WO2007124950A1 - Slip ring seal arrangement with a bellows seal - Google Patents

Slip ring seal arrangement with a bellows seal Download PDF

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WO2007124950A1
WO2007124950A1 PCT/EP2007/003857 EP2007003857W WO2007124950A1 WO 2007124950 A1 WO2007124950 A1 WO 2007124950A1 EP 2007003857 W EP2007003857 W EP 2007003857W WO 2007124950 A1 WO2007124950 A1 WO 2007124950A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bellows
seal
mechanical seal
bellows seal
perfluorinated
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/003857
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Robert Woppowa
Reinhard Svejkovsky
Rudolf Schicktanz
Shigeyoshi Sakada
Fujio Nakamura
Shiroh Ohsumi
Original Assignee
Burgmann Industries Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Burgmann Industries Gmbh & Co. Kg filed Critical Burgmann Industries Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2007124950A1 publication Critical patent/WO2007124950A1/en

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    • 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
    • F16J15/36—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member connected by a diaphragm or bellow to the other member

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical seal assembly according to the preamble of claim 1 and to a bellows seal and the use of the bellows seal for such a mechanical seal assembly.
  • the invention thus relates generally to mechanical seal assemblies with a bellows seal of resilient material to provide an axially compliant connection of a sliding ring with a rotating member, as e.g. B. from Burgmann Lexicon, ABC of the mechanical seal, 1988 self-published, p 22-23 is known.
  • the bellows seal takes over the task of the dynamic secondary seal.
  • a mechanical seal assembly which has high temperature resistance and / or high chemical resistance.
  • This object is achieved by a mechanical seal assembly according to claim 1, wherein the bellows seal is constructed essentially of a perfluoroelastomer-containing material and / or FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO 1629.
  • perfluororubber are on the one hand difficult to process for complex geometries or complicated or almost impossible to produce, in particular a high crack formation during removal from the production tool can occur in geometrically complex shapes, whereby an element made of perfluor rubber is not usable as a sealing element or rejects .
  • perfluororubbers are very expensive to manufacture, with the price ratio to SBR being about 5000: 1.
  • bellows seals made of perfluoroelastomer Webm material and / or FFKM perfluorinated rubber to DIN ISO 1629 can be produced, which have appropriate fits for use in a mechanical seal assembly and because of their high temperature resistance and the high chemical resistance are particularly advantageous.
  • the bellows seal according to the invention may have a heat resistance of up to 260 0 C, with special types to over 300 0 C. Furthermore, bellows seals according to the invention when used in the mechanical seal assembly according to the invention have a high chemical resistance to almost all chemical categories, such. As polar solvents, ketone esters, ethers, aliphatic,
  • the mechanical seal assemblies according to the invention are particularly insensitive to contamination and deposits, since the bellows region of the bellows seal made of perfluoroelastomer ensures a desired axial mobility and thus provides improved operational reliability for the mechanical seal assembly according to the invention.
  • the low adhesion tendency of the perfluoroelastomer is advantageous, by which contaminants on the bellows seal made of perfluoroelastomer do not adhere or adhere only to a small extent, and as a result of which the repositioning behavior is not hindered.
  • the bellows seal according to the invention made of perfluoroelastomer-containing material and / or FFKM perfluorinated rubber consists essentially of a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoromethylvinylether with a small addition of a cross-linking monomer, which brings about a cross-linking by a perfluorinated compound having functional groups.
  • the bellows seal is preferably made of FFKM perfluorinated rubber in which all substituents of the polymer chain are fluorine, perfluoroalkyl or perfluoroalkoxy groups.
  • fillers are provided in addition to the rubber for the bellows seal, which comprise in particular perfluorinated plasticizer oils.
  • vulcanizing agents are provided in addition to the rubber for the bellows seal, in particular bisphenol AF or peroxide with coagent.
  • the bellows seal according to the invention has at least one bellows area and end-side mounting areas, one of which is provided for rotationally fixed mounting on the rotating component or another element and the other for supporting a sliding ring, wherein the bellows seal consists essentially of a perfluoroelastomer-containing material and / or made of FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO 1629, and wherein the bellows seal according to the invention is used in particular in a mechanical seal arrangement with at least one sliding ring on which acts a biasing force for sealing between a stationary component and a rotating component.
  • Figure 1 shows in longitudinal section a rotationally symmetrical part of the mechanical seal assembly according to the invention in the installed state
  • FIG. 2 shows, in an enlarged longitudinally sectioned detail view, the rotating part of the mechanical seal arrangement of FIG. 1.
  • the mechanical seal assembly carries in Figure 1 the general reference numeral 1 and comprises a pair of cooperating seal rings 2, 3, of which the slide ring 2 on a stationary component, for. B. the housing 4 of a pump or the like, is rotatably held in a suitable manner.
  • the other slide ring 3, however, is for common rotation with a rotating component, for.
  • As a shaft 5, is provided, which is to be sealed by means of the mechanical seal assembly relative to the housing 4.
  • the sliding rings 2, 3 have radial or approximately radial sealing surfaces, between which a sealing gap is formed during operation.
  • FIG. 2 shows the rotating part of the mechanical seal assembly on an enlarged scale.
  • This comprises a bellows arrangement in the form of a bellows seal 6 which is constructed essentially of a perfluoroelastomer-containing material and / or of FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO 1629.
  • the bellows seal 6 made of perfluoro-elastomeric material and / or FFKM perfluorinated rubber essentially consists of a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoromethyl vinyl ether with a small addition of a crosslinking monomer which brings about crosslinking by means of a perfluorinated compound having functional groups.
  • the bellows seal 6 can be defined in a conventional manner in three areas, namely a first mounting area 8, one axially spaced second mounting portion 9 and the two mounting areas 8, 9 interconnecting foldable bellows area or intermediate area 7.
