СИСТЕМА КОНТАКТНОГО КОЛЬЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ, А ТАКЖЕ МОДУЛЬ КОНТАКТНОГО КОЛЬЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ
CONTACT RING SEAL SYSTEM, AS WELL AS A CONTACT RING SEAL MODULE

Изобретение касается системы контактного кольцевого уплотнения, а также модуля контактного кольцевого уплотнения, у которого возможна, в частности, не представляющая собой проблемы замена контактных колец и/или вспомогательных уплотнений.
Системы контактного кольцевого уплотнения известны из уровня техники в различных вариантах осуществления. При этом системы контактного кольцевого уплотнения включают в себя контактное кольцевое уплотнение, имеющее вращающееся контактное кольцо и неподвижное контактное кольцо, которые задают между собой уплотнительный зазор. Обычно системы контактного кольцевого уплотнения уплотняют сторону продукта от стороны атмосферы на валу или т.п. При этом посредством вращающегося держателя контактного кольца может осуществляться передача вращающего момента от вращающегося вала на вращающееся контактное кольцо. Соединение между держателем контактного кольца и вращающимся контактным кольцом осуществляется, например, посредством цилиндрических штифтов, которые посредством прессовой посадки расположены в держателе контактного кольца и во вращающемся контактном кольце.
Такая система контактного кольцевого уплотнения известна, например, из DE 102015211223 B3. Однако, при этом соединении с прессовой посадкой во вращающемся контактном кольце могут создаваться нежелательные напряжения, которые могут приводить к неровностям на направленной к неподвижному контактному кольцу контактной поверхности вращающегося контактного кольца. Кроме того, известно также, что держатели контактного кольца устанавливаются на вращающееся контактное кольцо посредством термической усадки. При этом держатель контактного кольца нагревается и расширяется, так что вращающееся контактное кольцо может устанавливаться на радиальную внутреннюю сторону держателя контактного кольца, и вследствие процесса охлаждения держателя контактного кольца между держателем контактного кольца и вращающимся контактным кольцом создается не допускающее вращения соединение. Из-за этого также могут возникать нежелательные напряжения, действующие на контактное кольцо, что при производстве может приводить к высокой доле брака или может сокращать срок службы контактного кольцевого уплотнения вследствие нежелательных напряжений во вращающемся контактном кольце.
Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставить систему контактного кольцевого уплотнения, которая при простой конструкции и возможности простого, экономичного изготовления имеет долгий срок службы и, в частности, может предотвращать создаваемые в контактном кольце напряжения. Кроме того, задачей настоящего изобретения является предоставить модуль контактного кольцевого уплотнения, у которого стандартизированный держатель контактного кольца может применяться с самыми разными вращающимися контактными кольцами и различными элементами вспомогательного уплотнения.
Эта задача решается с помощью системы контактного кольцевого уплотнения с признаками п.1 формулы изобретения, соответственно, модуля контактного кольцевого уплотнения с признаками п.10 формулы изобретения.
В зависимых пунктах формулы изобретения показаны предпочтительные усовершенствования изобретения.
