のＯリング30,31を介して行なわれ
る。運転中円板８は、更に密封装置19が抜け出るのを防
止する。

間隔環12,13及び16は、空所14,15及び環状室17を軸に対
して平行な穴33b,35b及び37bに接続するそれぞれ２つの
半径方向穴33a,35a及び37aを持つている。これらの半径
方向穴33a,25a及び37aの代わりに、それぞれの間隔環1
3,16及び12の一方又は両方の側面に半径方向スリツトを
設けることができる。

軸に対して平行な２つの穴33,35及び37の代わりに、圧
力媒体、潤滑剤又は冷却剤の流通を行なわない場合に
は、ただ１つの穴を設けることも可能である。

円筒状凹所24は、動作態様の制限なしに、例えば撹拌機
構におけるように水平駆動軸１に、又はポンプ及び圧縮
機におけるように垂直駆動軸１に使用することができ
る。撹拌機構、ポンプ等にあける軸受は、ハウジング壁
２に対する軸１の保持を引受ける。

端面環20及び21にある両方のＯリング30及び31用の周囲
溝はなくすことができる。既に述べたように組立ての際
は、回転部分28が軸１上で密封されるまで密封装置19が
密封中間環18へ押付けられる。そのときＯリング30及び
31は環状間隙25のどこかにある。

運転状態では、第６図に示すように、空所14のみが、中
央圧力装置41に接続される減圧弁42を持つ圧力だめ40か
ら、接続口Ｃ及びC1を介してガス又は液体により圧力を
かけられる。ガス又は液体は循環ポンプ43により循環せ
しめられる。環状室17は冷却剤室又は潤滑剤室として役
立つ。密封環10は予備密封環として役立ち、その空所15
は、同様に中央圧力装置41に接続される減圧弁44を持つ
圧力だめ46から、環状室17内の冷却剤又は潤滑剤が流出
しない程度の圧力のガス又は液体を受ける。

排気弁のような自明の個別部分は、第６図の回路には示
してない。

空所14内の圧力により、密封環９のＵ脚辺は回転するカ
ラー６の側面と端面環21とへ押付けられる。密封環９の
弾性Ｕ脚辺により密封作用が始まるまで、減圧弁42によ
り圧力を連続的に調節することができる。これにより軸
１の不平衡は撓みが補償される。

環状室17はその接続口Ｂ及びB1を介して第６図に示す液
体回路にあり、この回路において水又は他の適当な液体
が冷却剤又は潤滑剤としてポンプにより循環せしめられ
る。熱交換器49を介して冷却剤又は潤滑剤から、カラー
６と密封環９及び10のそれぞれ一方のＵ脚辺との間の滑
り摩擦により生ずる熱が除去される。空所14及び15用の
圧力媒体は通常冷却されないが、特別な場合には冷却す
ることができる。

空所14に漏れが生ずると、接続口C1から出る流出導管52
にある漏れ検出器51によりこの漏れ液体が検出され、漏
れ検出器51に接続されている計算装置50へ信号が伝達さ
れ、この計算装置に接続されている警報装置54において
警報が発生される。計算装置50により空所15が減圧弁44
を介して全圧力を受ける。密封環10は今や周囲26少なく
とも雰囲気側に対する密封を引受ける。続いて反応空間
３内にあり例えば環境にとつて危険なガス又は液体を除
去するか、又は反応を規則正しく中止し、それから例え
ば密封環９の漏れの原因を探して解消することができ
る。密封環９は密封環10より高い圧力を受けているの
で、常に密封環９が最初に故障するものとみなされる。

安全上の理由から、冷却液体回路にも漏れ検出器51と同
じように作用する漏れ検出器53がある。

化学工業では、特に敏感又は有害な液体を所定の漏れ割
合で処理するのが好ましい。このため特定割合の漏れを
生ずる圧力が設定される。漏れは連続的に測定されて、
環状室17から吸出し装置56により取出される。