  • the foldable bellows area 7 can in use, as shown in Figure 2 assume a Z-shaped configuration.
  • the invention is not limited to such a configuration of the foldable region 7.
  • Other possible configurations are e.g. B. Burgmann Lexikon a.a.O., refer to p.
  • the mounting areas 8, 9 preferably have a substantially tubular design.
  • the bellows assembly may further include a driver housing 12 having a first power transmission area 13 and a second reduced diameter power transmission area 14 interconnected by an intermediate shoulder or heel area 15.
  • the first power transmission portion 13 is configured to receive the first mounting portion 8 of the bellows seal 6 such that with a coaxial cross-relationship between the slip ring 3, the mounting portion 8, and the power transmission portion 13, as shown in FIG. 2, the bellows seal mounting portion 8 6 sandwiched between the
  • a solid compound for. B. by gluing or the like may be provided.
  • the second power transmission portion 14 of the driver housing 12 defines a bore or through hole having a radially inner dimension D.
  • the second power transmission portion 14 may include a plurality of circumferentially spaced, axially extending fingers disposed in axial grooves 17 in a drive ring 16 of a suitable material, such as metal , intervene.
  • the driving ring 16 is, preferably non-positively fixed to the second mounting portion 9 of the bellows seal 6, or this fixation is obtained during assembly by the bellows seal 6 is placed with the driving ring 16 with undersize on the shaft 5. A rotation of the shaft 5 is therefore transmitted via the mounting portion 9 and the driver ring 16 on the driver housing 12 and from there in the manner described above on the slide ring 3.
  • a biasing means is provided to mechanically bias the slip ring 3 against the stationary slip ring 2.
  • it preferably comprises a helical or coiled spring 10 which is supported at one end on a shaft shoulder, see Figure 1, and at the other end on the shoulder portion 15 of the driver housing 12.
  • the coil spring 10 includes some tight-fitting windings surrounding the second power transmission portion 14 of the driver housing 12 on the outside and a possible spread
  • the helical spring 10 also preferably, as Figure 1 shows, a conical design.
  • a support member 11 may be provided which is held in a suitable manner by the bellows seal 6.
  • the support member 11 may be an annular disk of a suitable material, such as metal, which has sufficient rigidity to, unlike the bellows seal 6, not yield or only to a much lesser extent yield by deformation.
  • the support element 11 could also consist of a dimensionally stable plastic material such as PEEK or the like.
  • the support member 11 is externally circumferentially, non-positively or by gluing, held in a groove in the first mounting portion 8 of the bellows seal 6 near the foldable portion 7 and includes a bore through which the shaft 5 is passed.
  • the support member 11 further has a certain radial outer dimension A, which is larger by a suitable amount than the radial inner dimension D of the bore of the second power transmission region 14 of the driver housing 12.
  • the sliding ring 3 can rest with its adjacent end side on an end face of the support member 11 axially, while at the opposite end face of the support member 11, a portion of the foldable portion 7 of the bellows seal 6 can be supported during use and operation.
  • the bellows seal is a sealing element, which is constructed essentially of the perfluoroelastomer Webn material or FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO 1629, wherein the bellows seal according to the invention can be used and sold together with the mechanical seal assembly or as a separate component for retrofitting.
  • the bellows seal according to the invention which is constructed from perfluoro-elastomer and / or perfluorinated rubber, can be used for mechanical seal arrangements which have at least one seal ring for sealing between a stationary component and a rotating component, wherein a spring force acts on the slip ring. and the bellows seal having at least one bellows portion and end mounting portions, one of which is provided for rotationally fixed mounting on the rotating member or another element and the other for supporting the sliding ring.
  • 2007 BU ⁇ 9H03 / P-WO like material and end mounting areas comprises, one of which is provided for rotationally fixed mounting on the rotating member or another element and the other for holding the sliding ring, wherein the bellows seal consists essentially of a perfluoroelastomeriferous material and / or FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO Built in 1629.

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Abstract

A slip ring seal arrangement and a bellows seal (6) and the use of the bellows seal for such a slip ring seal arrangement are disclosed. Said arrangement comprises at least one slip ring (2, 3), forming a seal between a stationary and a rotating component with a pre-loading of the slip ring (2, 3) and the bellows seal (6) with at least one bellows region (7) made from flexible material and end assembly regions (8, 9), of which one is provided for rotationally fixed mounting on the rotating component, or a further element and the other is for mounting the slip ring (2, 3). The bellows seal (6) is essentially made from a perfluoro elastomer comtaining material and/or FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO 1629.

Description

Gleitringdichtungsanordnung mit Balgdichtung Mechanical seal with bellows seal
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Balgdichtung und die Verwendung der Balgdichtung für eine derartige Gleitringdichtungsanordnung.The present invention relates to a mechanical seal assembly according to the preamble of claim 1 and to a bellows seal and the use of the bellows seal for such a mechanical seal assembly.
Die Erfindung bezieht sich damit allgemein auf Gleitringdichtungsanordnungen mit einer Balgdichtung aus nachgiebigem Material zur Schaffung einer axial nachgiebigen Verbindung eines Gleitrings mit einem rotierenden Bauteil, wie es z. B. aus Burgmann Lexikon, ABC der Gleitringdichtung, 1988 Selbstverlag, S. 22-23 bekannt ist. Die Balgdichtung übernimmt zugleich die Aufgabe der dynamischen Sekundärdichtung.The invention thus relates generally to mechanical seal assemblies with a bellows seal of resilient material to provide an axially compliant connection of a sliding ring with a rotating member, as e.g. B. from Burgmann Lexicon, ABC of the mechanical seal, 1988 self-published, p 22-23 is known. At the same time, the bellows seal takes over the task of the dynamic secondary seal.
