DE102022102518B3

DE102022102518B3 - Gleitringdichtungsanordnung

Info

Publication number: DE102022102518B3
Application number: DE102022102518.7A
Authority: DE
Inventors: Felix Meier; Andreas Tatus; Rolf Johannes; Robert Woppowa
Original assignee: EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Current assignee: EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2022-02-03
Filing date: 2022-02-03
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2042-02-04
Also published as: WO2023147966A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Gleitringdichtungsanordnung, umfassend eine Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (3) und einem stationären Gleitring (4), welche zwischen ihren Gleitflächen (3a, 4a) einen Dichtspalt (5) definieren, um einen Produktbereich (10) von einem Atmosphärenbereich (11) abzudichten, einen Gleitringträger (40) für den stationären Gleitring (4), ein Vorspannelement (6), um den stationären Gleitring (4) in Axialrichtung (X-X) vorzuspannen, ein ringscheibenförmiges Dichtelement (7; 17), welches zwischen einem Gehäusebauteil (8) und dem Gleitringträger (40) des stationären Gleitrings (4) abdichtet, wobei das ringscheibenförmige Dichtelement (7; 17) einen inneren Endbereich (71; 171), einen äußeren Endbereich (72; 172) und einen den inneren mit dem äußeren Endbereich verbindenden Zwischenbereich (70; 170) aufweist, und wobei der innere Endbereich und der äußere Endbereich in Axialrichtung (X-X) der Gleitringdichtungsanordnung um einen Abstand (A) versetzt zueinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung mit einem zusätzlichen ringscheibenförmigen Dichtelement und einem in Axialrichtung vorgespannten stationären Gleitring, wobei das Vorspannelement außerhalb des abzudichtenden Produktbereichs angeordnet ist.
Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Im Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung kann dabei an den Dichtflächen am Dichtspalt ein Verschleiß auftreten. Um eine Leckage hier nicht übermäßig groß werden zu lassen, ist üblicherweise wenigstens einer der Gleitringe in Axialrichtung vorgespannt. Ein Problemkreis hierbei kann in Abhängigkeit des Einsatzzweckes und eines Verschmutzungsgrades des abzudichtenden Mediums darin liegen, dass die Vorspannelemente aufgrund von Anlagerungen durch die Verschmutzung in ihrer Vorspannfunktion beeinträchtigt sind. Dies trifft insbesondere auf Federelemente und Faltenbälge zu. Hierbei ist es bekannt, dass vorgespannte Faltenbälge verwendet werden, welche neben der Vorspannwirkung auch eine Abdichtung ermöglichen. Aber auch bei einer Verwendung eines Faltenbalges können sich Verschmutzungen in den Zwischenräumen der Balgelemente ansammeln und die Funktion des Faltenbalges über die Zeit beeinträchtigen.
Ferner ist aus der DE 12 51 659 A eine Dichtung zur Abdichtung eines Lagers bekannt, bei der ein mit Ringrillen versehender Metallring eine aus Kork bestehende ringförmige Dichtung U-förmig umklammert. Die DE 12 94 122 A zeigt ferner eine Gleitringdichtung mit einer elastischen Membran, die mittels einer Verschraubung an einem Gehäuse einerseits und an einem Gleitringträger andererseits befestigt ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche auch bei Abdichtungsaufgaben von verschmutzten Produkten/Medien bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine sichere Abdichtung und ein sicheres axiales Nachsetzen einer Gleitringdichtung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass ein axiales Nachsetzen der Gleitringdichtung problemlos möglich ist. Hierbei kann die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung auch bei verschmutzten Medien und insbesondere auch bei hohen Drücken im Bereich von 100 bis 200 × 10⁵ Pa problemlos verwendet werden. Dabei muss kein Faltenbalg oder dgl. vorgesehen werden, was derartige Gleitringdichtungsanordnungen signifikant verbilligt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Gleitringdichtungsanordnung eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden und einem stationären Gleitring umfasst. Zwischen Gleitflächen des rotierenden und stationären Gleitrings ist ein Dichtspalt definiert, um einen Produktbereich von einem Atmosphärenbereich abzudichten. Ferner ist ein Gleitringträger für den stationären Gleitring vorgesehen, welcher den stationären Gleitring hält. Ein Vorspannelement für den stationären Gleitring ermöglicht ein axiales Nachsetzen der Gleitringdichtung. Die Gleitringdichtungsanordnung umfasst ferner ein ringscheibenförmiges Dichtelement, welches zwischen einem Gehäusebauteil und dem Gleitringträger abdichtet. Das ringscheibenförmige Dichtelement weist einen inneren Endbereich, einen äußeren Endbereich und einen Zwischenbereich auf, welcher den inneren mit dem äußeren Endbereich verbindet. Dabei ist das Dichtelement derart ausgebildet, dass der innere Endbereich in Axialrichtung der Gleitringdichtungsanordnung um einen Abstand A versetzt zum äußeren Endbereich angeordnet ist. Durch die versetzte Anordnung des inneren zum äußeren Endbereichs kann eine nachsetzende Axialbewegung des stationären Gleitrings deutlich verbessert werden. Die erfindungsgemäße Lösung für das Dichtelement kann somit einen teuren Faltenbalg ersetzen. Dabei ergibt sich zusätzlich ein weiterer Vorteil dahingehend, dass eine axiale Baulänge der Gleitringdichtung durch das ringscheibenförmige Dichtelement signifikant reduziert werden kann.
