DE1948500C

DE1948500C - Mechanical seal

Info

Publication number: DE1948500C
Application number: DE19691948500
Authority: DE
Inventors: Gustav 7100 Heilbronn Augustin
Original assignee: Kupfer Asbest Co, Gustav Bach, 7100 Heilbronn
Filing date: 1969-09-25
Publication date: 1973-08-16

Description

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Die Erfindung geht aus von einer Gleitringdichtung zur axialen Abdichtung von Wellen, insbesondere von Pumpenwellen, rnit einem Gehäuse, einem in diesem gleichachsig angeordneten Gleitring, der unter Federkraft zur Erzielung der Dichtwirkung mit einer seiner Stirnseiten gegen eine Anlauffläche anliegt, und mit einem aus elastischem Werkstoff bestelicnden Dichtring, der in unveispanntcm Zustand einen wenigstens annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweist und sich im Betriebszustand unter radiale Verspannung einerseits gegen eine Anlagefläche am Gehäuse und andererseits gegen Anlageflächen am Gleitring abstützt und wobei die Anlageflächen im Radialschnitt von der Kreisform abweichende, miteinander korrespondierende Gestalt aufweisen. The invention is based on a mechanical seal for the axial sealing of shafts, in particular of pump shafts, with a housing, a sliding ring arranged coaxially in this, the under spring force to achieve the sealing effect, one of its end faces rests against a contact surface, and with one made of elastic material Sealing ring, which is in a non-clamped condition has an at least approximately circular cross-section and is below in the operating state radial bracing on the one hand against a contact surface on the housing and on the other hand against contact surfaces supported on the sliding ring and with the contact surfaces deviating from the circular shape in the radial section, have a shape corresponding to one another.

Eine derartige Anordnung ist aus der französischen Patentschrift l 375 978 bekannt. Dort haben die Anlagcflächen des O-Ringes im Axialschnitt von der Kreisform abweichende, und zwar miteinander korrespondierende Gestalt, indem beide Anlageflächen elliptisch oder rund mit zwei Abflachungen ausgebildct sind, so daß ein Verdrehen der beiden Flächen gegeneinander zu einer Formänderung des O-Rings und damit zur Übertragung des Drehmoments über den O-Ring führt. Durch die elliptische Ausbildung der Anlageflächen beteiligen sich an der Drehmomcntaufnahme jedoch nur zwei kleine Flächenteile von O-Ring bzw. Gehäuse und Welle.Such an arrangement is known from French patent 1,375,978. There the investment areas of the O-ring deviating from the circular shape in axial section, namely corresponding to one another Shape in that both contact surfaces are elliptical or round with two flattened areas are, so that a twisting of the two surfaces against each other to a change in shape of the O-ring and thus leads to the transmission of the torque via the O-ring. Due to the elliptical training of the contact surfaces participate in the torque absorption however, only two small parts of the surface of the O-ring or housing and shaft.

Diese kleinen Flächen werden äußerst stark beansprucht, so daß eine vorzeitige Zerstörung des Dichiriives die Folue ist. Überdies ist ein sehr wesentlich e"r Nachteil der bekannten Anordnung darm zu sehen daß zunächst infoiue der vorhandenen großen relativen Auslenkung der beiden Flächen zueinander eine Verzö-erum; in der Drehmomentaufnahme eintritt was zu einer nachfolgenden starken StoßbeanspruüHinL;, insbesondere bei Drehrichtungsumkehr der Weife /u Torsionssehw inungen und letztlich ebenfalls zu einer erheblichen Verringerun;. der Lebensdauer führen kann.These small areas are extremely heavily used, so that a premature destruction of the dichiriives the folue is. Moreover, one is very essential A disadvantage of the known arrangement is to see that initially the existing large information relative deflection of the two surfaces to each other a delay; occurs in the torque absorption resulting in a subsequent strong shock load; especially when reversing the direction of rotation of the Weife / u Torsionssehw inungen and ultimately also lead to a considerable reduction. the service life can lead.

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, ein. Gleitrinudiehnmi: der eingangs genannten Art so au- zubiiden. daß der Dichtring bei großer Lebensdauer eine sichere Γ i.iertragung hoher Drehmomente erinöülicht. The invention is based on the object. Gleitrinudiehnmi: of the type mentioned at the beginning, so designed. that the sealing ring has a long service life safe transmission of high torques is not possible.

Frfindunüsüemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anlugeflächeii des Dichtrings gegenübe: der Dichtungsachse sich in Umfangsriehtu.ig wellen linig fortschreitend ändern.In accordance with the problem, the problem is solved by that the contact surface of the sealing ring opposite: the seal axis corrugated in the circumferential direction change linearly progressively.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist de> Dichtrins ein nahtlos hergestellter O-Ring, wahrem; die Anlagcflächen Rollflächen für den O-Ring sino die eine derartige Bemessung haben, daß der O-Rin. in seiner Betriebslage um die durch seine Queischnittsmittelpunkte gehende Querschnittsachse derart torsionsverspafnt ist, daß die daoei entstehenden Spannkräfte bestrebt sind, den Gleitring gegen seine Anlauffläche zu drücken.In one embodiment of the invention, de> Sealing ring a seamlessly manufactured O-ring, true; the contact surfaces rolling surfaces for the O-ring sino which have such a dimension that the O-Rin. in its operational position around the center of its cross-section going cross-sectional axis is torsionsverspafnt in such a way that the daoei arise Clamping forces strive to press the sliding ring against its contact surface.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung nimmt im Gegensatz zur bekannten Anordnung eine Vielzahl \on Dichtring- bzw. Gehäuseabschnitten oder Wellenabschnitten mit wesentlich geringerer spezifischer Belastung an der Verdrehsicherung teil, wodurch eine sichere Übertragung hoher Drehmomente gewährleistet ist, ohne daß die Lebensdauer des Dichtringes beeinträchtigt wird.In the embodiment according to the invention, in contrast to the known arrangement, there is a large number \ on Sealing ring or housing sections or shaft sections with much less specific Load on the anti-twist device, which ensures reliable transmission of high torques without affecting the service life of the sealing ring.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung ai\ einem Ausführungsbeiapiel dargestellt. Es zeigtThe object of the invention is shown in the drawing ai \ one Ausführungsbeiapiel. It indicates

F i g. 1 die Gleitringdichtung in einem axialen Längsschnitt,F i g. 1 the mechanical seal in an axial longitudinal section,

F i g. 2 die Gleitringdichtung in axialer Draufsicht.F i g. 2 the mechanical seal in an axial plan view.

Die zur Verwendung in einer nicht dargestellten Pumpe bestimmte Gleitringdichtung weist ein Gehäuse 1 auf, das in seinem dargestellten axialen Längsschnitt etwa U-förmige Gestalt hat und drei einstückig miteinander verbundene Abschnitte hat, nämlich einen sich radial erstreckenden Boden 2, einen äußeren zylindrischen Teil 3, mit dem das Gehäuse mittels Preßsitz im Pumpengehäuse festgehalten werden kann, und einen inneren zylindrischen Teil 4. Im Innenraum des Gehäuses befindet sich gleichachsig zu diesem und in axialer Richtung diesem gegenüber beweglich ein Gleitring 5, der die Form eines Hohlzylinders hat und mittels einer Druckfeder 6 mit seiner Stirnfläche 7 satt und dicht gegen eine sich drehende ringförmige oder scheibenförmige Fläche eines bei F angedeuteten Wellenteils der nicht dargestellten Pumpe gedrückt wird. Zwischen dem Gleitring 5 und der Umfangsfläche des Gehäuseteils 4 befindet sich ein in unverspanntem Zustand einen kreisförmigen Querschnitt aufweisender Dichtririg8, welcher aus elastischem Werkstoff hergestellt ist und in der dargestellten Betriebslage in radialer Richtung elastisch verformt ist. Der Dichtring hat die Aufgabe, den Gleitring, der aus einem seinem jeweiligen Verwendungszweck angepaßtenThe mechanical seal intended for use in a pump, not shown, has a housing 1 which, in its axial longitudinal section shown, is approximately U-shaped and has three integrally connected sections, namely a radially extending base 2, an outer cylindrical part 3, with which the housing can be held in the pump housing by means of a press fit, and an inner cylindrical part 4 with its end face 7 is pressed snugly and tightly against a rotating ring-shaped or disk-shaped surface of a shaft part, indicated at F , of the pump (not shown). Between the sliding ring 5 and the circumferential surface of the housing part 4 there is a sealing ring 8 which has a circular cross-section in the unrestrained state and which is made of elastic material and is elastically deformed in the radial direction in the operating position shown. The sealing ring has the task of the sliding ring, which is adapted from its respective intended use

