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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 sowie eine Balgdichtung und die Verwendung der Balgdichtung
für eine
derartige Gleitringdichtungsanordnung.
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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.
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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.
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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.
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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 der Gleitfläche,
zu hoher Leckage bis hin zum Totalausfall der Gleitringdichtung
führen
kann.
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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.
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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.
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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.
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Die
erfindungsgemäße Balgdichtung
kann eine Hitzebeständigkeit
von bis zu 260°C,
bei speziellen Typen bis über
300°C 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, aromatischen und chlorierten Kohlenwasserstoffen,
organischen und anorganischen Säuren
und Basen, Dampf, Chlor, Sauergas (Gemisch aus H2S, H2O, CO2 und CH4), Skydrol 500 usw.
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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.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
So besteht die erfindungsgemäße Balgdichtung
aus perfluorelastomerhaltigem 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.
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Darüber hinaus
wird die Balgdichtung bevorzugt aus FFKM perfluoriertem Kautschuk
hergestellt, bei welchem alle Substituenten der Polymerkette Fluor,
Perfluoralkyl- oder
Perfluoralkoxy-Gruppen sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind neben dem Kautschuk für die Balgdichtung Füllstoffe
vorgesehen, welche insbesondere perfluorierte Weichmacheröle umfassen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind neben dem Kautschuk für die Balgdichtung Vulkanisierungsmittel
vorgesehen, insbesondere Bisphenol AF oder Peroxid mit Coagens.
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Die
erfindungsgemäße Balgdichtung
weist zumindest einen Balgbereich und endseitige 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
perfluorelastomerhaltigen 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.
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Im
folgenden wird nun die vorliegende Erfindung rein beispielhaft gemäß einer
Ausführungsform und
den beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
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1 zeigt
im Längshalbschnitt
einen rotationssymmetrischen Teil der Gleitringdichtungsanordnung
gemäß der Erfindung
im Einbauzustand; und
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2 zeigt
in einer vergrößerten längsgeschnittenen
Detailansicht den rotierenden Teil der Gleitringdichtungsanordnung
von 1.
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Die
Gleitringdichtungsanordnung nach der Erfindung trägt in 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.
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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.
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Nachfolgend
wird auf 2 Bezug genommen, die den rotierenden
Teil der Gleitringdichtungsanordnung in vergrößertem Maßstab zeigt. Dieser umfasst
eine Balganordnung in Form einer Balgdichtung 6, welche
im wesentlichen aus einem perfluorelastomerhaltigen Material und/oder
aus FFKM perfluoriertem Kautschuk nach DIN ISO 1629 aufgebaut ist.
Insbesondere besteht 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, 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 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.
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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 2 gezeigt ist, der Montagebereich 8 der
Balgdichtung 6 sandwichartig zwischen der 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.
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Wenn
erwünscht,
könnte
anstelle einer kraftschlüssigen
Verbindung unter den genannten Bauteilen auch eine feste Verbindung,
z. B. durch Kleben oder dergleichen, vorgesehen sein.
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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.
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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 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 Spreizung der Finger des Kraftübertragungsbereiches 14 entgegenwirken.
Die Wendelfeder 10 hat ferner vorzugsweise, wie 1 zeigt,
eine konische Ausbildung.
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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.
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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.
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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 schädigung
der Balgdichtung 6 eindringen kann. Übermäßige auf die Gleitringdichtungsanordnung
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.
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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.
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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.
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Darüber hinaus
kann die erfindungsgemäße Balgdichtung,
welche aus Perfluorelastomer und/oder perfluoriertem Kautschuk aufgebaut
ist, für Gleitringdichtungsanordnungen
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.
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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 gem 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.