Jedoch besteht ein Bedarf nach einer Abdichtung zwischen einem rotierenden Bauteil und beispielsweise einem Maschinengehäuse gegenüber chemisch aggressiven Substanzen, wobei insbesondere hohe Temperaturen vorliegen können.However, there is a need for a seal between a rotating component and, for example, a machine housing against chemically aggressive substances, in particular high temperatures may be present.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche eine hohe Temperaturbeständigkeit und/oder eine hohe chemische Beständigkeit aufweist. Diese Aufgabe wird von einer Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst, wobei die Balgdichtung im wesentlichen aus einem perfluorelastomerhaltigen Material und/oder aus FFKM perfluoriertem Kautschuk nach DIN ISO 1629 aufgebaut ist.Therefore, it is an object of the present invention to provide a mechanical seal assembly which has high temperature resistance and / or high chemical resistance. This object is achieved by a mechanical seal assembly according to claim 1, wherein the bellows seal is constructed essentially of a perfluoroelastomer-containing material and / or FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO 1629.
Es sind zwar Dichtelemente in Form eines O-Rings aus Perfluorkautschuk bekannt, jedoch sind Gleitringdichtungen, deren dynamische Sekundärdichtung durch O-Ringe gebildet werden, gegenüber Verschmutzungen, die sich vor den O-Ringen auf der Welle ablagern können, in ihrem Nachsetzverhalten behindert. Dies führt zu einer Behinderung der axialen Beweglichkeit des Gleitrings, was zur Trennung derAlthough there are known sealing elements in the form of an O-ring of perfluororubber, however, mechanical seals whose dynamic secondary seal are formed by O-rings, against obstructions that can be deposited on the shaft before the O-rings, hinders in their Nachsetzverhalten. This leads to a hindrance of the axial mobility of the sliding ring, resulting in the separation of the
[MU06014492.doc][MU06014492.doc]
30.04.2007 BU09H03/P-WO Gleitfläche, zu hoher Leckage bis hin zum Totalausfall der Gleitringdichtung führen kann.30.04.2007 BU09H03 / P-WO Sliding surface, too high leakage can lead to total failure of the mechanical seal.
Ferner sind Elemente aus Perfluorkautschuk einerseits für komplexe Geometrien schwer verarbeitbar bzw. kompliziert oder nahezu nicht herstellbar, wobei insbesondere eine hohe Rissbildung beim Entformen aus dem Herstellungswerkzeug bei geometrisch komplexen Formen auftreten kann, wodurch ein Element aus Perfluorkautschuk als Dichtelement nicht verwendbar ist bzw. Ausschuss darstellt. Andererseits sind Perfluorkautschuke in der Herstellung sehr teuer, wobei das Preisverhältnis zu SBR ungefähr 5000:1 beträgt.Furthermore, elements made of perfluororubber are on the one hand difficult to process for complex geometries or complicated or almost impossible to produce, in particular a high crack formation during removal from the production tool can occur in geometrically complex shapes, whereby an element made of perfluor rubber is not usable as a sealing element or rejects , On the other hand, perfluororubbers are very expensive to manufacture, with the price ratio to SBR being about 5000: 1.
Aufgrund der geringen Reißfestigkeit bzw. hohen Rissbildung und den hohen Kosten bei der Herstellung von Perfluorkautschuk mit komplexen Geometrien hat sich in der Fachwelt ein Vorurteil aufgebaut, dass derartige Materialien für Dichtungen mit komplexen Formen nicht hergestellt bzw. verwendet werden können. Dies wird aufgrund der Tatsache bestätigt, dass Perfluorkautschuk bereits seit den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts bekannt ist und von dem Fachmann aufgrund obiger Erläuterungen nicht für Balgdichtungen in Gleitringdichtungen in Betracht gezogen worden ist.Because of the low tear strength and high cost of producing perfluororubber with complex geometries, it has become a preconception in the art that such materials can not be made or used for complex shape gaskets. This is confirmed by the fact that perfluororubber has been known since the 1960's and has not been considered by those skilled in the art for bellows seals in mechanical seals due to the above explanation.
Jedoch hat die Anmelderin aufgrund umfangreicher Entwicklungsarbeit und entsprechender Versuche überraschenderweise feststellen können, dass Balgdichtungen aus perfluorelastomerhaltigem Material und/oder aus FFKM perfluoriertem Kautschuk nach DIN ISO 1629 hergestellt werden können, welche entsprechende Passungen für die Verwendung in einer Gleitringdichtungsanordnung aufweisen und aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit sowie der hohen chemischen Beständigkeit besonders vorteilhaft sind.However, due to extensive development work and corresponding experiments, the applicant has surprisingly found that bellows seals made of perfluoroelastomerhaltigem material and / or FFKM perfluorinated rubber to DIN ISO 1629 can be produced, which have appropriate fits for use in a mechanical seal assembly and because of their high temperature resistance and the high chemical resistance are particularly advantageous.