Werkstoff hergestellt ist. so mit dem Gehäuse 1 zu verbinden, daß der mit / bezeichnete Innenraum der Dichtung von der äußeren Umgehung der Dichtung getrennt ist. Hierbei soll der Gleitring 5 sich in axialer Richtung bewegen können, damit die notwendige dichte Anlage seiner Stirnseite 7 an der Anlauffläche des Wellenteils F sichergestellt ist.Material is made. to be connected to the housing 1 in such a way that the interior of the seal, labeled /, is separated from the outer bypass of the seal. Here, the sliding ring 5 should be able to move in the axial direction so that the necessary tight contact between its end face 7 and the contact surface of the shaft part F is ensured.

Darüber hinaus hat der Dichtring die Autgabe, das durch die Reibung zwischen dem Gleitring 5 und seiner Gegoifläche entstehende Reibmoment vom Gleitring auf das feststehende Gehäuse 1 zu übertragen. In der Praxis hat es sich zwar gezeiei. daß die bei der radialen Verformung des Dichtrings 8 einstehende Anpreßkraft am Gleitring und am Gehäuse und die sich hieraus ergebende Reibung ausreicht, um ein sicheres Festhaken des Gleiirings gegenüber den Drehbewegungen der WVHe zu gewährleisten, ohne dal.', der Gleitring gegenüber dem Gehäuse durchrutschen kann. Beim Anfahren nach längerem Stillstand reichen diese Reibungskräfte jedoch zur Überwindung des Anfahrmomentes nicht immer aus. Um das vom Gleitring auf das Gehäuse übenragbire Drehmoment wesentlich zu erhöhen, ist vorgesehen, daß die mit dem Dichtring 8 in Kontakt stehenden Flächen, nämlich die Anlagefläche 9 des Gleitringes 5 und die Anlagcfläche 10 des Gehäuseteils 1 gegenüber der Diehtungsachse AA sich in Umfangsrichtung wellenlinig fortschreitend ändern, wobei die Anlageflächen 9, 10 miteinander korrespondierende Gestalt haben derart, daß den Vorsprüngen 11 (z. B. Wellenbergen) der Anlagefläche 9 jeweils entsprechende Vertiefungen der Anlagefidehe 10 gegenüber liegen und in anderer Richtung liegende Vorsprünge 12 (Wellenberge) der Anlagefidehe 10 mit gegenüberliegenden gleichgerichteten Vertiefungen der Anlagefläche 11 übereinstimmen. Die Anlagei'lächen 9, 10 haben also einen zu der mit AA bezeichneten Dichtungsachse radialen Abstand, der in Umfangsrichtung der Anlageflächen bzw. in Drehrichtung der abzudichtenden Welle nach Art einer Wellenlinie fortschreitend eine periodisch wechselnde Größe hat. Der Dichtring ist in den zwischen dem Gleitring5 und dem Gehäuseteil 4 verbleibenden, in Umfangsrichtung wellenlinienförmig verlaufenden Spalt eingelegt und bildet dort eii.e Art elastischen Formschluß, weil die Vorsprünge 11 an der Anlagefläche 9 des Gleitrings 8 und die Vorsprünge 12 am Umfang des Gehäuseteils 4 nach Form und Größe derart gewählt sind, dab bei einer relativen Drehbewegung zwischen Gleitring und Gehäuse der dazwischenliegende Dichtring 8 auf einen Bruchteil seines Querschnittsdurchmessers zusammengequet§cht werden müßte.In addition, the sealing ring has the task of transferring the frictional torque produced by the friction between the sliding ring 5 and its counter surface from the sliding ring to the stationary housing 1. In practice it has turned out to be true. that the pressing force on the sliding ring and the housing during the radial deformation of the sealing ring 8 and the resulting friction is sufficient to ensure that the sliding ring is securely hooked against the rotational movements of the WVHe, without the sliding ring being able to slip against the housing . When starting up after a long standstill, however, these frictional forces are not always sufficient to overcome the starting torque. In order to significantly increase the torque from the sliding ring to the housing, it is provided that the surfaces in contact with the sealing ring 8, namely the contact surface 9 of the sliding ring 5 and the contact surface 10 of the housing part 1 with respect to the axis of rotation AA , progress in a wavy direction in the circumferential direction change, with the contact surfaces 9, 10 having a shape corresponding to one another such that the projections 11 (z. B. wave crests) of the contact surface 9 are each corresponding depressions of the investment fidehe 10 opposite and projections 12 (wave crests) lying in the other direction of the investment fidehe 10 with opposite recesses in the same direction of the contact surface 11 match. The abutment surfaces 9, 10 have a radial distance from the sealing axis labeled AA , which has a periodically changing size in the circumferential direction of the abutment surfaces or in the direction of rotation of the shaft to be sealed in the manner of a wavy line. The sealing ring is inserted into the gap that remains between the sliding ring 5 and the housing part 4 and runs in the circumferential direction in the shape of a wavy line and forms a kind of elastic form fit there because the projections 11 on the contact surface 9 of the sliding ring 8 and the projections 12 on the circumference of the housing part 4 are chosen according to shape and size such that with a relative rotary movement between the sliding ring and the housing, the sealing ring 8 between them would have to be squeezed together to a fraction of its cross-sectional diameter.