Предлагаемая изобретением система контактного кольцевого уплотнения с признаками п.1 формулы изобретения имеет то преимущество, что особенно экономичным образом могут предоставляться системы контактного кольцевого уплотнения для самых различных целей применения. При этом конструкция системы контактного кольцевого уплотнения такова, что может реализовываться модульная система, при этом, в частности, контактные кольца (кольца скольжения) и/или вспомогательные уплотнения системы контактного кольцевого уплотнения могут меняться для самых разных целей применения. Благодаря этому получается очень большая экономия затрат при изготовлении системы контактного кольцевого уплотнения. В соответствии с изобретением это достигается за счет того, что система контактного кольцевого уплотнения включает в себя контактное кольцевое уплотнение, имеющее вращающееся и неподвижное контактное кольцо, которые задают между собой уплотнительный зазор. Кроме того, предусмотрен держатель контактного кольца, который расположен на вращающемся контактном кольце. При этом вращающееся контактное кольцо с зазором вставлено в держатель контактного кольца. Кроме того, предусмотрен по меньшей мере один захватный элемент, который расположен между вращающимся контактным кольцом и держателем контактного кольца и предназначен для передачи вращающего момента от держателя контактного кольца на вращающееся контактное кольцо. При этом вращающееся контактное кольцо имеет первый вырез, а держатель контактного кольца имеет второй вырез. При этом захватный элемент с зазором вставлен в первый вырез во вращающемся контактном кольце и также с зазором во второй вырез в держателе контактного кольца. Таким образом, предотвращается наличие передачи вращающего момента от держателя контактного кольца на вращающееся контактное кольцо, например, как в уровне техники, посредством штифтовых соединений с прессовыми посадками или усадочных соединений, которые могут приводить к появлению нежелательных напряжений или повреждений во вращающемся контактном кольце. Благодаря этому, в частности, ровность контактной поверхности вращающегося контактного кольца не может подвергаться негативному влиянию, при котором, в частности, сокращался бы срок службы контактного кольцевого уплотнения. В соответствии с изобретением благодаря свободно вставленному, вращающемуся контактному кольцу простым образом становятся возможны, в частности, также быстрый и простой монтаж, а также смена вращающегося контактного кольца. При этом выбран очень малый зазор между захватным элементом и держателем контактного кольца, а также зазор между захватным пазом и вращающимся контактным кольцом, в частности максимум 1 мм, чтобы при вводе в действие системы контактного кольцевого уплотнения надо было преодолевать только как можно более короткий путь зазора. Благодаря этому может предотвращаться обусловленный зазором толчок при вводе в действие.
Особенно предпочтительно захватный элемент выполнен таким образом, что он имеет цилиндрическую основную часть и четырехугольную, в частности квадратную область контакта. При этом как цилиндрическая основная часть, так и четырехугольная область контакта расположены каждый с маленьким зазором в держателе контактного кольца, соответственно, во вращающемся контактном кольце. Предпочтительно четырехугольная область контакта расположена в выполненном соответственно форме захватного элемента вырезе во вращающемся контактном кольце. Благодаря этому может получаться большой площади поверхность прилегания между четырехугольной областью контакта захватного элемента и вращающимся контактным кольцом.
По одному другому варианту осуществления изобретения держатель контактного кольца имеет первый кольцевой паз и второй кольцевой паз. В первом кольцевом пазу расположено первое вспомогательное уплотнение, а во втором кольцевом пазу расположено второе вспомогательное уплотнение. При этом первое и второе вспомогательное уплотнение представляет собой соответственно круглое кольцо, имеющее круглое поперечное сечение, или, альтернативно, упругое формовое кольцо, имеющее поперечное сечение, которое соответствует поперечному сечению первого и второго кольцевого паза. При этом, например, для случаев стерильного применения в первом и втором кольцевом пазу может соответственно применяться формовое кольцо, которое может удовлетворять требованиям стерильности, например, в пищевой промышленности при применении системы контактного кольцевого уплотнения в качестве насоса. Благодаря применению формовых колец в первом и втором кольцевом пазу в обоих кольцевых пазах удается, в частности, избегать областей, которые не заполнены материалом вспомогательного уплотнительного элемента. Для других случаев применения могут применяться экономичные круглые кольца, у которых возможно наличие таких на заполненных материалом круглых колец областей, так как здесь не должны выполняться требования стерильности. При этом путем замены вспомогательных уплотнений в держателе контактного кольца может достигаться быстрая и экономичная адаптация системы контактного кольцевого уплотнения к различным случаям применения.
Также предпочтительно система контактного кольцевого уплотнения включает в себя втулку, на которой расположен держатель контактного кольца. Эта втулка имеет паз, а держатель контактного кольца имеет область передачи вращающего момента. Эта область ввода вращающего момента выполнена цельно на держателе контактного кольца и выступает в паз втулки. Благодаря этому может достигаться передача вращающего момента от втулки на держатель контактного кольца. Втулка предпочтительно расположена непосредственно на вращающемся конструктивном элементе, в частности валу, и зафиксирована на этом валу.
