DE9407733U1 - Sealing arrangement - Google Patents
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Description
DE1499 D i chtungs ano rdnungDE1499 Sealing arrangement
Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung einer Welle gegenüber einem Gehäuse gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a sealing arrangement for sealing a shaft against a housing according to the preamble of claim 1.
Derartige Dichtungsanordnungen, bestehend aus einer Haupt- und einer Neben- oder Notdichtung, werden aus Sicherheitgründen beim Betrieb von Anlagen, wie Pumpen, Rührwerken und dgl. mit toxischen oder umweltbelastenden Medien eingesetzt. Dabei gewährleistet die Nebendichtung, dass ein Austritt des Mediums an die Aussenumgebung auch dann vermieden wird, wenn sich Störungen an der Hauptdichtung einstellen oder diese gänzlich ausfallen sollte. Im Normalfall übernimmt die Hauptdichtung die Dichtfunktion und läuft die Nebendichtung lediglich mit. Es muss daher für verschleissminimierende Massnahmen an der Nebendichtung gesorgt werden. Zu diesem Zweck ist es bekannt (EP-Bl-363 434), die Nebendichtung als Gleitringdichtung mit Trockenlaufeigenschaft auszubilden, indem in einer der Dichtflächen der zusammenwirkenden Gleitringe sog. "Spiralnuten11 eingebracht sind, die ein Gas zwischen die Dichtflächen pumpen können, um diese unter Bildung eines Dichtspaltes in einen berührungslosen Abstand voneinander zu bringen. Bei der bekannten Anordnung sind die Nuten so angeordnet, dass sie das Gas einer zwischen der Haupt- und Nebendichtung vorgesehenen Dichtungskammer für die Dichtspaltbildung heranziehen. Diese Anordnung eignet sichSuch sealing arrangements, consisting of a main and a secondary or emergency seal, are used for safety reasons when operating systems such as pumps, agitators and the like with toxic or environmentally harmful media. The secondary seal ensures that the medium does not escape into the outside environment even if the main seal malfunctions or fails completely. Normally, the main seal takes over the sealing function and the secondary seal simply runs along. Measures must therefore be taken to minimize wear on the secondary seal. For this purpose, it is known (EP-Bl-363 434) to design the secondary seal as a mechanical seal with dry running properties by introducing so-called "spiral grooves 11" into one of the sealing surfaces of the interacting sliding rings, which can pump a gas between the sealing surfaces in order to bring them into a contact-free distance from each other, forming a sealing gap. In the known arrangement, the grooves are arranged in such a way that they draw the gas from a sealing chamber provided between the main and secondary seals to form the sealing gap. This arrangement is suitable
daher im wesentlichen nur zur Vermeidung von gasförmigen Leckagen an die Umgebung, da im Falle einer Flüssigkeit die Dichtspaltbildung durch besagte Nuten beeinträchtigt ist und zu hohe Leckverluste längs der Nebendichtung zu befürchten sind. Es wurde auch schon vorgeschlagen (EP-Bl-297 381), die gasforderwxrksainen "Spiralnuten" so anzuordnen, dass nicht das Gas in der Dichtungskammer, sondern die Umgebungsluft für die Dichtspaltbildung herangezogen wird. Vorteil dieser Anordnung ist, dass auch im Falle einer seitens der Dichtungskammer anstehenden Flüssigkeit weiterhin Luft zwischen die Dichtflächen gepumpt wird. Der dadurch gebildete Dichtspalt kann jedoch unter Umständen nicht ausreichen, um dem Leckagedruck der anstehenden Flüssigkeit in ausreichendem Masse einen Widerstand entgegenzusetzen. Ausserdem kann die Flüssigkeit bei der bekannten Anordnung keinen wirksamen Schmierfilm zwischen den Dichtflächen schaffen, so dass insbesondere bei in einem Störungsfall ggf. unzureichender Dichtspaltbildung seitens der gasförderwirksamen Nuten, wie es z.B. bei einem durch eine Störung im Bereich der Hauptdichtung erforderlich werdenden Abfahren einer Anlage der Fall sein kann, ein verschlexssminxmxerender berührungsloser Lauf der Nebendichtung nicht gewährleistet ist.therefore essentially only to prevent gaseous leaks to the environment, since in the case of a liquid the sealing gap formation is impaired by said grooves and excessive leakage losses along the secondary seal are to be feared. It has also already been proposed (EP-Bl-297 381) to arrange the gas-conveying "spiral grooves" in such a way that it is not the gas in the sealing chamber but the ambient air that is used to form the sealing gap. The advantage of this arrangement is that even if there is liquid on the side of the sealing chamber, air continues to be pumped between the sealing surfaces. However, the sealing gap formed in this way may not be sufficient to provide sufficient resistance to the leakage pressure of the liquid present. In addition, the liquid cannot create an effective lubricating film between the sealing surfaces in the known arrangement, so that, in particular in the event of a fault, the sealing gap in the gas-conveying grooves may be insufficient, as may be the case, for example, if a system is shut down due to a fault in the area of the main seal, a wear-reducing, contact-free operation of the secondary seal cannot be guaranteed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, die wenigstens in Bezug auf die Nebendichtung für einen Einsatz sowohl für gasförmige als auch flüssige abzudichtende Medien geeignet ist, indem sie in beiden Fällen sowohl eine ausreichende Notdichtwirkung als auch minimalen Verschleiss gewährleistet.The invention is based on the object of creating a sealing arrangement of the type mentioned at the outset which, at least with regard to the secondary seal, is suitable for use for both gaseous and liquid media to be sealed, in that it ensures both a sufficient emergency sealing effect and minimal wear in both cases.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Danach ist insbesondere vorgesehen, dassThis object is achieved according to the invention by the features of claim 1. According to this, it is particularly provided that