Um die auf den Dichtring 8 ausgeübten Scherkräfte möglichst klein zu halten, ist bei der fortschreitend wellenlinigen Gestalt der Anlagcflächen der radiale Abstand r der Anlngeflächen 9 bzw. 10 in Umfangsrichtung fortschreitend kontinuierlich und ohne sprunghafte Übergänge vorgesehen.In order to keep the shear forces exerted on the sealing ring 8 as small as possible, the radial spacing r of the contact surfaces 9 and 10 in the circumferential direction is provided progressively continuously and without sudden transitions in the progressively wavy shape of the contact surfaces.

Beim dargestellten Austührungsbeispeil ist der ^r'uiunng8 entsprechend dem Gegenstand eines älteren Rechtes außerdem dazu verwendet, die von der 1 ed'.M' 6 auf den GleiiriimS auaiiei'bte Anpreükratt j , u erhöhen. Ur ist nämlich in der dargestellten Anlagestellung des Gleitrings aus meinem unverspannten Zustand durch Abrollen aul dem Umfang seiner Querschnittsfläehe in sich dcan verspannt, daß er als Torsionsfeder wirkt und bestrebt ist, den (jlei¹-rint: aus dem Gehäuse 1 herauszudrücken. Um eine Milche Torsionsv erwärmung des Dichtringes zu ermöglichen, sind die beiden Anlageflächen 9 und 10 zylindrisch ausgebildet, d.h. ihre Mantellinien verlaufen parallel zur Dichtungsachse .1.-1. Dieser zvlindrische Bereich der Anlageflächen erstreckt sich über eine solche axiale Länge, daß der Dichlring8 bei axialer Relativbewegung zwischen Gleiirmg und Gehäuse sich über wenigstens ^l'U auf dem Umfang seiner Üuerschnitisfläche abrollen kann. Beim dargeslelUen Ausführungsbeispicl svcisl der Clearing 5 auf seiner ganzen Länge zur D^; -htungsachse AA parallel verlaufende Mantellinien au*.In the exemplary embodiment shown, the ^r 'uiunng8 is also used, in accordance with the subject matter of an earlier law, to increase the claim made by the 1 ed'.M' 6 on the GleiiriimS j, u. In the shown contact position of the sliding ring from my unstrained state, Ur is braced in itself by rolling on the circumference of its cross-sectional area, so that it acts as a torsion spring and tries to push the (jlei ¹ -rint: out of the housing 1. To a milk To enable torsional heating of the sealing ring, the two contact surfaces 9 and 10 are cylindrical, ie their surface lines run parallel to the seal axis .1.-1. This cylindrical area of the contact surfaces extends over such an axial length that the Dichlring8 between Gleiirmg housing and can roll over at least ^l 'U on the circumference of its Üuerschnitisfläche When dargeslelUen Ausführungsbeispicl the Clearing 5 svcisl over its entire length to ^D;. -htungsachse AA parallel generatrices au *.

