DE4219289A1 - Sealing arrangement - in which workpiece between horizontal container and shaft freely extends out of container with slide ring seal sealing through aperture - Google Patents
Sealing arrangement - in which workpiece between horizontal container and shaft freely extends out of container with slide ring seal sealing through apertureInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zum Abdichten des Austrittsbereiches einer Welle aus einem, insbesondere liegen den, Behälter, insbesondere Großbehälter, bei der das außenlie gende Wellenende oder der Wellenzapfen unabhängig von dem Behäl ter gelagert ist. Die Welle kann z. B. zum Antrieb eines Rühr werkes oder dergleichen in dem liegenden Behälter dienen. Die Dichtungsanordnung weist einen mit der Welle umlaufenden Gleitring auf. Dieser wirkt mit einem in axialer Richtung beweg lich angeordneten Gegenring abdichtend zusammen, der unter einer Vorspannung steht und in einem Gehäuse beweglich gelagert ist, das seinerseits abdichtend mit der Behälterstirnwand zusammen wirkt.The invention relates to a sealing arrangement for sealing the Exit area of a shaft from a, in particular lie the, container, especially large containers, in which the outside shaft end or the shaft journal regardless of the container ter is stored. The wave can e.g. B. to drive a stirrer works or the like in the lying container. The Sealing arrangement has one rotating with the shaft Slide ring on. This acts with a move in the axial direction Lich arranged mating ring together, the one under Preload is present and is movably supported in a housing, which in turn seals together with the end wall of the container works.
Aufgrund der unabhängigen Anordnung von Behälter und Welle ist es nicht auszuschließen, daß unterschiedliche axiale und radiale Relativbewegungen sowie Winkelabweichungen zwischen der Welle und der Behälterstirnwand auftreten. Dieses beeinträchtigt die Gleitringdichtung, auch wenn der Gleitring und der Gegenring beide in dem gleichen Gehäuse angeordnet und geführt sind, das auf der Welle gelagert ist, wobei der Gleitring mit der Welle umläuft, während der Gegenring in dem Gehäuse gegen Drehungen gehalten ist. Die Relativbewegungen beeinträchtigen jedoch insbesondere die Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Stirnwand des Behälters.Due to the independent arrangement of the container and shaft it cannot be ruled out that different axial and radial Relative movements and angular deviations between the shaft and the container end wall occur. This affects the Mechanical seal, even if the mechanical ring and the counter ring both are arranged and guided in the same housing that is mounted on the shaft, the sliding ring with the shaft rotates while the counter ring in the housing against rotation is held. However, the relative movements affect especially the seal between the housing and the Front wall of the container.
Bildet man die Gleitringdichtung so aus, daß sie den Relativbe wegungen ausgesetzt ist, so besteht der Nachteil, daß aufgrund mechanischer und thermischer Einflüsse und der dadurch bedingten Abweichungen zwischen Welle und Behälter die beiden Ringe der Gleitringdichtung übermäßig beansprucht werden und daher schnell verschleißen. Man hat schon versucht die auftretenden Relativbe wegungen durch sogenannte Wellrohrkompensatoren zu kompensieren, die jedoch in vielen Anwendungsfällen keine ausreichend großen Freiheitsgrade der Relativbewegung zulassen.Forming the mechanical seal so that it the Relativbe is exposed to movements, the disadvantage is that due to mechanical and thermal influences and the resulting Deviations between the shaft and container the two rings of the Mechanical seal can be excessively stressed and therefore quickly wear out. One has already tried the occurring relative compensate for movements with so-called corrugated tube compensators, which, however, are not sufficiently large in many applications Allow degrees of freedom of the relative movement.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dichtungsanordnung der ein gangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß auch bei re lativ großen Freiheitsgraden die Gleitringdichtung gegen übermä ßige Beanspruchungen zuverlässig geschützt ist und daß auch bei größeren Freiheitsgraden der Relativbewegungen die Abdichtung zwischen Welle und Gehäuse gewährleistet ist.It is an object of the invention to provide a seal assembly gangs further specified type so that even at right relatively large degrees of freedom, the mechanical seal against excessive ßes stresses is reliably protected and that also at greater degrees of freedom of the relative movements the seal between shaft and housing is guaranteed.
Diese Aufgabe wird gemäß der Anordnung nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved according to the arrangement according to claim 1.