Также предпочтительно первый вырез во вращающемся контактном кольце, в котором частично расположен захватный элемент, представляет собой сплошную, проходящую в радиальном направлении относительно средней оси вращающегося контактного кольца первую радиальную щель. Она может предусматриваться во вращающемся контактном кольце особенно экономичным образом.
Также предпочтительно паз во втулке представляет собой проходящую в радиальном направлении относительно средней оси втулки вторую радиальную щель. И эта вторая радиальная щель может предусматриваться на свободном конце втулки особенно простым и экономичным образом.
По одному другому предпочтительному варианту осуществления изобретения второй вырез в держателе контактного кольца для приема цилиндрической части захватного элемента представляет собой цилиндрическую проточку, имеющую несколько больший диаметр, чем диаметр цилиндрической основной части захватного элемента. Благодаря этому может гарантироваться зазор захватного элемента во втором вырезе держателя контактного кольца.
Также предпочтительно система контактного кольцевого уплотнения включает в себя, кроме того, пружинный элемент, который расположен между держателем контактного кольца и вращающимся контактным кольцом. Этот пружинный элемент представляет собой предпочтительно спиральную пружину.
Так как вращающееся контактное кольцо расположено в держателе контактного кольца свободно, т. е. с зазором, возможно, кроме того, чтобы вращающееся контактное кольцо имело контактную поверхность, снабженную алмазным покрытием, так как при удерживании вращающегося контактного кольца в держателе контактного кольца не появляется никаких напряжений.
Предпочтительно первый кольцевой паз держателя контактного кольца расположен в радиальном направлении над вращающимся контактным кольцом, так что вращающееся контактное кольцо несколько фиксируется расположенным в первом кольцевом пазу первым вспомогательным уплотнительным элементом.
Кроме того, настоящее изобретение касается модуля контактного кольцевого уплотнения, включающего в себя предлагаемую изобретением систему контактного кольцевого уплотнения, имеющего вращающееся контактное кольцо, выбранное из группы, включающей в себя угольное кольцо, керамическое кольцо или контактное кольцо, снабженное алмазным покрытием, и/или имеющего первое и второе вспомогательное уплотнение для уплотнения на держателе контактного кольца, выбранное из группы, включающей в себя круглые кольца или упругие формовые кольца, имеющие поперечное сечение, соответствующее первой или второй выемке в держателе контактного кольца.
Предлагаемая изобретением система контактного кольцевого уплотнения особенно предпочтительно применяется в насосах в случаях применения для пищевых продуктов, например, для перекачки напитков, или в случаях применения в фармацевтике для медицинских продуктов, в которых необходимо стерильное проектирование контактного кольцевого уплотнения. Кроме того, в соответствии с изобретением с помощью предлагаемой изобретением системы контактного кольцевого уплотнения особенно хорошо могут также уплотняться среды, имеющие волокнистые компоненты, например, в целлюлозной промышленности. Благодаря модульной системе система контактного кольцевого уплотнения может в каждом случае проектироваться индивидуально для каждой цели применения, так что получается широкий спектр применения системы контактного кольцевого уплотнения.
Ниже предпочтительные примеры осуществления изобретения описываются в деталях со ссылкой на чертежи. Показано:
фиг.1: схематичный вид сечения системы контактного кольцевого уплотнения по первому примеру осуществления изобретения;
фиг.2: схематичный, увеличенный вид сечения захватного элемента с фиг.1;
фиг.3: вид в перспективе захватного элемента с фиг.2;
фиг.4: рассеченный вид в перспективе держателя контактного кольца с фиг.1, и
фиг.5: схематичный вид сечения системы контактного кольцевого уплотнения по второму примеру осуществления изобретения.
Ниже со ссылкой на фиг.1-4 описывается в деталях система 1 контактного кольцевого уплотнения по первому предпочтительному примеру осуществления изобретения.
Как явствует из фиг.1, система 1 контактного кольцевого уплотнения включает в себя контактное кольцевое уплотнение 10, имеющее вращающееся контактное кольцо 2 и неподвижное контактное кольцо 3. Вращающееся контактное кольцо 2 и неподвижное контактное кольцо 3 задают между собой уплотнительный зазор 4.