Ferner weist das ringscheibenförmige Dichtelement eine Beschichtung an einer vom Produktbereich abgewandten Seite des Dichtelements auf. Ein Material der Beschichtung weist dabei eine größere Steifigkeit auf als ein Material des Dichtelements. Dabei ist die Beschichtung am Dichtelement nur teilweise an der vom Produktbereich abgewandten Seite, insbesondere in dem mittleren Bereich des Dichtelements, vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, dass das Dichtelement trotz der versteifenden Beschichtung immer noch eine ausreichende Elastizität aufweist, um Bewegungen von Bauteilen der Gleitringdichtungsanordnung, insbesondere des stationären Gleitrings und des stationären Gleitringträgers, folgen zu können und entsprechende Ausgleichsbewegungen durchführen zu können.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Besonders bevorzugt ist der Zwischenbereich zwischen dem inneren Endbereich und dem äußeren Endbereich geradlinig ausgebildet. Dadurch weist das Dichtelement im Zwischenbereich eine konische Form auf.
Ein Winkel zwischen dem Zwischenbereich und einer Mittelachse der Gleitringdichtungsanordnung liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 30° bis 88°, insbesondere 60° bis 85°, und beträgt besonders bevorzugt 70°.
Weiter bevorzugt liegt der Zwischenbereich des Dichtelements an einem bogenförmig ausgebildeten Bauteil-Abschnitt an. Dadurch wird eine axiale Beweglichkeit der Gleitringdichtungsanordnung weiter verbessert.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenbereich zwischen dem inneren und äußeren Endbereich bogenförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt liegt der Zwischenbereich dabei an einem bogenförmig ausgebildeten Bauteilabschnitt an. Dadurch erfährt der bogenförmige Zwischenbereich eine Abstützung am bogenförmig ausgebildeten Bauteilabschnitt, was insbesondere eine lange Lebensdauer des Dichtelements ermöglicht. Der bogenförmige Zwischenbereich ist vorzugsweise ein 90°-Bogen.
Bevorzugt ist das Vorspannelement im Atmosphärenbereich angeordnet. Dadurch ist sichergestellt, dass das Vorspannelement nicht durch möglicherweise im abdichtenden Produkt enthaltenen Verschmutzungen verunreinigt wird und möglicherweise in seiner Funktion für das axiale Nachsetzen beeinträchtigt wird.
Vorzugsweise ist der Abstand des inneren und äußeren Endbereichs in Axialrichtung zueinander in einem Bereich von 0,25 bis 6,0 mal, insbesondere 2,0 mal, einer Dicke des Dichtelements. Dadurch wird sichergestellt, dass der axiale Abstand zwischen den Endbereichen nicht zu groß wird, was zu einer unnötig großen Belastung des Dichtelements führen kann. Das Dichtelement weist dabei vorzugsweise eine konstante Dicke auf, insbesondere in einem Bereich von 1,5 mm bis 3 mm.
Besonders bevorzugt sind der erste und zweite Endbereich parallel zueinander angeordnet. Dadurch wird eine einfache Fixierung des Dichtelements möglich.
Das Dichtelement ist vorzugsweise kraftschlüssig am inneren und äußeren Endbereich fixiert, insbesondere mittels einer Klemmung.