Bei dieser Anordnung sind die Relativbewegungen außer der Dreh bewegung der Gleitflächen zwischen Gleitring und Gegenring nur gering. Beide miteinander abgestimmt zusammenwirkenden Ringe werden daher nur dem üblichen Verschleiß unterworfen. Die auf tretenden größeren Relativbewegungen zwischen Welle und Behäl terstirnwand werden dagegen im Bereich der Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Behälterstirnwand kompensiert, und zwar mit Hilfe des in dem Gehäuse beweglich gelagerten Ringkolbens. Dabei ist zweckmäßigerweise die Lagerung des Ringkolbens mit Hilfe elastischer Dichtungen so vorgenommen, daß gemäß Anspruch 2 große Freiheitsgrade sowohl in radialer Richtung gegenüber der Behälterwand als auch in axialer Richtung gegenüber dem Gehäuse wie auch bezüglich einer Schieflage gegenüber der Wellenachse zugelassen werden können, ohne daß die zuverlässige Abdichtung zwischen Gehäuse und Behälterstirnwand beeinträchtigt wird.With this arrangement, the relative movements are out of rotation movement of the sliding surfaces between the slide ring and counter ring only low. Both rings work together in concert are therefore only subjected to normal wear and tear. The on occurring larger relative movements between shaft and container In contrast, the end wall is in the area of the sealing between the housing and the container end wall compensated with Help of the ring piston movably mounted in the housing. Here is conveniently the storage of the annular piston with the help elastic seals made so that according to claim 2 large degrees of freedom both in the radial direction compared to the Container wall as well as in the axial direction with respect to the housing as well as with an inclination to the shaft axis can be approved without the reliable sealing between the housing and the end wall of the container.
Zur Vorspannung des Ringkolbens können mechanische Federspeicher oder Gasdruckspeicher dienen. Der Ringkolben kann mit der erfor derlichen Vorspannkraft auch hydraulisch vorgespannt werden. In vielen Fällen wird im Bereich der Abdichtung mit einem Sperr fluid gearbeitet, das im Bereich der Dichtflächen unter Druck über einen Kreislauf geführt wird, der sicherstellt, daß keine Behälterflüssigkeit austreten kann. In diesen Fällen kann beson ders vorteilhaft der Ringkolben durch das Sperrfluid unter der erforderlichen einseitigen Vorspannung gehalten werden.Mechanical spring accumulators can be used to preload the ring piston or serve as a gas pressure accumulator. The ring piston can be used with the pretensioning force can also be hydraulically pretensioned. In Many cases involve sealing with a barrier fluid worked in the area of the sealing surfaces under pressure is carried out via a circuit which ensures that none Container liquid can leak. In these cases ders advantageously the ring piston by the barrier fluid under the required one-sided bias can be kept.
Die Dichtungsanordnung kann sehr raumsparend ausgeführt werden. Gegenüber dem Produktraum oder Innenraum des Behälters ergibt sich eine sehr einfache überschaubare Gestaltung der Gleitring dichtung. Etwaig auftretende Toträume können durch Spülvorgänge immer wieder gereinigt werden. Die Anordnung erlaubt einen sehr großen axialen Hubausgleich. Radiale Versetzungen werden durch radiales Gleiten der Stirnfläche des Ringkolbens gegenüber der Behälterstirnfläche ausgeglichen. Der Ringkolben ist mit ausrei chendem Spiel geführt, um sich auch in einem erheblichen Umfange schräg zur Wellenachse einstellen zu können. In allen Fällen wird eine zuverlässige Anlage des Ringkolbens an die Behälter stirnfläche gewährleistet. Diese Kompensationsbewegungen des Ringkolbens führen zu keiner erhöhten Belastung der Gleitflächen zwischen Gleitring und Gegenring, so daß diese Flächen nur dem normalen Verschleiß unterliegen.The sealing arrangement can be made very space-saving. Compared to the product space or interior of the container a very simple manageable design of the slide ring poetry. Any dead spaces that occur can be caused by flushing processes be cleaned again and again. The arrangement allows you a lot large axial stroke compensation. Radial dislocations are caused by radial sliding of the end face of the annular piston relative to the Equalized tank face. The ring piston is also sufficient The game led to itself to a considerable extent to be able to adjust obliquely to the shaft axis. In all cases becomes a reliable contact between the ring piston and the container end face guaranteed. These compensatory movements of the Ring pistons do not lead to an increased load on the sliding surfaces between slide ring and counter ring, so that these surfaces only the subject to normal wear and tear.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeich nung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die Dichtungsanordnung in einem Längsschnitt.The invention is based on a schematic drawing tion explained in more detail using an exemplary embodiment. The drawing shows the seal arrangement in a longitudinal section.