漏れ液体又は漏れガスを含む液体はなるべく機械の吸入
側へ供給される。吸入側に負圧が存在すると、空所15の
圧力に応じて漏れ割合を雰囲気又は重畳される不活性ガ
スにより調節することができる。空所15内の圧力により
周囲26に対する密封も行なうことができる。

第７図に示す軸封装置の変形例では、密封装置19と同様
な密封装置57が直接ハウジング壁２に取付けられてい
る。密封装置19に使用されるような端面環21はここには
ない。締付けねじ22用の盲ねじ穴は直接ハウジング壁２
にある。密封環９と同様な密封環69は、一方のＵ脚辺で
ハウジング壁２を押し、他方のＵ脚辺でカラー６の一方
の側面を押している。２つのＯリング30,31及び円筒状
凹所24はない。

第７図に示す軸封装置の変形例では、ほぼ直径上で対向
するそれぞれ２つの穴60a,60b,62a,62b及び64a,64bが、
間隔環12,13及び16に類似な間隔環61,63及び65を貫通し
ている。間隔環61及び63は同じ厚さを持つている。間隔
環65の厚さは、カラー６の幅と密封環69及び71の後述す
る肥厚部72及び73との和に等しい。端面環20と同様に構
成される端面環67は間隔環61,63及び65より大きい外径
を持つている。第８図の平面図からわかるように、端面
環67の外縁に沿つて同様に６つの締付けねじ22がはめら
れている。軸１とねじ穴との間隔は、締付けねじ22の軸
部の周囲が間隔環61,63及び65の外縁に当るように選ば
れている。従つて締付けねじ22は、間隔環61,63,65及び
密封環69,71が側方へ滑るのを防止している。

第７図に示す変形例では、密封装置57はハウジング壁２
に締付けねじ22で取付けられているので、端面環20上を
滑る円板８により抜け出るのを防止する必要がない。円
板８に類似な円板70は、円筒状部分５の外径にほぼ等し
い外径を持ち、中間環18と共に回転部分28を保持するの
に役立つ。

密封環69及び71のＵ字状輪郭の底即ちウエブ部分は、密
封環９及び10の平らなウエブ部分と異なり、Ｗ字状に湾
曲されている。この湾曲により材料の余裕が生じ、これ
により密封環69及び71のＵ脚辺がカラー６及びハウジン
グ壁２及び端面環67によく押付けられる。

密封環69及び71はカラー６に近い方のＵ脚辺に肥厚部72
及び73を持つている。カラーに近い方のＵ脚辺は、カラ
ー面との摩擦のため摩耗するので、密封環69及び71の寿
命が肥厚部72及び73により寿しく長くなる。