zusätzlich zu den gasförderwirksamen Nuten weitere an der betreffenden anderen äusseren Begrenzung der Dichtflächen der Nebendichtung ausmündende Nuten oder Ausnehmungen vorgesehen sind, welche wirksam sind, um eine Flüssigkeit zwischen die Dichtflächen einzuführen. Bei diesen Nuten oder Ausnehmungen kann es sich ebenfalls um Spiralnuten der vorerwähnten Art handeln (wird später noch näher ausgeführt). Vorzugsweise handelt es sich jedoch um im wesentlichen flüssigkeitswirksame Nuten oder Ausnehmungen mit einer maximalen Tiefe, die um ein Vielfaches grosser als die maximale Tiefe der gasförderwirksamen Nuten ist. In jedem Fall wird mit den erfindungsgemässen Massnahmen erreicht, dass einerseits ein berührungsloser Trockenlauf der Nebendichtung während des störungsfreien Betriebes einer Anlage vorliegt, während andererseits bei einem Ausfall der Hauptdichtung bei dann auftretenden Leckagen in die Dichtungskammer die Nebendichtung wirksam einen Austritt dieser Leckagen an die Umgebung verhindert und gleichzeitig ein verschleissminimierender Lauf der Nebendichtung gewährleistet ist. Insbesondere schaffen die flüssigkeitswirksamen Nuten oder Ausnehmungen einen ausreichenden Schmierfilm zwischen den Dichtflächen, wenn in die Dichtungskammer eine Flüssigkeit eingedrungen ist, so dass auch unter solchen Umständen, selbst bei einem Abfahren der Anlage, ein verschleissminimierender Betrieb gesichert ist. Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner als weitere Sicherheitsmassnahme eine Einrichtung zur Überwachung des Druckes in der Dichtungskammer und zum Abschalten des Antriebs der Welle bei einem Über- bzw. Unterschreiten bestimmter Druckgrenzwerte in der Dichtungskammer vorgesehen sein.in addition to the gas-conveying grooves, further grooves or recesses are provided which open out at the relevant other outer boundary of the sealing surfaces of the secondary seal and which are effective for introducing a liquid between the sealing surfaces. These grooves or recesses can also be spiral grooves of the aforementioned type (will be explained in more detail later). Preferably, however, they are essentially liquid-conveying grooves or recesses with a maximum depth that is many times greater than the maximum depth of the gas-conveying grooves. In any case, the measures according to the invention ensure that, on the one hand, the secondary seal runs dry without contact during trouble-free operation of a system, while, on the other hand, if the main seal fails and leaks then occur in the sealing chamber, the secondary seal effectively prevents these leaks from escaping into the environment and, at the same time, a wear-minimizing operation of the secondary seal is ensured. In particular, the fluid-effective grooves or recesses create a sufficient lubricating film between the sealing surfaces if a fluid has penetrated into the sealing chamber, so that even under such circumstances, even when the system is shut down, wear-minimizing operation is ensured. According to a further development of the invention, a device for monitoring the pressure in the sealing chamber and for switching off the drive of the shaft when certain pressure limit values in the sealing chamber are exceeded or undercut can also be provided as a further safety measure.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using embodiments and the drawing. They show:
Fig. 1 in längsgeschnittener Ansicht eine erfindungsgemäss aufgebaute Dichtungsanordnung mit einer Haupt- und Nebendichtung sowie einer Drucküberwachungseinrichtung,Fig. 1 shows a longitudinal section of a sealing arrangement constructed according to the invention with a main and secondary seal and a pressure monitoring device,
Fig. 2a-c Detailansichten von verschiedenen Ausführungsformen der Dichtfläche eines der Gleitringe der Nebendichtung der Dichtungsanordnung nach Fig. 1.Fig. 2a-c Detailed views of different embodiments of the sealing surface of one of the sliding rings of the secondary seal of the sealing arrangement according to Fig. 1.
In Fig. 1 betrifft das Bezugszeichen 1 eine Welle, die abgedichtet durch eine Dichtungsanordnung nach der Erfindung durch eine Bohrung in einem Gehäuse 2 geführt ist, um einen mit dem abzudichtenden Medium beaufschlagten produktseitigen Raum I gegenüber der Aussenumgebung III abzudichten. Die erfindungsgemässe Dichtungsanordnung umfasst eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen A versehene Haupt- oder produktseitige Dichtung sowie eine Neben- oder Notdichtung, die das allgemeine Bezugszeichen B trägt. Die Haupt- und Nebendichtungen A, B begrenzen zwischen sich axial eine Dichtungskammer II im Gehäuse 2.In Fig. 1, the reference number 1 refers to a shaft which is guided through a bore in a housing 2, sealed by a sealing arrangement according to the invention, in order to seal a product-side space I, which is supplied with the medium to be sealed, from the external environment III. The sealing arrangement according to the invention comprises a main or product-side seal provided with the general reference number A, as well as a secondary or emergency seal, which bears the general reference number B. The main and secondary seals A, B axially delimit a sealing chamber II in the housing 2 between them.