Die Dichtungsanordnung kann bei großem liegendem Behälter mit einer Rührwerkseinrichtung oder dergleichen eingesetzt werden und ist geeignet, alle Verlagerungen zwischen der Welle bzw. de ren außenliegenden Wellenzapfen und dem Behältergehäuse zuver lässig zu kompensieren.The sealing arrangement can be used with a large lying container an agitator device or the like can be used and is suitable for all displacements between the shaft or de external shaft journal and the container housing to compensate casually.
In der Zeichnung ist der Behälter nur durch einen Abschnitt der Behälterstirnwand (3) gezeigt, die eine Austrittsöffnung (4) für den Wellenzapfen (2) einer Welle (1) begrenzt, welche um ihre Achse (2a) drehbar gelagert ist. Die Lagerung der Welle erfolgt unabhängig von der Stirnwand (3) des Behälters. Der Wellenzapfen (2) tritt mit erheblichem Spiel durch die Stirnwandöffnung (4). Zur Abdichtung des verbleibenden Durchtrittsspaltes ist eine Gleitdichtung vorgesehen. Diese besteht aus einem Gleitring (11), der auf einer Hülse (5) abgedichtet und über Mitnehmerzap fen (12) drehfähig gelagert ist. Die Hülse (5) erstreckt sich über einen größeren Abschnitt der Länge des Wellenzapfens (2) und ist auf diesem mittels O-Ring (9) abgedichtet und mittels Klemmeinrichtung (8) drehfest gehalten. Der Gleitring (11) weist eine von der Welle (1) wegweisende Gleitfläche auf, die mit der gegenüberliegenden Gleitfläche eines Gegenringes (13) abdichtend zusammenwirkt. Der Gegenring (13) ist in einem aus mehreren Tei len zusammengesetzten Dichtungsgehäuse (6) axial beweglich gela gert. Das Gehäuse (6) ist über ein weitgehend spielfreies Lager (7a, 7b) auf der Hülse (5) gelagert und ist über Stifte (30) ge gen Drehen an der Behälterstirnwand (3) gesichert. Der Gegenring (13) ist wiederum in dem Gehäuse durch Führungszapfen (13a) ge gen Drehen gesichert und steht unter der Wirkung von mehreren in Umfangsrichtung verteilten Vorspannfedern (14), die ständig be strebt sind, den Gegenring (13) in abdichtender Anlage an dem Gleitring (11) zu halten. Da der Gleitring (11) auf der auf dem Zapfen (2) festen Hülse (5) geführt ist und der Gegenring (13) in dem auf der Hülse (5) mit geringem Spiel gelagerten Gehäuse (6) geführt ist, treten im Betrieb zwischen dem Gleitring (11) und dem Gegenring (13) außer den Drehgleitbewegungen entlang der Berührungsfläche praktisch kaum andere Relativbewegungen auf, so daß lediglich der übliche Verschleiß durch Gleitreibung an den Dichtflächen auftritt.In the drawing, the container is shown only by a portion of the container end wall (3) having an outlet opening (4) defines a shaft (1) for the shaft journals (2) which is mounted rotatably about its axis (2 a). The shaft is supported independently of the front wall ( 3 ) of the container. The shaft journal ( 2 ) passes through the front wall opening ( 4 ) with considerable play. A sliding seal is provided to seal the remaining passage gap. This consists of a slide ring ( 11 ) which is sealed on a sleeve ( 5 ) and rotatably mounted on Mitnehmerzap fen ( 12 ). The sleeve ( 5 ) extends over a larger section of the length of the shaft journal ( 2 ) and is sealed thereon by means of an O-ring ( 9 ) and held in a rotationally fixed manner by means of a clamping device ( 8 ). The sliding ring ( 11 ) has a sliding surface pointing away from the shaft ( 1 ), which cooperates in a sealing manner with the opposite sliding surface of a counter ring ( 13 ). The counter ring ( 13 ) is axially movable in a seal housing ( 6 ) composed of several parts. The housing ( 6 ) is mounted on a largely play-free bearing ( 7 a, 7 b) on the sleeve ( 5 ) and is secured by pins ( 30 ) against rotation on the container end wall ( 3 ). The counter ring ( 13 ) is in turn secured in the housing by guide pins ( 13 a) against rotation and is under the action of several circumferentially distributed bias springs ( 14 ), which are constantly striving to be, the counter ring ( 13 ) in sealing system to hold the slide ring ( 11 ). Since the sliding ring (11) is guided on the fixed on the journal (2) the sleeve (5) and the counter ring (13) is guided in the in the sleeve (5) mounted with a small clearance housing (6) occur in operation between the sliding ring ( 11 ) and the counter ring ( 13 ) apart from the rotary sliding movements along the contact surface practically hardly any other relative movements, so that only the usual wear and tear occurs due to sliding friction on the sealing surfaces.