Die erfindungsgemäße Balgdichtung kann eine Hitzebeständigkeit von bis zu 2600C, bei speziellen Typen bis über 3000C aufweisen. Ferner haben erfindungsgemäße Balgdichtungen bei der Verwendung in der erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber nahezu allen Chemikalienkategorien, wie z. B. polaren Lösungsmitteln, Ketonester, Ether, aliphatischen,The bellows seal according to the invention may have a heat resistance of up to 260 0 C, with special types to over 300 0 C. Furthermore, bellows seals according to the invention when used in the mechanical seal assembly according to the invention have a high chemical resistance to almost all chemical categories, such. As polar solvents, ketone esters, ethers, aliphatic,
[MU06014492.doc] - 2 -[MU06014492.doc] - 2 -
30.04.2007 BUÖ9H03/P-WO aromatischen und chlorierten Kohlenwasserstoffen, organischen und anorganischen Säuren und Basen, Dampf, Chlor, Sauergas (Gemisch aus H2S, H2O1 CO2 und CH4), Skydrol 500 usw.30.04.2007 BUÖ9H03 / P-WO aromatic and chlorinated hydrocarbons, organic and inorganic acids and bases, steam, chlorine, sour gas (mixture of H 2 S, H 2 O 1 CO 2 and CH 4 ), Skydrol 500 etc.
Des weiteren sind die erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnungen gegenüber Verschmutzungen und Ablagerungen besonders unempfindlich, da der Balgbereich der Balgdichtung aus Perfluorelastomer für eine gewünschte axiale Beweglichkeit sorgt und man somit eine verbesserte Betriebszuverlässigkeit für die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung erhält. Insbesondere ist dabei die geringe Haftneigung des Perfluorelastomers vorteilhaft, durch welche Verschmutzungen an der Balgdichtung aus Perfluorelastomer nicht oder nur in geringem Maße anhaften, und wobei als Folge davon das Nachsetzverhalten nicht behindert wird. Folglich sind Gleitringdichtungen mit einer Balgdichtung aus Perfluorelastomer besonders vorteilhaft, da aufgrund den obigen Ausführungen bei Balgdichtungen aus Perfluorelastomer die Trennung der Gleitflächen und auch eine hohe Leckage verhindert wird.Furthermore, the mechanical seal assemblies according to the invention are particularly insensitive to contamination and deposits, since the bellows region of the bellows seal made of perfluoroelastomer ensures a desired axial mobility and thus provides improved operational reliability for the mechanical seal assembly according to the invention. In particular, the low adhesion tendency of the perfluoroelastomer is advantageous, by which contaminants on the bellows seal made of perfluoroelastomer do not adhere or adhere only to a small extent, and as a result of which the repositioning behavior is not hindered. Consequently, mechanical seals with a bellows seal made of perfluoroelastomer are particularly advantageous, since due to the above statements in the case of bellows seals made of perfluoroelastomer the separation of the sliding surfaces and also a high leakage is prevented.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So besteht die erfindungsgemäße Balgdichtung aus perfluorelastomerhal- tigem Material und/oder aus FFKM perfluoriertem Kautschuk im wesentlichen aus einem Copolymer von Tetrafluorethylen und Perfluormethylvinylether mit einem geringen Zusatz eines Vernetzungsmonomers, welches durch eine perfluorierte Verbindung mit funktionellen Gruppen eine Vernetzung bewerkstelligt.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims. Thus, the bellows seal according to the invention made of perfluoroelastomer-containing material and / or FFKM perfluorinated rubber consists essentially of a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoromethylvinylether with a small addition of a cross-linking monomer, which brings about a cross-linking by a perfluorinated compound having functional groups.
Darüber hinaus wird die Balgdichtung bevorzugt aus FFKM perfluoriertem Kautschuk hergestellt, bei welchem alle Substituenten der Polymerkette Fluor, Perfluoralkyl- oder Perfluoralkoxy-Gruppen sind.In addition, the bellows seal is preferably made of FFKM perfluorinated rubber in which all substituents of the polymer chain are fluorine, perfluoroalkyl or perfluoroalkoxy groups.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind neben dem Kautschuk für die Balgdichtung Füllstoffe vorgesehen, welche insbesondere perfluorierte Weichmacheröle umfassen.According to a preferred embodiment of the invention, fillers are provided in addition to the rubber for the bellows seal, which comprise in particular perfluorinated plasticizer oils.
[MU06014492.doc] - 3 -[MU06014492.doc] - 3 -
30.04.2007 BU09H03/P-WO Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind neben dem Kautschuk für die Balgdichtung Vulkanisierungsmittel vorgesehen, insbesondere Bisphenol AF oder Peroxid mit Coagens.30.04.2007 BU09H03 / P-WO According to a further preferred embodiment of the invention, vulcanizing agents are provided in addition to the rubber for the bellows seal, in particular bisphenol AF or peroxide with coagent.
Die erfindungsgemäße Balgdichtung weist zumindest einen Balgbereich und endsei- tige Montagebereiche auf, von denen einer zur drehfesten Montage an dem rotierenden Bauteil oder einem weiteren Element und der andere zur Halterung eines Gleitrings vorgesehen ist, wobei die Balgdichtung im wesentlichen aus einem perfluor- elastomerhaltigen Material und/oder aus FFKM perfluoriertem Kautschuk nach DIN ISO 1629 aufgebaut ist, und wobei die erfindungsgemäße Balgdichtung insbesondere in einer Gleitringdichtungsanordnung mit zumindest einem Gleitring, auf den eine Vorspannkraft wirkt, zur Abdichtung zwischen einem stationären Bauteil und einem rotierenden Bauteil verwendet wird.The bellows seal according to the invention has at least one bellows area and end-side mounting areas, one of which is provided for rotationally fixed mounting on the rotating component or another element and the other for supporting a sliding ring, wherein the bellows seal consists essentially of a perfluoroelastomer-containing material and / or made of FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO 1629, and wherein the bellows seal according to the invention is used in particular in a mechanical seal arrangement with at least one sliding ring on which acts a biasing force for sealing between a stationary component and a rotating component.
Im folgenden wird nun die vorliegende Erfindung rein beispielhaft gemäß einer Ausführungsform und den beigefügten Zeichnungen näher erläutert.In the following, the present invention will now be explained purely by way of example according to an embodiment and the accompanying drawings.