Obschon bei der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Hauptdichtung A ebenso wie die Nebendichtung B als Gleitringdichtung ausgebildet ist, ist die Erfindung auf eine derartige Ausbildung der Hauptdichtung A nicht beschränkt. Vielmehr kann als Hauptdichtung A jede geeignete Dichtungsart verwendet werden, und insbesondere könnte die Hauptdichtung A als Spalttopfdichtung ausgebildet sein, wie es z.B. in der EP-B-O 297 381 beschrieben ist, so dass auf diese Druckschrift insofern Bezug genommen werden kann.Although in the preferred embodiment of the invention shown in Fig. 1, the main seal A as well as the secondary seal B are designed as mechanical seals, the invention is not limited to such a design of the main seal A. Rather, any suitable type of seal can be used as the main seal A, and in particular the main seal A could be designed as a can seal, as described for example in EP-B-0 297 381, so that reference can be made to this publication in this respect.
Die Hauptdichtung A gemäss der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst demzufolge einen drehfest mit der Welle 1 verbundenen Gleitring 3 sowie einen damit zusammenwirkenden, am Gehäuse 2 abgestützten stationären Gleitring 4. Die Gleitringe 3, 4 haben gegenüberliegende radiale Dichtflächen 5, die bei Stillstand der Welle 1 in Eingriff miteinander stehen, indem die Gleitringe 3, 4 durch die Kraft einer auf den mit der Welle 1 drehenden Gleitring 3 wirkenden Vorspannfeder 7 axial gegeneinander vorgespannt sind. Der Gleitring 3 ist demzufolge axial beweglich in einer mit der Welle 1 verbundenen Mitnehmeranordnung 6 gehalten. Geeignete Dichtungselemente in Gestalt von O-Ringen 8, 9 sind vorgesehen, um die Gleitringe 3, 4 gegenüber der Welle 1 bzw. dem Gehäuse 2 abzudichten.The main seal A according to the preferred embodiment of the invention therefore comprises a sliding ring 3 connected to the shaft 1 in a rotationally fixed manner and a stationary sliding ring 4 which cooperates with it and is supported on the housing 2. The sliding rings 3, 4 have opposing radial sealing surfaces 5 which engage with one another when the shaft 1 is at a standstill, in that the sliding rings 3, 4 are axially prestressed against one another by the force of a preload spring 7 acting on the sliding ring 3 rotating with the shaft 1. The sliding ring 3 is therefore held axially movable in a driver arrangement 6 connected to the shaft 1. Suitable sealing elements in the form of O-rings 8, 9 are provided in order to seal the sliding rings 3, 4 against the shaft 1 or the housing 2.
Entsprechend der Art des abzudichtenden Mediums im Raum I können in einer der Dichtflächen 5 der Gleitringe 3, 4 Ausnehmungen oder Nuten vorgesehen sein, die bewirken, dass das abzudichtende Medium zwischen die Dichtflächen 5 geführt oder gepumpt wird, um dazwischen bei Betrieb einen Druck aufzubauen, der einen Dichtspalt schafft, so dass die Dichtflächen 5 der Gleitringe 3, 4 bei Betrieb ausser Berührung miteinander gelangen. Gleichzeitig wird durch den Dichtspalt der produktseitige Raum I gegenüber der Dichtungskammer II bis auf minimale Leckagen wirksam abgedichtet. Je nach Art des abzudichtenden Mediums im Raum I kann es sich bei den in einer der Dichtflächen 5 der Gleitringe 3, 4 vorgesehenen Strukturen um förderwirksame Nuten oder um Ausnehmungen handeln, die geeignet sind, ein Gas oder eine Flüssigkeit wirksam in den Bereich zwischen den Dichtflächen 5 der Gleitringe 3, 4 einzuführen. Im übrigen ist der Aufbau einer derartigen Gleitringdichtung dem Fachmann grundsätzlich bekannt, so dass auf weitere Details hier nicht eingegangen werden braucht.Depending on the type of medium to be sealed in space I, recesses or grooves can be provided in one of the sealing surfaces 5 of the sliding rings 3, 4, which cause the medium to be sealed to be guided or pumped between the sealing surfaces 5 in order to build up a pressure between them during operation, which creates a sealing gap so that the sealing surfaces 5 of the sliding rings 3, 4 come out of contact with one another during operation. At the same time, the sealing gap effectively seals the product-side space I from the sealing chamber II with minimal leakage. Depending on the type of medium to be sealed in space I, the structures provided in one of the sealing surfaces 5 of the sliding rings 3, 4 can be effective conveying grooves or recesses that are suitable for effectively introducing a gas or liquid into the area between the sealing surfaces 5 of the sliding rings 3, 4. Furthermore, the structure of such a mechanical seal is generally known to the expert, so that further details do not need to be discussed here.