密封装置57はハウジング壁２上にあるので、漏れは直ち
にわかる。室14,17,15間の横断流はない。

密封装置19の浮動支持又はハウジング壁２への直接取付
けのため、密封装置は軸１への衝撃をよく吸収すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は軸封装置の平面図、第２図、第３図、第４図及
び第５図は第１図の線II-II,III,IV及びＶに沿う軸封装
置の断面図、第６図は第３図ないし第５図に示す軸封装
置の密封環によりＵ脚辺される環状室及び空所へ至る液
体回路の接続図、第７図は軸封装置の変形例の軸線に沿
う断面図、第８図は軸封装置の平面図である。１……軸、２……壁、６……カラー、9,10;69,71……中
空密封環、14,15……空所、19,57……密封装置、20,21;
67,2……支持面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジング壁（２）を貫通しかつ軸線方向
及び半径方向に支持される回転軸（１）が少なくとも１
つの中空密封環（9,10;69,71）により包囲され、密封圧
力を及ぼすためこの密封環の空所（14,15）へ圧力媒体
を供給可能である軸封装置において、軸（１）が円環状カラー（６）に固定的に結合され、軸（１）の中心軸線に対して半径方向に延びるカラー
（６）の両端面に対し間隔をおいて軸線方向に対向する
第１及び第２の密封環用支持面（20,21;67,2）がハウジ
ング壁（２）に設けられ、カラー（６）のそれぞれの端面とそれぞれの支持面（2
0,21;67,2）との間に、それぞれ中空密封環（9,10;69,7
1）が設けられ、それぞれの密封環の空所（14,15）への圧力媒体の供給
により、これらの密封環の側壁が、カラー（６）のそれ
ぞれの端面及びそれぞれの支持面（20,21;67,2）へ密封
するように押付け可能であることを特徴とする、軸封装置。
【請求項２】密封環（9,10;69,71）がＵ字状輪郭を持
ち、そのＵ脚辺を結合するウエブ部分（11）が軸（１）
に近い方に設けられ、各密封環（9,10）の軸（１）から
遠い方にあるＵ脚辺端部が、第１の間隔環（12,13;61,6
3）により互いに離され、また両方の密封環（9,10;69,7
1）が第２の間隔環（16;65）により互いに離され、第１の支持面が軸（１）を包囲しかつカラー（６）から
軸線方向に離れている第１の端面環（20;67）の内側に
形成され、第２の支持面がカラー（６）の反対側にこれ
から軸線方向に離れておりかつ軸（１）を包囲する第２
の端面環（21）の内側に形成されるか、又は軸（１）を
包囲するハウジング壁（２）の範囲に形成され、端面環（20,21）と間隔環（12,13,16）と密封環（9,1
0）、又は第１の端面環（67）と間隔環（61,63,65）と
密封環（69,71）とが、締付けねじ（22）によりハウジ
ング壁の範囲にまめて保持されていることを特徴とする、請求項１に記載の軸封装置。
【請求項３】密封環（9,10;69,71）の間に潤滑剤又は冷
却媒体用の環状室（17）が形成されて、室の内周をカラ
ー（６）の周面により、また室の外周を第２の間隔環
（16;65）の内周面により区画されていることを特徴と
する、請求項１又は２に記載の軸封装置。
【請求項４】密封環（9,10;69,71）の空所（14,15）又
は環状室（17）が通路に接続されていることを特徴とす
る、請求項２又は３に記載の軸封装置。
【請求項５】密封環（69,71）のＵ脚辺を結合するウエ
ブ部分（11）が湾曲されて、密封環（69,71）のＵ脚辺
の押付けの際の材料余裕部を形成していることを特徴と
する、請求項２ないし４の１つに記載の軸封装置。
【請求項６】密封環（9,10;69,71）がプラスチツク及び
潤滑剤を含む混合物から成つていることを特徴とする、
請求項１ないし５の１つに記載の軸封装置。
【請求項７】密封環（69,71）のカラー（６）の両端面
に近い方の側に肥厚部（72,73）があることを特徴とす
る、請求項１ないし６の１つに記載の軸封装置。
【請求項８】密封環（9,10）の空所（14,15）の少なく
とも１つが圧力媒体回路中にあり、密封環（9,10）の間
に形成される環状室（17）が潤滑剤回路中にあることを
特徴とする、請求項１ないし７の１つに記載の軸封装
置。
【請求項９】環状室（17）が漏れ検出器（53）を含む圧
力媒体回路にあり、軸封装置の密封が不充分な場合環状
室（17）へ達する物質にこの漏れ検出器が応動して、警
報器又は保護手段を操作する信号を発生することを特徴
とする、請求項８に記載の軸封装置。
【請求項１０】密封すべき物質を収容するか又は高い圧
力を持つ第１の空間（３）と低い圧力を持つ第２の空間
（26）とを互いに分離するハウジング壁（２）に軸封装
置が設けられ、両方の密封環（9,10;69,71）のうち、第１の空間（３）
に近い方にある密封環（9;69）が圧力媒体を供給され、環状空間（17）に接続されている漏れ検出器が、第１の
空間（３）からこの環状室（17）へ達する物質に応動す
る時にのみ、第１の空間（３）から遠い方にある密封環
（10;71）が圧力媒体を供給されることを特徴とする、請求項１ないし９の１つに記載の軸
封装置。