Вращающееся контактное кольцо 2 имеет первый вырез 20, который в этом примере осуществления выполнен в виде радиально проходящей щели. Причем этот первый вырез 20 проходит в радиальном направлении перпендикулярно осевому направлению X-X системы контактного кольцевого уплотнения на задней стороне вращающегося контактного кольца, которая противоположна контактной поверхности вращающегося контактного кольца 2, направленной к неподвижному контактному кольцу 3.
Система 1 контактного кольцевого уплотнения включает в себя, кроме того, держатель 5 контактного кольца, который изготовлен из металлического материала. Держатель 5 контактного кольца в деталях показан на фиг.4. Держатель 5 контактного кольца включает в себя первый кольцевой паз 51 и второй кольцевой паз 52. Кроме того, держатель 5 контактного кольца включает в себя второй вырез 50. Этот второй вырез 50 в этом примере осуществления представляет собой проточку.
Кроме того, предусмотрен захватный элемент 6, который в деталях изображен на фиг.2 и 3. Этот захватный элемент 6 имеет цилиндрическую основную часть 60 и четырехугольную область 61 контакта. На свободном конце цилиндрической основной части 60 предусмотрена фаска 62. В смонтированном состоянии цилиндрическая основная часть 60 расположена во втором вырезе 50 держателя 5 контактного кольца, а четырехугольная область 61 контакта расположена в первом вырезе 20 во вращающемся контактном кольце 2. При этом захватный элемент 6 имеет как в первом вырезе 20, так и во втором вырезе 50 зазор во всех направлениях, т.е. осевой, радиальный и в окружном направлении. С помощью захватного элемента 6 от держателя 5 контактного кольца на вращающееся контактное кольцо 2 может передаваться вращающий момент.
Как явствует также из фиг.1, первый кольцевой паз 51 в держателе 5 контактного кольца предусмотрен радиально вне вращающегося контактного кольца 2 непосредственно над вращающимся контактным кольцом 2. В первом кольцевом пазу 51 расположено первое вспомогательное уплотнение, которое в этом примере осуществления представляет собой первое круглое кольцо 11.
Также система 1 контактного кольцевого уплотнения включает в себя пружинный элемент 8, который расположен между втулкой 7 и держателем 5 контактного кольца. Втулка 7 неподвижно соединена с вращающимся конструктивным элементом, в этом примере осуществления валом 100. Пружинный элемент 8 предварительно нагружает вращающееся контактное кольцо 2 в осевом направлении X-X через держатель 5 контактного кольца к неподвижному контактному кольцу 3.
Кроме того, еще на держателе 5 контактного кольца за одно целое предусмотрена область 53 передачи вращающего момента, которая, как явствует из фиг.1, выступает в паз 70 во втулке 7. Паз 70 предусмотрен на направленном в направлении вращающегося контактного кольца 2 свободном конце втулки 7 и выполнен, проходя в радиальном направлении. Втулка 7 неподвижно (жестко) зафиксирована на валу 100, например, с помощью зажимного соединения или, как изображено на фиг.1, с помощью резьбовой шпильки 101.
Во втором кольцевом пазу 52 держателя 50 контактного кольца расположено второе вспомогательное уплотнение в виде второго круглого кольца 12. С его помощью держатель 5 контактного кольца уплотняется относительно втулки 7.
Неподвижное контактное кольцо 3 расположено на корпусе 30 и уплотнено третьим круглым кольцом 15.
Кроме того, система 1 контактного кольцевого уплотнения имеет на держателе 5 контактного кольца четвертое круглое кольцо 16, которое осуществляет уплотнение на валу, и пятое круглое кольцо 17, которое расположено на втулке 7 и тоже осуществляет уплотнение на валу 100.
Система 1 контактного кольцевого уплотнения уплотняет сторону 18 продукта от стороны 19 атмосферы. В этом примере осуществления система 1 контактного кольцевого уплотнения расположена на валу 100, который осуществляется привод насоса. При этом не предусмотрено стерильное применение, так как в первом кольцевом пазу 51 и во втором кольцевом пазу 52 предусмотрены области, которые не заполнены первым круглым кольцом и вторым круглым кольцом 12.