Figur 1 zeigt im Längshalbschnitt einen rotationssymmetrischen Teil der Gleitringdichtungsanordnung gemäß der Erfindung im Einbauzustand; undFigure 1 shows in longitudinal section a rotationally symmetrical part of the mechanical seal assembly according to the invention in the installed state; and
Figur 2 zeigt in einer vergrößerten längsgeschnittenen Detailansicht den rotierenden Teil der Gleitringdichtungsanordnung von Figur 1.FIG. 2 shows, in an enlarged longitudinally sectioned detail view, the rotating part of the mechanical seal arrangement of FIG. 1.
Die Gleitringdichtungsanordnung nach der Erfindung trägt in Figur 1 das allgemeine Bezugszeichen 1 und umfasst ein paar zusammenwirkende Gleitringe 2, 3, von denen der Gleitring 2 an einem stationären Bauteil, z. B. dem Gehäuse 4 einer Pumpe oder dergleichen, in geeigneter Weise drehfest gehalten ist. Der andere Gleitring 3 ist dagegen zur gemeinsamen Drehung mit einem rotierenden Bauteil, z. B. einer Welle 5, vorgesehen, die mittels der Gleitringdichtungsanordnung gegenüber dem Gehäuse 4 abgedichtet werden soll. Die Gleitringe 2, 3 haben radiale oder annähernd radiale Dichtflächen, zwischen denen bei Betrieb ein Dichtspalt gebildet wird.The mechanical seal assembly according to the invention carries in Figure 1 the general reference numeral 1 and comprises a pair of cooperating seal rings 2, 3, of which the slide ring 2 on a stationary component, for. B. the housing 4 of a pump or the like, is rotatably held in a suitable manner. The other slide ring 3, however, is for common rotation with a rotating component, for. As a shaft 5, is provided, which is to be sealed by means of the mechanical seal assembly relative to the housing 4. The sliding rings 2, 3 have radial or approximately radial sealing surfaces, between which a sealing gap is formed during operation.
[MU06014492.doc] - 4 -[MU06014492.doc] - 4 -
30.04.2007 BUÖ9H03/P-WO Geeignete Materialien für die Gleitringe 2, 3 sind z. B. Burgmann-Lexikon a.a.O., S. 269 zu entnehmen. Bezüglich näherer Details kann daher hierauf Bezug genommen werden.30.04.2007 BUÖ9H03 / P-WO Suitable materials for the slip rings 2, 3 are z. B. Burgmann Lexikon loc. Cit., P. 269 can be seen. Reference may therefore be made to the details.
Nachfolgend wird auf Figur 2 Bezug genommen, die den rotierenden Teil der Gleit- ringdichtungsanordnung in vergrößertem Maßstab zeigt. Dieser umfasst eine Balganordnung in Form einer Balgdichtung 6, welche im wesentlichen aus einem perfluo- relastomerhaltigen Material und/oder aus FFKM perfluoriertem Kautschuk nach DIN ISO 1629 aufgebaut ist. Insbesondere besteht die Balgdichtung 6 aus perfluor- elastomerhaltigem Material und/oder aus FFKM perfluoriertem Kautschuk im wesentlichen aus einem Copolymer von Tetrafluorethylen und Perfluormethylvinylether mit einem geringen Zusatz eines Vernetzungsmonomers, welches durch eine perfluorierte Verbindung mit funktionellen Gruppen eine Vernetzung bewerkstelligt. Die Balgdichtung 6 kann in an sich bekannter Weise in drei Bereiche definiert werden, nämlich einen ersten Montagebereich 8, einen davon axial beabstandeten zweiten Montagebereich 9 und einen die beiden Montagebereiche 8, 9 miteinander verbindenden faltbaren Balgbereich bzw. Zwischenbereich 7. Der faltbare Balgbereich 7 kann beim Einsatz, wie in Figur 2 gezeigt ist, eine Z-förmige Konfiguration annehmen. Die Erfindung ist jedoch auf eine derartige Konfiguration des faltbaren Bereiches 7 nicht beschränkt. Andere mögliche Konfigurationen sind z. B. Burgmann- Lexikon a.a.O., S. 23 zu entnehmen. Die Montagebereiche 8, 9 haben vorzugsweise eine im wesentlichen rohrförmige Ausbildung.Reference is now made to Figure 2, which shows the rotating part of the mechanical seal assembly on an enlarged scale. This comprises a bellows arrangement in the form of a bellows seal 6 which is constructed essentially of a perfluoroelastomer-containing material and / or of FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO 1629. In particular, the bellows seal 6 made of perfluoro-elastomeric material and / or FFKM perfluorinated rubber essentially consists of a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoromethyl vinyl ether with a small addition of a crosslinking monomer which brings about crosslinking by means of a perfluorinated compound having functional groups. The bellows seal 6 can be defined in a conventional manner in three areas, namely a first mounting area 8, one axially spaced second mounting portion 9 and the two mounting areas 8, 9 interconnecting foldable bellows area or intermediate area 7. The foldable bellows area 7 can in use, as shown in Figure 2 assume a Z-shaped configuration. However, the invention is not limited to such a configuration of the foldable region 7. Other possible configurations are e.g. B. Burgmann Lexikon a.a.O., refer to p. The mounting areas 8, 9 preferably have a substantially tubular design.