Die Neben- oder Notdichtung B der erfindungsgemässen Dichtungsanordnung ist grundsätzlich ähnlich wie die Hauptdichtung A ausgebildet, indem sie wie diese ein Paar zusammenwirkende Gleitringe 10, 11 umfasst. Einer 10 der Gleitringe ist drehfest gegenüber der Welle 1 gehalten und der andere Gleitring 11 stationär am Gehäuse 2 abgestützt. Die Gleitringe 10, 11 sind durch eine 'Vorspannfeder 14 axial in Richtung aufeinander vorgespannt, so dass ihre radialen Dichtflächen 12 bei Stillstand der Welle 1 in Berührung miteinander stehen. Eine Mitnehmeranordnung 13 ähnlich der Mitnehmeranordnung 6 der Hauptdichtung A ist vorgesehen, um den Gleitring 10 axial beweglich gegenüber der Welle 1 zu halten. O-Ringe 15, 16 dienen zur Abdichtung des Gleitringes 10 gegenüber der Welle 1 bzw. des Gleitringes 11 gegenüber dem Gehäuse 2.The secondary or emergency seal B of the sealing arrangement according to the invention is basically designed in a similar way to the main seal A, in that, like the latter, it comprises a pair of interacting sliding rings 10, 11. One 10 of the sliding rings is held in a rotationally fixed manner relative to the shaft 1 and the other sliding ring 11 is supported stationary on the housing 2. The sliding rings 10, 11 are axially preloaded towards one another by a preload spring 14, so that their radial sealing surfaces 12 are in contact with one another when the shaft 1 is at a standstill. A driver arrangement 13 similar to the driver arrangement 6 of the main seal A is provided in order to keep the sliding ring 10 axially movable relative to the shaft 1. O-rings 15, 16 serve to seal the sliding ring 10 relative to the shaft 1 and the sliding ring 11 relative to the housing 2.
Aufgabe der Nebendichtung B ist es, das Innere der Dichtungskammer II gegenüber dem Aussenraum III abzudichten. Demzufolge handelt es sich unter normalen Betriebsbedingungen, bei denen ausser gewissen Leckagen an der Hauptdichtung A in die Dichtungskammer II kein abzudichtendes Medium, insbesondere kein flüssiges Medium, aus dem Raum I hineingelangt, im allgemeinen um einen berührungslosen Trockenlauf der Nebendichtung B. Zu diesem Zweck sind in wenigstens einer der Dichtflächen 12 der Gleitringe 10, 11, vorzugsweise in der Dichtfläche 12 des rotierenden Gleitringes 10, Strukturen vorgesehen, um bei Drehung der Welle 1 die Dichtflächen 12 gegen die Kraft der Vorspannfeder 14 in Abstand voneinander zu bewegen. Gemeinsames Merkmal sämtlicher in Fig. 2a-2c gezeigten Ausführungsformen ist daher, dass gasförderwirksame Nuten 24, 27, 29 in einer der Dichtflächen 12 vorgesehen sind, die es ermöglichen bei Betrieb der Welle 1 ein Gas zwischen dieThe task of the secondary seal B is to seal the interior of the sealing chamber II from the outside space III. Accordingly, under normal operating conditions, in which, apart from certain leaks at the main seal A, no medium to be sealed, in particular no liquid medium, gets into the sealing chamber II from the space I, the secondary seal B generally runs dry without contact. For this purpose, structures are provided in at least one of the sealing surfaces 12 of the sliding rings 10, 11, preferably in the sealing surface 12 of the rotating sliding ring 10, in order to move the sealing surfaces 12 at a distance from one another against the force of the preload spring 14 when the shaft 1 rotates. A common feature of all the embodiments shown in Fig. 2a-2c is therefore that gas-conveying grooves 24, 27, 29 are provided in one of the sealing surfaces 12, which make it possible to pump a gas between the
Dichtflächen 12 der Gleitringe 10, 11 zu pumpen, um einen einen berührungslosen Trockenlauf schaffenden Dichtspalt zu bilden.Sealing surfaces 12 of the sliding rings 10, 11 are pumped in order to form a sealing gap that creates a contactless dry run.
Bei den gas förderwirksamen Nuten 24, 27, 29 handelt es sich um flache Aussparungen mit einer Tiefe im /nm-Bereich, die sich ausgehend von einer äusseren umfänglichen Begrenzung bis zu einer Zwischenstelle der radialen Abmessung der Dichtfläche 12 erstrecken und an der Zwischenstelle in diese auslaufen können. Obschon andere Ausbildungen von gasförderwirksamen Nuten 24, 27, 29 für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, handelt es sich vorzugsweise um sog. "Spiralnuten11, wie sie z.B. in Burgmann-Konstruktionsmappe 14 der Firma Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH, D-82502 Wolfratshausen, Ausgabe D14.1/10000 06.91-01, S. 57 näher beschrieben sind. Bezüglich weiterer Details kann daher auf diese Druckschrift Bezug genommen werden.The gas-conveying grooves 24, 27, 29 are flat recesses with a depth in the /nm range, which extend from an outer circumferential boundary to an intermediate point of the radial dimension of the sealing surface 12 and can run into it at the intermediate point. Although other designs of gas-conveying grooves 24, 27, 29 can be used for the present invention, they are preferably so-called "spiral grooves 11 ", as described in more detail, for example, in the Burgmann design folder 14 of the company Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH, D-82502 Wolfratshausen, edition D14.1/10000 06.91-01, p. 57. For further details, reference can therefore be made to this publication.
Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2a sind die gasförderwirksamen Nuten 24 längs der Dichtfläche 12 so verteilt, dass sie von deren äusseren, der Dichtungskammer II zugewandten Umfang ausgehen. Die gasförderwirksamen Nuten 24 sind dabei so ausgerichtet, dass ihre in Bezug auf die durch den Pfeil in Fig. 2a angedeutete Drehrichtung der Welle 1 nacheilende Kanten pflugscharartig in das Medium in der Dichtungskammer II eingreifen und dieses nach innen pumpen. Bei dieser Ausführungsform wird daher der Dichtspalt wenigstens teilweise durch das Medium gebildet, das sich in der Dichtungskammer II bei störungsfreiem Betrieb der Hauptdichtung A befindet.In the first embodiment of the invention according to Fig. 2a, the gas-conveying grooves 24 are distributed along the sealing surface 12 in such a way that they start from its outer circumference facing the sealing chamber II. The gas-conveying grooves 24 are aligned in such a way that their edges, which trail in relation to the direction of rotation of the shaft 1 indicated by the arrow in Fig. 2a, engage the medium in the sealing chamber II like plowshares and pump it inwards. In this embodiment, the sealing gap is therefore at least partially formed by the medium that is in the sealing chamber II when the main seal A is operating without problems.
Die Ausführungsformen nach Fig. 2b und 2c sehen demgegenüber vor, dass die gasförderwirksamen Nuten 27 bzw. 29 soThe embodiments according to Fig. 2b and 2c, on the other hand, provide that the gas-conveying grooves 27 and 29 are so
angeordnet sind, dass sie von dem inneren, dem Aussenraum III zugewandten Umfang der Dichtfläche 12 ausgehen. Diese Nuten 27 bzw. 29 sind daher wirksam bezüglich eines Pumpens des im Aussenraum III befindlichen gasförmigen Mediums zwischen die Dichtflächen 12, bei dem es sich im allgemeinen um Umgebungsluft handelt.are arranged such that they extend from the inner periphery of the sealing surface 12 facing the outer space III. These grooves 27 and 29 are therefore effective in pumping the gaseous medium in the outer space III between the sealing surfaces 12, which is generally ambient air.
Erfindungsgemäss sind weiter bei sämtlichen vorgenannten Ausführungsformen Massnahmen vorgesehen, die es erlauben, dass ausser einem gasförmigen auch ein flüssiges Medium in den Bereich zwischen den Dichtflächen 12 in einer ausreichenden Menge gelangen kann, dass dadurch nicht nur ebenfalls ein berührungsloser Lauf der Nebendichtung B gewährleistet, sondern auch sichergestellt ist, dass das flüssige Medium nicht in den Aussenraum III gelangen kann.According to the invention, measures are also provided in all of the above-mentioned embodiments which allow a liquid medium as well as a gaseous medium to reach the area between the sealing surfaces 12 in a sufficient quantity, so that not only is contact-free operation of the secondary seal B guaranteed, but it is also ensured that the liquid medium cannot reach the external space III.
Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig 2a umfasst die Dichtfläche 12 zu diesem Zweck ein Anordnung von weiteren umfänglich verteilten Nuten 25, die ähnlich wie die Nuten 24 als gasförderwirksame Nuten ausgebildet sein können und sich vom inneren, dem Aussenraum III zugewandten Umfang der Dichtfläche 12 ausgehend nach innen bis zu einer geeigneten zwischenliegenden Stelle der radialen Abmessung der Dichtfläche 12 erstrecken. Die gasförderwirksamen Nuten 25 leisten demzufolge bei Normalbetrieb einen Beitrag zum Zustandekommen des Dichtspaltes, indem sie ebenso wie die gasförderwirksamen Nuten 24 längs des äusseren Umfanges ein Gas in den Bereich zwischen den Dichtflächen 12 pumpen. Dabei ist jedoch die Strömungsrichtung des seitens der Nuten 25 gepumpten Gas entgegengesetzt zu der des Gases, welches durch die Nuten 24 am äusseren Umfang der Dichtfläche 12 gepumpt wird.In the embodiment of the invention according to Fig. 2a, the sealing surface 12 comprises for this purpose an arrangement of further circumferentially distributed grooves 25, which can be designed as gas-conveying grooves similar to the grooves 24 and extend from the inner circumference of the sealing surface 12 facing the outer space III inwards to a suitable intermediate point of the radial dimension of the sealing surface 12. The gas-conveying grooves 25 therefore contribute to the creation of the sealing gap during normal operation by pumping a gas into the area between the sealing surfaces 12 along the outer circumference, just like the gas-conveying grooves 24. However, the flow direction of the gas pumped by the grooves 25 is opposite to that of the gas pumped through the grooves 24 on the outer circumference of the sealing surface 12.
Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass gasförderwirksamen Nuten wie die Nuten 24, 25 bei einem Lauf der Gleitringdichtung in einem flüssigen Medium ebenfalls einen Spalt zwischen den Dichtflächen 12 schaffen, der jedoch eine übermässige Breite annehmen kann. Daher wäre im Dammbereich der Dichtfläche eine ausreichende Abdichtung nicht mehr gewährleistet. Die Erfindung macht sich diesen Umstand zu Nutzen, indem seitens der gasförderwirksamen Nuten, welche von der betreffenden anderen umfänglichen Begrenzung der Dichtfläche 12 ausgehen, im wesentlichen ebensolche Verhältnisse jedoch mit entgegegensetztem Fördersinn geschaffen werden, d.h. eine Flüssigkeit, die durch die gasförderwirksamen Nuten 24 am äusseren Umfang der Dichtfläche 12 in deren Dammbereich gepumpt worden ist, wird durch die gasförderwirksamen Nuten 25 am inneren Umfang abgefangen und zurück in Richtung auf die Dichtungskammer II gepumpt, so dass Leckagen an die Aussenumgebung III wirksam weitgehend vermieden werden können.In the context of the invention, it was determined that gas-conveying grooves such as grooves 24, 25 also create a gap between the sealing surfaces 12 when the mechanical seal runs in a liquid medium, but this gap can become excessively wide. Therefore, sufficient sealing would no longer be guaranteed in the dam area of the sealing surface. The invention makes use of this circumstance by creating essentially the same conditions on the part of the gas-conveying grooves, which extend from the relevant other circumferential boundary of the sealing surface 12, but with the opposite conveying direction, i.e. a liquid that has been pumped through the gas-conveying grooves 24 on the outer circumference of the sealing surface 12 into its dam area is intercepted by the gas-conveying grooves 25 on the inner circumference and pumped back in the direction of the sealing chamber II, so that leaks to the outside environment III can be effectively and largely avoided.
Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2b sind längs des äusseren, der Dichtungskammer II zugewandten Umfangsbereiches der Dichtfläche 12 Nuten 26 vorgesehen, die aufgrund ihrer Ausbildung und Tiefe im wesentlichen nur für flüssige Medien förderwirksame Eigenschaft besitzen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird daher der berührungslose Trockenlauf der Nebendichtung B bei störungsfreiem Betrieb der Hauptdichtung A im wesentlichen nur durch die gasförderwirksamen Nuten 27 am inneren Umfang der Dichtfläche 12 erzielt, während die Nuten 26 am äusseren Umfang dafür sorgen, dass ein berührungloser Lauf der Nebendichtung B auch dann gewährleistet ist, wenn durch eine Störung oder einen Ausfall der Hauptdichtung A flüssiges Medium in die Dichtungskammer II gelangt ist.In the embodiment of the invention according to Fig. 2b, grooves 26 are provided along the outer peripheral region of the sealing surface 12 facing the sealing chamber II, which, due to their design and depth, essentially only have properties that are effective for conveying liquid media. In this embodiment of the invention, the contactless dry running of the secondary seal B with trouble-free operation of the main seal A is therefore achieved essentially only by the gas-conveying grooves 27 on the inner circumference of the sealing surface 12, while the grooves 26 on the outer circumference ensure that contactless running of the secondary seal B is guaranteed even if liquid medium has entered the sealing chamber II due to a malfunction or failure of the main seal A.
Bei den flüssigkeitsförderwirksamen Nuten 2 6 kann es sich um irgendeine geeignete Ausbildung handeln. Inbesondere kann es sich um längliche, entgegengesetzt zur Drehrichtung der Welle 1 geneigte Nuten mit rechteck-, dreieck- oder kreissegmentförmigem, in Längsrichtung abnehmendem Querschnitt und einer maximalen Tiefe nahe dem äusseren Umfang der Dichtfläche 12 von z.B. 0.5 mm handeln. Andere geeignete nur-flüssigkeitwirksame Nutformen sind z.B. in der DE-U-8814442 beschrieben, auf die daher Bezug genommen werden kann. Darauf hinzuweisen ist ferner, dass die Förderrichtung der Nuten 26 entgegengesetzt zu der der gasförderwirksamen Nuten 27 am inneren Umfang der Dichtfläche 12 ist, so dass eine Leckage an Flüssigkeit, die in den Bereich der gasförderwirksamen Nuten 27 gelangt, zurück in Richtung auf die Dichtungskammer II gefördert wird.The liquid-conveying grooves 26 can be of any suitable design. In particular, they can be elongated grooves inclined in the opposite direction to the direction of rotation of the shaft 1 with a rectangular, triangular or circular segment-shaped cross-section that decreases in the longitudinal direction and a maximum depth near the outer circumference of the sealing surface 12 of e.g. 0.5 mm. Other suitable liquid-only groove shapes are described, for example, in DE-U-8814442, to which reference can therefore be made. It should also be noted that the conveying direction of the grooves 26 is opposite to that of the gas-conveying grooves 27 on the inner circumference of the sealing surface 12, so that any leakage of liquid that reaches the area of the gas-conveying grooves 27 is conveyed back in the direction of the sealing chamber II.