Man erkennt, daß im Bereich der Dichtfläche zwischen Gleitring (11) und Gegenring (13) im Inneren des Gehäuses (6) ein Sperr fluid unter Druck ansteht, das bei (36) dem Gehäuse aus einer Sperrfluid-Druckwelle zugeführt wird und das allenfalls an der ersten Dichtung (38) von zwei axial hintereinanderliegenden Dichtungen (38, 39) vorbei und daher von der Kammer (35) in die Kammer (40) gelangen kann, aus der das Sperrfluid über den Auslaß (41) im Kreislauf zurückgeführt wird.It can be seen that in the area of the sealing surface between the sliding ring ( 11 ) and the counter ring ( 13 ) inside the housing ( 6 ) there is a locking fluid under pressure, which is supplied to the housing from (36) from a sealing fluid pressure wave and at most the first seal ( 38 ) of two seals ( 38 , 39 ) lying axially one behind the other and can therefore pass from the chamber ( 35 ) into the chamber ( 40 ), from which the barrier fluid is recirculated via the outlet ( 41 ).
In dem Gehäuse (6) ist im Bereich des der Behälterstirnwand (3) zugewandten Endes eine ringförmige Ausnehmung (6a) vorgesehen. In dieser ist mit erheblichem Spiel ein Ringkolben (20) beweg lich gelagert. Zur Halterung und beweglichen Führung des Ring kolbens sind in der Ausnehmung (6a) außen äußere und innere Dichtringe, z. B. O-Ringe (21, 22), vorgesehen. Darüberhinaus ist der Ringkolben (20) mit einem oder mehreren in Umfangsrich tung verteilten Zapfen (25) mit ausreichendem Spiel in Bohrungen (26) des Gehäuses gegen Drehen gesichert und bei den Kolbenbewe gungen geführt. Der Ringkolben weist auf seiner außenliegenden Stirnseite eine Ringdichtung, z. B. einen O-Ring (23) auf, der abdichtend mit der Außenfläche der Behälterstirnwand (3) zusam menwirkt. Um diese Dichtung in Anlage an der Behälterstirnwand zu halten, können mehrere in Umfangsrichtung verteilte Vorspann federn (24) vorgesehen sein. Anstelle dieser Federn oder zusätz lich dazu können auch Druckgasspeicher vorgesehen sein, welche den Ringkolben (20) einseitig beaufschlagen. Radiale Ansätze oder eine äußere Ringschulter am inneren Ende des Ringkolbens verhindert, daß bei der Montage der Ringkolben aus der Ausneh mung (6a) herausfällt.An annular recess ( 6 a) is provided in the housing ( 6 ) in the region of the end facing the container end wall ( 3 ). In this, an annular piston ( 20 ) is movably mounted with considerable play. To hold and move the ring piston are in the recess ( 6 a) outside and inner sealing rings, for. B. O-rings ( 21 , 22 ) are provided. In addition, the annular piston ( 20 ) with one or more pins ( 25 ) distributed in the circumferential direction is secured with sufficient play in the bores ( 26 ) of the housing against rotation and guided in the piston movements. The annular piston has on its outer end face an annular seal, for. B. an O-ring ( 23 ), which interacts with the outer surface of the container end wall ( 3 ) in a sealing manner. In order to keep this seal in contact with the end wall of the container, a plurality of prestress springs ( 24 ) distributed in the circumferential direction can be provided. Instead of these springs or in addition to this, compressed gas stores can also be provided, which act on the annular piston ( 20 ) on one side. Radial lugs or an outer annular shoulder at the inner end of the ring piston prevents the ring piston from falling out of the recess ( 6 a) during assembly.
Bevorzugt wird jedoch der Ringkolben (20) hydraulisch beauf schlagt. Bei der zuvor beschriebenen Anordnung mit Sperrfluid- Kreislauf hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn man das un ter Druck stehende Sperrfluid zugleich als hydraulisches Mittel zum Vorspannen des Ringkolbens ausnutzt. Im dargestellten Bei spiel ist hierzu ein Einlaß (42) in dem Gehäuse (6) vorgesehen, der über eine Bohrung in die Ringausnehmung (6a) führt.Preferably, however, the annular piston ( 20 ) is hydraulically struck. In the arrangement described above with sealing fluid circuit, it has proven to be advantageous if the un-pressurized sealing fluid is also used as a hydraulic means for biasing the annular piston. In the example shown, an inlet ( 42 ) is provided in the housing ( 6 ) for this purpose, which leads via a bore into the ring recess ( 6 a).