Die Balganordnung kann ferner ein Mitnehmergehäuse 12 mit einem ersten Kraftübertragungsbereich 13 und einem zweiten im Durchmesser reduzierten Kraftübertragungsbereich 14 aufweisen, die durch einen zwischenliegenden Schulter- oder Absatzbereich 15 miteinander verbunden sind. Der erste Kraftübertragungsbereich 13 ist zur Aufnahme des ersten Montagebereiches 8 der Balgdichtung 6 ausgelegt, dergestalt, dass bei einer koaxialen übergreifenden Beziehung zwischen dem Gleitring 3, dem Montagebereich 8 und dem Kraftübertragungsbereich 13, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, der Montagebereich 8 der Balgdichtung 6 sandwichartig zwischen derThe bellows assembly may further include a driver housing 12 having a first power transmission area 13 and a second reduced diameter power transmission area 14 interconnected by an intermediate shoulder or heel area 15. The first power transmission portion 13 is configured to receive the first mounting portion 8 of the bellows seal 6 such that with a coaxial cross-relationship between the slip ring 3, the mounting portion 8, and the power transmission portion 13, as shown in FIG. 2, the bellows seal mounting portion 8 6 sandwiched between the
[MU06014492.doc] - 5 -[MU06014492.doc] - 5 -
30.04.2007 BU09HÖ3/P-WO äußeren Umfangsfläche des Gleitrings 3 und der inneren Umfangsfläche des Kraftübertragungsbereiches 13 eingeschlossen und zusammengepresst ist, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den genannten Bauteilen zustande kommt. Eine Drehkraft kann daher vom Kraftübertragungsbereich 13 über den Montagebereich 8 auf den Gleitring 3 im wesentlichen schlupffrei übertragen werden.30.04.2007 BU09HÖ3 / P-WO outer peripheral surface of the sliding ring 3 and the inner peripheral surface of the power transmission area 13 is enclosed and pressed together, so that a frictional connection between said components is achieved. A rotational force can therefore be transmitted from the power transmission area 13 via the mounting area 8 on the slip ring 3 substantially slip-free.
Wenn erwünscht, könnte anstelle einer kraftschlüssigen Verbindung unter den genannten Bauteilen auch eine feste Verbindung, z. B. durch Kleben oder dergleichen, vorgesehen sein.If desired, instead of a non-positive connection among said components, a solid compound, for. B. by gluing or the like may be provided.
Der zweite Kraftübertragungsbereich 14 des Mitnehmergehäuses 12 definiert eine Bohrung oder Durchgangsöffnung mit einer radialen Innenabmessung D. Der zweite Kraftübertragungsbereich 14 kann eine Vielzahl umfänglich verteilt angeordnete, axial sich erstreckende Finger umfassen, die in Axialnuten 17 in einem Mitnehmerring 16 aus einem geeigneten Material, wie Metall, eingreifen. Der Mitnehmerring 16 ist, vorzugsweise kraftschlüssig, am zweiten Montagebereich 9 der Balgdichtung 6 fixiert, oder diese Fixierung wird bei der Montage erhalten, indem die Balgdichtung 6 mit dem Mitnehmerring 16 mit Untermaß auf die Welle 5 aufgesetzt wird. Eine Drehung der Welle 5 wird daher über den Montagebereich 9 und den Mitnehmerring 16 auf das Mitnehmergehäuse 12 und von dort in der vorbeschriebenen Weise auf den Gleitring 3 übertragen.The second power transmission portion 14 of the driver housing 12 defines a bore or through hole having a radially inner dimension D. The second power transmission portion 14 may include a plurality of circumferentially spaced, axially extending fingers disposed in axial grooves 17 in a drive ring 16 of a suitable material, such as metal , intervene. The driving ring 16 is, preferably non-positively fixed to the second mounting portion 9 of the bellows seal 6, or this fixation is obtained during assembly by the bellows seal 6 is placed with the driving ring 16 with undersize on the shaft 5. A rotation of the shaft 5 is therefore transmitted via the mounting portion 9 and the driver ring 16 on the driver housing 12 and from there in the manner described above on the slide ring 3.
Eine Vorspanneinrichtung ist vorgesehen, um den Gleitring 3 gegen den stationären Gleitring 2 mechanisch vorzuspannen. Obschon andere Vorspanneinrichtungen vorgesehen sein könnten, umfasst diese bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise eine Wendel- oder Schraubenfeder 10, die sich einerends an einem Wellenabsatz, siehe Figur 1 , und anderenends am Schulterbereich 15 des Mitnehmergehäuses 12 abstützt. Vorzugsweise umfasst die Wendelfeder 10 einige eng anliegende Windungen, die den zweiten Kraftübertragungsbereich 14 des Mitnehmergehäuses 12 außenumfänglich umgeben und einer eventuellen SpreizungA biasing means is provided to mechanically bias the slip ring 3 against the stationary slip ring 2. Although other biasing means could be provided, in the present embodiment of the invention it preferably comprises a helical or coiled spring 10 which is supported at one end on a shaft shoulder, see Figure 1, and at the other end on the shoulder portion 15 of the driver housing 12. Preferably, the coil spring 10 includes some tight-fitting windings surrounding the second power transmission portion 14 of the driver housing 12 on the outside and a possible spread
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30.04.2007 BU09H03/P-WO der Finger des Kraftübertragungsbereiches 14 entgegenwirken. Die Wendelfeder 10 hat ferner vorzugsweise, wie Figur 1 zeigt, eine konische Ausbildung.30.04.2007 BU09H03 / P-WO counteract the finger of the power transmission area 14. The helical spring 10 also preferably, as Figure 1 shows, a conical design.