Так как первое круглое кольцо 11 расположено радиально над вращающимся контактным кольцом 2, вставленное с зазором в держатель 5 контактного кольца вращающееся контактное кольцо 2 несколько фиксируется. Так как также и захватный элемент 6 имеет зазор как на цилиндрической основной части 60, так и на четырехугольной области 61 контакта, при установке посредством усадки или прессовых посадок между захватным элементом и вращающимся контактным кольцом 2 на вращающееся контактное кольцо 2 не передаются никакие напряжения. Благодаря этому вращающееся контактное кольцо 2 может просто заменяться, соответственно, система контактного кольцевого уплотнения может без больших затрат, благодаря простой замене вращающегося контактного кольца 2, проектироваться для вращающегося контактного кольца 2 с различными материалами. Кроме того, также первое круглое кольцо 11 и второе круглое кольцо 12 могут простым образом заменяться стерильными, упругими формовыми уплотнениями. Таким образом, предоставляется модульная система контактного кольцевого уплотнения, у которой вспомогательные уплотнения на держателе контактного кольца и вращающееся контактное кольцо 2 могут просто заменяться, в зависимости от случая применения, так как они только вставлены в держатель 5 контактного кольца.
На фиг.5 показана система контактного кольцевого уплотнения по второму примеру осуществления изобретения. Во втором примере осуществления, в отличие от первого примера осуществления, первый и второй вспомогательный уплотнительный элемент на держателе 5 контактного кольца выполнены не в виде круглых колец, а в виде первого упругого формового кольца 13 и второго упругого формового кольца 14. Упругое формовое кольцо 13 расположено в держателе контактного кольца в первом кольцевом пазу 51, а второе упругое формовое кольцо 14 расположено в держателе контактного кольца во втором кольцевом пазу 52. Благодаря применению упругих формовых колец все области поперечного сечения первого и второго кольцевого паза 51, 52 могут заполняться упругим материалом формовых колец. Кроме того, на неподвижном контактном кольце 3 расположено также третье упругое формовое кольцо 25. Втулка 7 расположена на уступе вала и может зажиматься на валу или фиксироваться дополнительным кольцом 102 и сплющенным круглым кольцом 103. Благодаря этому система 1 контактного кольцевого уплотнения второго примера осуществления пригодна для стерильных случаев применения, например, в фармацевтической промышленности или в пищевой промышленности.
Таким образом, в соответствии с изобретением может предоставляться экономичная модульная система контактного кольцевого уплотнения, которая имеет общий держатель 5 контактного кольца, общую втулку 7, общий пружинный элемент 8 и общий захватный элемент. Так как захватный элемент 6 и вращающееся контактное кольцо 2 только вставлены в держатель 5 контактного кольца, может также особенно простым и экономичным образом осуществляться монтаж без опасности повреждения вращающегося контактного кольца при монтаже, как это возможно, например, при процессе термической усадки для фиксации вращающегося контактного кольца в уровне техники.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Система контактного кольцевого уплотнения
2 Вращающееся контактное кольцо
3 Неподвижное контактное кольцо
4 Уплотнительный зазор
5 Держатель контактного кольца
6 Захватный элемент
7 Втулка
8 Пружинный элемент
10 Контактное кольцевое уплотнение
11 Первое круглое кольцо
12 Второе круглое кольцо
13 Первое упругое формовое кольцо
14 Второе упругое формовое кольцо
15 Третье круглое кольцо
16 Четвертое круглое кольцо
17 Пятое круглое кольцо
18 Сторона продукта
19 Сторона атмосферы
20 Первый вырез во вращающемся контактном кольце
25 Третье упругое формовое кольцо
30 Корпус
50 Второй вырез в держателе контактного кольца
51 Первый кольцевой паз
52 Второй кольцевой паз
53 Область передачи вращающего момента
60 Цилиндрическая основная часть
61 Четырехугольная область контакта
62 Фаска
70 Паз
100 Вал
101 Резьбовая шпилька
102 Дополнительное кольцо
103 Сплющенное круглое кольцо
X-X Осевое направление.