Eine modifizierte Ausführungsform der in Verbindung mit Fig. 2b beschriebenen Ausführungsform ist in Fig. 2c gezeigt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind Ausnehmungen 28 längs des äusseren, der Dichtungskammer II zuwandten Umfangsbereiches der Dichtfläche 12 vorgesehen. Diese Ausnehmungen 28 öffnen sich zur Dichtungskammer II und können kreissegmentförmige Aushöhlungen mit einer geeigneten Tiefe von z.B. 0,5 mm darstellen. Da sie praktisch keine Pumpwirkung haben, sind die Ausnehmungen 28 nur wirksam, um eine Flüssigkeit an den Bereich zwischen den Dichtflächen 12 der Gleitringe 10, 11 heranzuführen, um dazwischen einen ausreichenden Schmierfilm zu schaffen. Dieser Schmierfilm gewährleistet jedoch ebenfalls wie die Nuten mit Pumpwirkung einen berührungslosen Lauf der Nebendichtung B, wenn in die Dichtungskammer II bei einer Störung der Hauptdichtung A ein flüssiges Medium eingedrungen ist.A modified embodiment of the embodiment described in connection with Fig. 2b is shown in Fig. 2c. In this embodiment of the invention, recesses 28 are provided along the outer peripheral region of the sealing surface 12 facing the sealing chamber II. These recesses 28 open towards the sealing chamber II and can represent circular segment-shaped cavities with a suitable depth of e.g. 0.5 mm. Since they have practically no pumping effect, the recesses 28 are only effective to bring a liquid to the area between the sealing surfaces 12 of the sliding rings 10, 11 in order to create a sufficient lubricating film between them. However, like the grooves with a pumping effect, this lubricating film also ensures contact-free operation of the secondary seal B if a liquid medium has penetrated into the sealing chamber II due to a malfunction of the main seal A.
Gemeinsames Merkmal der Ausführungsformen nach Fig. 2b und 2c ist, dass unter Normalbetrieb, d.h. störungsfreiem Betrieb der Hauptdichtung A ein berührungsloser, verschleissminimierender Trockenlauf der Nebendichtung B gewährleistet ist, indem mittels der gasförderwirksamen Nuten 27, 29 ein Umgebungsgas, z.B. Luft aus dem Raum III zwischen die Dichtflächen 12 gepumpt wird. Gleichzeitig wird hierdurch erreicht, dass eventuell in der Dichtungskammer II vorhandene toxische Gase nicht an die Aussenumgebung III gelangen können, da in Bezug auf eine Leckage dieser toxischen Gase längs des Dichtspaltes die gasförderwirksamen Nuten 27, 29 zurückfördernd wirken.A common feature of the embodiments according to Fig. 2b and 2c is that under normal operation, i.e. trouble-free operation of the main seal A, a contactless, wear-minimizing dry run of the secondary seal B is ensured by means of the gas-conveying grooves 27, 29 pumping an ambient gas, e.g. air, from the space III between the sealing surfaces 12. At the same time, this ensures that any toxic gases present in the sealing chamber II cannot reach the outside environment III, since the gas-conveying grooves 27, 29 have a back-feeding effect in relation to a leakage of these toxic gases along the sealing gap.
Im Störungsfall, d.h. bei Ausfall oder höherer Leckage längs der Hauptdichtung A, gelangen grössere Mengen an abzudichtendem Medium aus dem Raum I in die Dichtungskammer II und damit in den Bereich der Nebendichtung B. Handelt es sich bei dem abzudichtenden Medium um eine Flüssigkeit, so wird durch die vom äusseren Umfang der Dichtfläche 12 ausgehenden flüssigkeitswirksamen Nuten bzw. Ausnehmungen 26 bzw. 28 erreicht, dass die Flüssigkeit zwischen den Dichtflächen 12 einen Dichtspalt oder einen ausreichend starken Schmierfilm bildet, so dass weiterhin ein berührungsloser Lauf der Nebendichtung B gewährleistet ist. Dabei werden in den Bereich der vom inneren Umfang der Dichtfläche 12 ausgehenden gasförderwirksamen Nuten 27, 29 gelangte Flüssigkeitsleckagen zurück in Richtung auf den äusseren Umfang der Dichtfläche 12 gepumpt. In Bezug auf die Pumpwirkung der gasförderwirksamen Nuten 27, 29 bei Flüssigkeiten liegen ähnliche Verhältnisse vor, wie sie in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 2a beschrieben sind, so dass hierauf Bezug genommen werden kann.In the event of a fault, i.e. in the event of failure or a high leakage along the main seal A, large quantities of the medium to be sealed from the space I enter the sealing chamber II and thus into the area of the secondary seal B. If the medium to be sealed is a liquid, the liquid-effective grooves or recesses 26 or 28 extending from the outer circumference of the sealing surface 12 ensure that the liquid forms a sealing gap or a sufficiently thick lubricating film between the sealing surfaces 12, so that contact-free operation of the secondary seal B is ensured. Liquid leaks that reach the area of the gas-effective grooves 27, 29 extending from the inner circumference of the sealing surface 12 are pumped back towards the outer circumference of the sealing surface 12. With regard to the pumping effect of the gas-conveying grooves 27, 29 in liquids, similar conditions exist as described in connection with the embodiment according to Fig. 2a, so that reference can be made to this.