Desweiteren kann zur axialen Abstützung des Gleitrings 3 ein Stützelement 11 vorgesehen sein, das in geeigneter Weise von der Balgdichtung 6 gehalten ist. Beim Stützelement 11 kann es sich um eine Ringscheibe aus einem geeigneten Material, wie Metall, handeln, das eine ausreichende Steifigkeit besitzt, um, anders als die Balgdichtung 6, axial einwirkenden Kräften nicht oder nur in wesentlich verringertem Maße durch Verformung nachzugeben. Anstelle von Metall könnte das Stützelement 11 auch aus einem formstabilen Kunststoffmaterial wie PEEK oder dergleichen bestehen.Furthermore, for the axial support of the sliding ring 3, a support member 11 may be provided which is held in a suitable manner by the bellows seal 6. The support member 11 may be an annular disk of a suitable material, such as metal, which has sufficient rigidity to, unlike the bellows seal 6, not yield or only to a much lesser extent yield by deformation. Instead of metal, the support element 11 could also consist of a dimensionally stable plastic material such as PEEK or the like.
Das Stützelement 11 ist außenumfänglich, kraftschlüssig oder durch Klebung, in einer Nut im ersten Montagebereich 8 der Balgdichtung 6 nahe dem faltbaren Bereich 7 gehalten und enthält eine Bohrung, durch die die Welle 5 hindurchgeführt ist. Das Stützelement 11 hat ferner eine bestimmte radiale Außenabmessung A, die um ein geeignetes Maß größer als die radiale Innenabmessung D der Bohrung des zweiten Kraftübertragungsbereiches 14 des Mitnehmergehäuses 12 ist. Der Gleitring 3 kann mit seiner benachbarten Endseite an einer Stirnseite des Stützelementes 11 axial anliegen, während sich an der gegenüberliegenden Stirnseite des Stützelementes 11 ein Abschnitt des faltbaren Bereichs 7 der Balgdichtung 6 beim Einsatz und Betrieb abstützen kann.The support member 11 is externally circumferentially, non-positively or by gluing, held in a groove in the first mounting portion 8 of the bellows seal 6 near the foldable portion 7 and includes a bore through which the shaft 5 is passed. The support member 11 further has a certain radial outer dimension A, which is larger by a suitable amount than the radial inner dimension D of the bore of the second power transmission region 14 of the driver housing 12. The sliding ring 3 can rest with its adjacent end side on an end face of the support member 11 axially, while at the opposite end face of the support member 11, a portion of the foldable portion 7 of the bellows seal 6 can be supported during use and operation.
Mit dem vorbeschriebenen Aufbau der Gleitringdichtungsanordnung wird erreicht, dass eine axiale Kraft, die durch die mechanische Vorspanneinrichtung 10 oder unter den beim Betrieb einwirkenden hydraulischen Drücken aufgebracht wird und eine axiale Bewegung des Mitnehmergehäuses 12 und der Balgdichtung 6 relativ zum Gleitring 3 bewirken kann, nicht dazu führen kann, dass der rotierende Gleitring 3, der aufgrund seines Zusammenwirkens mit dem stationären Gleitring 2 an einer ebensolchen axialen Bewegung im wesentlichen gehindert ist, in die Bohrung mit der Abmessung D des Mitnehmergehäuses 12 unter weitgehender Zerstörung oder Be-With the above-described structure of the mechanical seal assembly is achieved that an axial force which is applied by the mechanical biasing means 10 or under the applied hydraulic pressure during operation and can cause axial movement of the driver housing 12 and the bellows seal 6 relative to the sliding ring 3, not to may cause the rotary slip ring 3, which due to its interaction with the stationary seal ring 2 is substantially prevented from such axial movement, into the bore with the dimension D of the driver housing 12 with substantial destruction or damage.
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30.04.2007 BU09H03/P-WO Schädigung der Balgdichtung 6 eindringen kann. Übermäßige auf die Gleitringdich- tungsanordnung einwirkende hydraulische oder mechanische axiale Kräfte können lediglich zur Folge haben, dass das Stützelement 11 zu einer Position nahe dem Schulterbereich 15 des Mitnehmergehäuses 12 bewegt wird und dort zum Stillstand kommt, was keine schädlichen Auswirkungen auf die Balgdichtung 6 hat.30.04.2007 BU09H03 / P-WO Damage to the bellows seal 6 can penetrate. Excessive hydraulic or mechanical axial forces acting on the mechanical seal assembly may only result in the support member 11 being moved to a position near the shoulder region 15 of the driver housing 12 and stopped there, which has no deleterious effect on the bellows seal 6.
Weitere nicht näher dargestellte Ausführungsformen der Erfindung sind beispielsweise auf Seite 23 des Burgmann-Lexikons, ABC der Gleitringdichtung, 1988 Selbstverlag, dargestellt, wobei die Balgdichtung jeweils aus perfluorelastomerhaltigem Material und/oder aus FFKM perfluoriertem Kautschuk nach DIN ISO 1629 aufgebaut ist.Other non-illustrated embodiments of the invention, for example, on page 23 of the Burgmann lexicon, ABC of the mechanical seal, 1988 self-published, shown, wherein the bellows seal is constructed in each case of perfluoroelastomerhaltigem material and / or FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO 1629.
Insbesondere stellt die Balgdichtung ein Dichtungselement dar, welches im wesentlichen aus dem perfluorelastomerhaltigen Material oder aus FFKM perfluoriertem Kautschuk nach DIN ISO 1629 aufgebaut ist, wobei die erfindungsgemäße Balgdichtung zusammen mit der Gleitringdichtungsanordnung oder als separates Bauteil zur nachträglichen Montage verwendet und vertrieben werden kann.In particular, the bellows seal is a sealing element, which is constructed essentially of the perfluoroelastomerhaltigen material or FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO 1629, wherein the bellows seal according to the invention can be used and sold together with the mechanical seal assembly or as a separate component for retrofitting.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Balgdichtung, welche aus Perfluor- elastomer und/oder perfluoriertem Kautschuk aufgebaut ist, für Gleitringdichtungsan- ordnungen verwendet werden, welche zumindest einen Gleitring zur Abdichtung zwischen einem stationären Bauteil und einem rotierenden Bauteil, wobei eine Federkraft auf den Gleitring wirkt, und die Balgdichtung aufweist, welche zumindest einen Balgbereich und endseitige Montagebereiche aufweist, von denen einer zur drehfesten Montage an dem rotierenden Bauteil oder einem weiteren Element und der andere zur Halterung des Gleitrings vorgesehen ist.In addition, the bellows seal according to the invention, which is constructed from perfluoro-elastomer and / or perfluorinated rubber, can be used for mechanical seal arrangements which have at least one seal ring for sealing between a stationary component and a rotating component, wherein a spring force acts on the slip ring. and the bellows seal having at least one bellows portion and end mounting portions, one of which is provided for rotationally fixed mounting on the rotating member or another element and the other for supporting the sliding ring.