Der Hubweg des Ringkolbens (20) ist mit (45) bezeichnet. Im Rah men dieses Hubweges kann der Ringkolben relative axiale Bewegun gen zwischen dem Wellenzapfen (2) und der Behälterstirnwand (3) zuverlässig aufnehmen, ohne daß die Dichtwirkung der Dichtung (23) oder die Dichtwirkung der Gleitringdichtung (11, 13) beein trächtigt wird. Wenn der Zapfen gegenüber der Behälterstirnwand (3) radial verlagert wird, nimmt auch das Gehäuse (6) an dieser Relativbewegungsteil, wobei der Dichtring (23) des Ringkolbens (20) an der Stirnfläche (3) in radialer Richtung versetzt wird. Wenn sich die Wellenachse (2a) gegenüber der Stirnwand (3) des Behälters in gewissem Umfange schrägstellt, nimmt auch das Ge häuse (6) an dieser Verlagerungsteil. Die Dichtungen (21, 22) und die Drehsicherung (25, 26) bieten dem Ringkolben (20) jedoch ausreichendes Spiel, so daß dieser an der Winkelverlagerung des Gehäuses (6) gegenüber der Behälterstirnwand (3) nicht teil nimmt, sondern seine satte Anlage an der Stirnfläche der Behäl terstirnwand beibehält, wobei der Kolbenring in dem Gehäuse (6) eine entsprechende Schräg- oder Schieflage einnimmt. In all die sen abweichenden Stellungen sorgt die insbesondere hydraulische Vorspannung des Ringkolbens für eine gleichmäßige Anlage des Dichtringes (23) und damit für eine gleichbleibende zuverlässige Abdichtung zwischen dem Gehäuse (6) und der Stirnwand (3).The stroke of the annular piston ( 20 ) is designated ( 45 ). In the framework of this stroke, the annular piston can accommodate relative axial movements between the shaft journal ( 2 ) and the container end wall ( 3 ) without the sealing effect of the seal ( 23 ) or the sealing effect of the mechanical seal ( 11 , 13 ) being adversely affected. If the pin is displaced radially with respect to the container end wall ( 3 ), the housing ( 6 ) also takes part in this relative moving part, the sealing ring ( 23 ) of the annular piston ( 20 ) being displaced in the radial direction on the end face ( 3 ). When the shaft axis (2 a) of the container is inclined relative to the end wall (3) to a certain extent, so does the Ge housing (6) on this displacement part. The seals ( 21 , 22 ) and the rotation lock ( 25 , 26 ), however, offer the ring piston ( 20 ) sufficient play so that it does not take part in the angular displacement of the housing ( 6 ) relative to the container end wall ( 3 ), but rather its full contact maintains on the end face of the container end wall, the piston ring in the housing ( 6 ) assuming a corresponding oblique or oblique position. In all of these deviating positions, the hydraulic preload, in particular the hydraulic piston, ensures that the sealing ring ( 23 ) bears evenly and thus ensures a constant, reliable seal between the housing ( 6 ) and the end wall ( 3 ).
Ein wesentlicher Vorteil der Anordnung ist somit die Verteilung der Dichtfunktion einerseits auf die Gleitringdichtung (10) und andererseits auf die Abdichtung mit Hilfe des Ringkolbens (20). Trotz dieser Aufteilung ergibt sich eine gedrängte Bauweise, auch dann, wenn das Gehäuse zugleich zur Zuführung und Abführung eines Sperrfluids sowohl für die Gleitdichtung als auch eines hydraulischen Vorspannfluids für den Ringkolben (20) ausgebildet ist.A major advantage of the arrangement is thus the distribution of the sealing function on the one hand on the mechanical seal ( 10 ) and on the other hand on the seal with the aid of the annular piston ( 20 ). Despite this division, there is a compact design, even if the housing is designed for the supply and discharge of a barrier fluid both for the sliding seal and a hydraulic biasing fluid for the annular piston ( 20 ).
Die neue Dichtungsanordnung ermöglicht auch ein leichtes Erfas sen von dauernden Verlagerungen zwischen Welle und Behälter, so daß durch Justiermaßnahmen solche Verlagerungen ausgeglichen werden können.The new seal arrangement also enables easy detection permanent displacements between shaft and container, see above that such adjustments are compensated for by adjustment measures can be.
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