Zur Verdeutlichung der durch die Abrollbewegung des Dichtrings an den zylindrischen Anlageilächen entstehenden Verspannung des Dichtung*, ist dieser .W Fig. \a in derjenigen Lage dargestellt, in welcher er sich beim Hinführen des Gleitrings 5 in das Gehäuse 1 befindet. Zur Markierung der unverspannten Lage des Dichtringes 8 ist an dessen äußerer Umfangsfläche, mit welcher er an der als Anlagefläche 9 dienenden Bohrungswand des Gleitringes 5 anliegt, mit einem kleinen Halbkreis 13 markiert. Wenn dann unter relativer axialer Verschiebung zwischen Gleitring und Gehäuse 1 der Gleitring mit seiner Stirnfläche 7 gegen seine Anlauffläche an einen Wellenteil /" gedruckt wird, verhindert die am Dichtring gegenüber seinen Anlageflächen 9 und 10 entstehende Reibung, daß er auf diesen gleitet. Vielmehr rollt sich der Dichtring auf dem Umfang der dargestellten Querschnittsfläche ab, wobei er sich um seine in F i g. 1 bei Q angedeutete Querschnittsachse dreht und diese sich ins Innere des U-förmigen Gehäuses I hineinbewegt, wobei dc^r Verschiebungsweg des Gleitrings in diesen Gehäusezwischenraum hinein doppelt so groß ist. Die Markierung 13 wandert dann an den in Fig. 1 angedeuteten Platz, wobei der seither am Gehäuse anliegende Teil, welcher in unverspanntem Zustand des Dichtrings dessen Innendurchmesser begrenzt, gestreckt wird, wohingegen der andere, seither mit der durch 13 markierten Außenumfangsseitc am Gleitring 5 anliegende Teil des Dichtrings gestaucht wird. Die dadurch entstehenden Spannungen ergeben eine Rückstellkraft in Richtung des Pfeiles 15, welche bestrebt ist. die in Fig. 1 a angedeutete AusgangsLge wieder herzustellen. Demgemäß entsteht infolge dieser Torsionsspannungen eine beträchtliche Unterstützung der von der Feder 6 aufgebrachten, den Gleitring gegen seine Anlagefläche drückenden Dichtkraft.In order to illustrate the costs associated with the rolling movement of the sealing ring on the cylindrical Anlageilächen clamping of the gasket *, this .W FIG. \ A shown in that position in which it is located at the lead of the slip ring 5 in the housing 1. To mark the unstrained position of the sealing ring 8, a small semicircle 13 is used on its outer circumferential surface with which it rests on the bore wall of the sliding ring 5 serving as a contact surface 9. If the sliding ring is then pressed with its end face 7 against its contact surface against a shaft part / ″ with relative axial displacement between sliding ring and housing 1, the friction arising on the sealing ring against its contact surfaces 9 and 10 prevents it from sliding on it. Rather, it rolls the sealing ring from the circumference of the cross-sectional area illustrated, the latter one about its in F i. 1 rotates in Q indicated cross-sectional axis and these in moved into the interior of the U-shaped housing I, where dc ^r displacement of the sliding ring in this housing space into double The marking 13 then moves to the place indicated in FIG the part of the sealing ring resting on the sliding ring 5 is upset Rising tensions result in a restoring force in the direction of arrow 15, which endeavors. to restore the initial position indicated in FIG. 1 a. Accordingly, as a result of these torsional stresses, there is considerable support for the sealing force applied by the spring 6 and pressing the sliding ring against its contact surface.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

H a t c η κι η s ρ ι iic h e:

I. Mechanical seal / for axial sealing of shafts, especially \ on pump shafts. with a housing, a sliding ring arranged coaxially in this. which under spring force / to achieve the sealing effect rests with one of its end faces against a contact surface and with a DiclitriiiL made of elastic material !. which in the restrained state has a somewhat circular cross-section and, in the operating state, is supported under radial prestress on the one hand against a contact point on the housing and on the other hand against a contact surface on the sliding ring, and the contact points in the axial section have a circular shape different, mutually corresponding shape aulweisen, characterized corner π η ζ e '"net, the bearing surfaces (9, 10) against DNSS. * cr the sealing axis (AA) progressively change in the circumferential direction wellenlini".

2. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the sealing ring is seamless manufactured O-ring is. the contact surfaces rolling surfaces are for the O-ring and such a dimensioning is provided that the O-ring in its Operating position around the cross-sectional axis passing through its cross-sectional centers torsionsversp;> .- mt is that the resulting tension forces strive to counter d'-n Glcitring5 to press its contact surface 7.