Somit wird eine Gleitringdichtungsanordnung sowie eine Balgdichtung und die Verwendung der Balgdichtung für eine derartige Gleitringdichtungsanordnung beschrieben, wobei diese zumindest einen Gleitring zur Abdichtung zwischen einem stationären und einem rotierenden Bauteil, wobei eine Vorspannkraft auf den Gleitring wirkt, und die Balgdichtung aufweist, welche zumindest einen Balgbereich aus nachgiebi-Thus, a Gleitringdichtungsanordnung and a bellows seal and the use of the bellows seal for such a mechanical seal assembly is described, said at least one seal ring for sealing between a stationary and a rotating member, wherein a biasing force acts on the sliding ring, and the bellows seal, which at least one bellows region from nachgiebi-
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30.04.2007 BUÖ9H03/P-WO gern Material und endseitige Montagebereiche umfasst, von denen einer zur drehfesten Montage an dem rotierenden Bauteil oder einem weiteren Element und der andere zur Haltung des Gleitrings vorgesehen ist, wobei die Balgdichtung im wesentlichen aus einem perfluorelastomerhaltigen Material und/oder aus FFKM perfluoriertem Kautschuk nach DIN ISO 1629 aufgebaut ist.30.04.2007 BUÖ9H03 / P-WO like material and end mounting areas comprises, one of which is provided for rotationally fixed mounting on the rotating member or another element and the other for holding the sliding ring, wherein the bellows seal consists essentially of a perfluoroelastomeriferous material and / or FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO Built in 1629.
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Claims

Ansprüche claims
1. Gleitringdichtungsanordnung mit zumindest einem Gleitring (2, 3) zur Abdichtung zwischen einem stationären Bauteil und einem rotierenden Bauteil, wobei eine Vorspannkraft auf den Gleitring (2, 3) wirkt, und einer Balgdichtung (6) mit zumindest einem Balgbereich (7) aus nachgiebigem Material und mit endseiti- gen Montagebereichen (8, 9), von denen einer zur drehfesten Montage an dem rotierenden Bauteil oder einem weiteren Element und der andere zur Halterung des Gleitrings (2, 3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass1. mechanical seal assembly with at least one slide ring (2, 3) for sealing between a stationary component and a rotating component, wherein a biasing force on the seal ring (2, 3) acts, and a bellows seal (6) with at least one bellows region (7) flexible material and with end-side mounting areas (8, 9), one of which is provided for rotationally fixed mounting on the rotating component or another element and the other for holding the sliding ring (2, 3), characterized in that
die Balgdichtung (6) im wesentlichen aus einem perfluorelastomerhaltigen Material und/oder aus FFKM perfluoriertem Kautschuk nach DIN ISO 1629 aufgebaut ist.the bellows seal (6) is constructed essentially of a perfluoroelastomer-containing material and / or FFKM perfluorinated rubber according to DIN ISO 1629.
2. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Balgdichtung (6) aus perfluorelastomerhaltigem Material und/oder aus FFKM perfluoriertem Kautschuk im wesentlichen aus einem Copolymer von Tetrafluorethylen und Perfluormethylvinylether mit einem geringen Zusatz eines Vernetzungsmonomers besteht, welches durch eine perfluorierte Verbindung mit funktionellen Gruppen eine Vernetzung bewerkstelligt.2. Mechanical seal assembly according to claim 1, characterized in that the bellows seal (6) made of perfluoroelastomerhaltigem material and / or FFKM perfluorinated rubber consists essentially of a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoromethylvinylether with a small addition of a crosslinking monomer, which by a perfluorinated compound with functional Groups accomplished a networking.
3. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Balgdichtung (6) aus FFKM perfluoriertem Kautschuk hergestellt ist, bei welchem alle Substituenten der Polymerkette Fluor, Perfluoralkyl- oder Perfluoralkoxy-Gruppen sind.3. Mechanical seal assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the bellows seal (6) is made of FFKM perfluorinated rubber, in which all substituents of the polymer chain are fluorine, perfluoroalkyl or perfluoroalkoxy groups.
4. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Kautschuk Füllstoffe vorgesehen sind, welche insbesondere perfluorierte Weichmacheröle umfassen.4. Mechanical seal arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that in addition to the rubber fillers are provided which comprise in particular perfluorinated plasticizer oils.
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5. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Kautschuk Vulkanisierungsmittel vorgesehen sind, insbesondere Bisphenol AF oder Peroxid mit Coagens.5. Mechanical seal arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that in addition to the rubber vulcanizing agents are provided, in particular bisphenol AF or peroxide with coagent.
6. Balgdichtung für eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5.6. bellows seal for a mechanical seal assembly with the features according to at least one of claims 1 to 5.
7. Verwendung einer Balgdichtung für eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5.7. Use of a bellows seal for a mechanical seal assembly having the features according to at least one of claims 1 to 5.
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