Darauf hinzuweisen ist, dass anstelle der gasförderwirksamen Nuten 25 am inneren Umfang der Ausführungsform nach Fig. 2a auch flüssigkeitsförderwirksame Nuten ähnlich den Nuten 26 der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2b vorgesehen sein können. In diesem Fall würde bei Normalbetrieb der Hauptdichtung A der den berührungslosen Trockenlauf der Nebendichtung B schaffende Dichtspalt im wesentlichen nur durch die gasförderwirksamen Nuten 24 gebildet werden. Bei einem Eindringen von Flüssigkeit in die Dichtungskammer II werden die Leckagen längs der gasförderwirksamen Nuten 24 von den flüssigkeitsförderwirksame Nuten 25 aufgefangen und zurück zur Dichtungskammer II gepumpt.It should be noted that instead of the gas-conveying grooves 25 on the inner circumference of the embodiment according to Fig. 2a, liquid-conveying grooves similar to the grooves 26 of the embodiment of the invention according to Fig. 2b can also be provided. In this case, during normal operation of the main seal A, the sealing gap that creates the contactless dry running of the secondary seal B would essentially only be formed by the gas-conveying grooves 24. If liquid penetrates into the sealing chamber II, the leaks along the gas-conveying grooves 24 are caught by the liquid-conveying grooves 25 and pumped back to the sealing chamber II.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann die erfindungsgemässe Dichtungsanordnung ferner eine Einrichtung umfassen, mit der der Druck in der Dichtungskammer II überwacht werden kann, um einen frühzeitigen Hinweis auf eine Störung im Bereich der Hauptdichtung A bzw. der Nebendichtung B zu erhalten. Die Einrichtung umfasst eine Druckleitung 19, die einerends mit einer im Gehäuse 2 vorgesehenen Verbindungsbohrung 18 zur Dichtungskammer II und anderenends mit dem Eingang einer Drossel 20 verbunden ist, deren Ausgang über eine Leitung 21 ins Freie führt. An einer zwischenliegenden Stelle zwischen der Drossel 20 und der Verbindungsbohrung 18 zweigt von der Druckleitung 19 eine Abzweigleitung 22 ab, die zu einem Druckmess- oder -anzeigegerät 23 führt. Das Druckmess- oder anzeigegerät 23 kann mit einer geeigneten, nicht gezeigten optischen oder akustischen Alarmeinrichtung und/oder einer Einrichtung gekoppelt sein, um bei über- oder Unterschreiten bestimmter Druckgrenzwerte einen Alarm auszulösen oder automatisch den Antrieb der Welle 1 abzuschalten. Insbesondere kann mit diesen Massnahmen ein Druckanstieg in der Dichtungskammer II erfasst werden, der eintritt, wenn bei einem Ausfall der Hauptdichtung A grössere Leckagen anAs shown in Fig. 1, the sealing arrangement according to the invention can further comprise a device with which the pressure in the sealing chamber II can be monitored in order to obtain an early indication of a fault in the area of the main seal A or the secondary seal B. The device comprises a pressure line 19, which is connected at one end to a connecting hole 18 provided in the housing 2 to the sealing chamber II and at the other end to the inlet of a throttle 20, the outlet of which leads to the outside via a line 21. At an intermediate point between the throttle 20 and the connecting hole 18, a branch line 22 branches off from the pressure line 19, which leads to a pressure measuring or display device 23. The pressure measuring or display device 23 can be coupled with a suitable optical or acoustic alarm device (not shown) and/or a device to trigger an alarm when certain pressure limits are exceeded or not reached or to automatically switch off the drive of the shaft 1. In particular, these measures can be used to detect a pressure increase in the sealing chamber II, which occurs when major leaks occur in the event of a failure of the main seal A.
abzudichtendem Medium aus dem Raum I in die Dichtungskammer II gelangen. Umgekehrt würde ein Ausfall der Nebendichtung B bedeuten, dass ein Abfall des Druckes in der Dichtungskammer II gegenüber Normalbetrieb zu verzeichnen wäre. In beiden Fällen ist gewährleistet, dass schnellstmögliche Abhilfe erfolgen kann, um das Austreten grösserer Leckagen an den Aussenraum III zu vermeiden.medium to be sealed from space I into sealing chamber II. Conversely, a failure of the secondary seal B would mean that the pressure in sealing chamber II would drop compared to normal operation. In both cases, it is guaranteed that the problem can be remedied as quickly as possible in order to prevent major leaks from escaping into the external space III.
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1994
- 1994-05-10 DE DE9407733U patent/DE9407733U1/en not_active Expired - Lifetime
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