Besonders bevorzugt ist der innere Endbereich zwischen dem Gleitringträger und einer ersten Klemmhülse geklemmt. Weiter bevorzugt ist der äußere Endbereich zwischen dem Gehäusebauteil und einer zweiten Klemmhülse geklemmt. Die erste Klemmhülse ist besonders bevorzugt am Gleitringträger des stationären Gleitrings fixiert, insbesondere mittels einer Schraubverbindung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der innere Endbereich in Axialrichtung der Gleitringdichtungsanordnung näher am Dichtspalt zwischen den Gleitringen angeordnet als der äußere Endbereich. Dadurch kann eine axiale Baulänge der Gleitringdichtungsanordnung weiter reduziert werden.
Besonders bevorzugt ist das Dichtelement aus einem Elastomer hergestellt, vorzugsweise einem Fluorelastomer. Weiter bevorzugt weist das Dichtelement eine Beschichtung auf, vorzugsweise eine DLC-Beschichtung.
Um Toträume am Dichtelement zu vermeiden, ist der innere Endbereich und/oder der äußere Endbereich vorzugsweise vollständig, d.h., über seine gesamte radiale Erstreckung, eingespannt.
Weiter bevorzugt weisen der innere und der äußere Endbereich in Radialrichtung der Gleitringdichtung eine gleiche Länge auf.
Um möglichst keinen Raum für eine Anlage von Verschmutzungen zu bieten, ist vorzugsweise zwischen dem Gleitringträger des stationären Gleitrings und der zweiten Klemmhülse ein Ringraum ausgebildet, welcher durch einen Teil des zweiten Endbereichs des Dichtelements und dem Zwischenbereich des Dichtelements begrenzt ist.
Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung wird vorzugsweise bei Hochdruckanwendungen, insbesondere im Bereich von 100 bis 200 × 10⁵ Pa angewandt. Vorzugsweise dichtet die Gleitringdichtung dabei verschmutzte Medien, beispielsweise Schmutzwasser oder Pulpe oder dgl. ab.
Das Dichtelement ist vorzugsweise aus einem elastomeren Kunststoff hergestellt und die Beschichtung vorzugsweise eine steife Beschichtung aus PEEK oder PAI (Polyamidimid).
Die Beschichtung weist vorzugsweise eine Schichtdicke in einem Bereich vom 10 µm bis 50 µm, vorzugsweise 20 µm bis 40 µm, und insbesondere ca. 30 µm, auf. Durch die größere Materialsteifigkeit der Beschichtung im Vergleich mit dem Dichtelement kann eine Extrusion von Material des Dichtelements in einem Extrusionsspalt, welcher an der produktabgewandten Seite des Dichtelements vorhanden ist, vermieden werden.
Vorzugsweise ist dabei der gesamte Zwischenbereich des ringscheibenförmigen Dichtelements mit der Beschichtung versehen. Weiter bevorzugt ist die Beschichtung sowohl am Zwischenbereich des Dichtelements als auch über den ersten und zweiten Übergangsbereich vorgesehen. Hierdurch wird ein zusätzlicher Schutz des Dichtelements an den Übergangsbereichen erreicht. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn an den Übergangsbereichen zwischen dem Zwischenbereich und dem inneren und äußeren Endbereich des Dichtelements Kanten ausgebildet sind, an denen im Betrieb leicht Beschädigungen auftreten könnten.
Weiter bevorzugt sind am inneren und/oder äußeren Endbereich des Dichtelements in Axialrichtung der Gleitringdichtungsanordnung vorstehende Formschlussbereiche für eine formschlüssige Verbindung vorgesehen. Dies stellt eine weitere zusätzliche Maßnahme gegenüber einer Extrusion des Dichtelements in einen Extrusionsspalt dar, da verhindert wird, dass im Betrieb der Gleitringdichtung der innere und/oder äußere Endbereich aus den Fixierbereichen, an welchen der innere und äußere Endbereich fixiert ist, herausgezogen werden kann, und Material des Dichtelements in den Extrusionsspalt gezogen wird. Die Formschlussbereiche sind vorzugsweise im Schnitt T-förmig ausgebildet. Alternativ sind die Formschlussbereiche wulstartig oder im Schnitt teilkreisförmig ausgebildet.
Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner einen Stützring, welcher am Gehäusebauteil benachbart zum Dichtelement angeordnet ist. Der
Stützring ist dabei an der produktabgewandten Seite des Dichtelements angeordnet. Am Stützring ist bevorzugt ein Extrusionsspalt definiert, wobei der Extrusionsspalt am Stützring kleiner ist als ein Spalt an einem Führungsbereich am Gehäusebauteil, welcher Axialbewegungen des stationären Gleitrings und des stationären Gleitringträgers führt. Der Stützring weist vorzugsweise eine Breite in einem Bereich von 2 mm bis 4 mm auf.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht der Gleitringdichtungsanordnung von 1,
3 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine schematische Teil-Schnittansicht der Gleitringdichtungsanordnung von 3,
5 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
6 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht der Gleitringdichtungsanordnung von 5.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Gleitringdichtung 2 mit einem rotierenden Gleitring 3 und einem stationären Gleitring 4. Der rotierende Gleitring 3 weist eine erste Gleitfläche 3a auf und der stationäre Gleitring 4 weist eine zweite Gleitfläche 4a auf. Zwischen den beiden Gleitflächen 3a, 4a ist ein Dichtspalt 5 definiert.
Die Gleitringdichtung 2 dichtet dabei einen Produktbereich 10 von einem Atmosphärenbereich 11 ab. Der Produktbereich 10 umfasst abzudichtende Medien/Produkte, welche unter einem hohen Druck von bis zu 200 × 10⁵ Pa stehen können. Dabei ist es auch möglich, dass Verschmutzungen im Produkt vorhanden sind, d.h., Feststoff-Partikel oder ähnliches.
Der rotierende Gleitring 3 ist mittels eines Gleitringträgers 30 an einer rotierenden Hülse 31 in drehfester Weise angeordnet, so dass sich der rotierende Gleitring 3 gemeinsam mit der rotierenden Hülse 31 dreht. Die rotierende Hülse 31 ist ihrerseits an einer sich drehenden Welle 9 fixiert.
Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner ein Vorspannelement 6, welches den stationären Gleitring 4 in Axialrichtung X-X der Gleitringdichtungsanordnung mit einer Vorspannkraft F vorspannt.
Der stationäre Gleitring 4 ist dabei an einem Gehäusebauteil 8 angeordnet. Hierbei ist eine Gleitringträgeranordnung mit einem Gleitringträger 40 für den stationären Gleitring 4 und einer ersten Klemmhülse 13 vorgesehen, wobei die Klemmhülse 13 mit einem Schraubbolzen 15 mit dem Gleitringträger 40 fest verbunden ist.
Damit der stationäre Gleitring 4 in Axialrichtung X-X beweglich ist, ist ein Spalt 18 zwischen der Gleitringträgeranordnung und dem Gehäuseteil 8 vorgesehen. Damit kein Produkt aus dem Produktbereich 10 in den Atmosphärenbereich 11 strömen kann, ist ein ringscheibenförmiges Dichtelement 7 zwischen dem Gehäusebauteil 8 und der Gleitringträgeranordnung in abdichtender Weise vorgesehen. Somit ist der stationäre Gleitring 4 axial beweglich jedoch in abgedichteter Weise mit dem Gehäusebauteil 8 verbunden.
Das Dichtelement 7 ist im Detail aus 2 ersichtlich. Das Dichtelement 7 ist ringscheibenförmig ausgebildet und umfasst einen inneren Endbereich 71, einen äußeren Endbereich 72 und einen Zwischenbereich 70. Der Zwischenbereich 70 verbindet den inneren mit dem äußeren Endbereich.
Der innere Endbereich 71 ist dabei um einen Abstand A in Axialrichtung versetzt zum äußeren Endbereich 72 angeordnet (vgl. 2), gemessen jeweils von einer Mitte der Endbereiche. Der Zwischenbereich 70 ist geradlinig vorgesehen und aufgrund der versetzten Anordnung der Endbereiche 71, 72 bildet der Zwischenbereich 70 somit einen konischen Bereich.
Das Dichtelement 7 ist kraftschlüssig mit dem Gleitringträger 40 und dem Gehäusebauteil 8 verbunden. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der innere Endbereich 71 zwischen der ersten Klemmhülse 13 und dem Gleitringträger 40 eingeklemmt. Der äußere Endbereich 72 ist zwischen einer zweiten Klemmhülse 14 und dem Gehäusebauteil 8 eingeklemmt. Die erste Klemmhülse 13 ist dabei mittels des Schraubbolzens 15 mit dem Gleitringträger 40 verbunden und die zweite Klemmhülse 14 ist mittels eines Schraubbolzens 16 mit dem Gehäusebauteil 8 verbunden.
Somit weist das Dichtelement 7 zwei in Radialrichtung gerichtete Endbereiche 71, 72 und einen diese Endbereiche verbindenden Zwischenbereich 70 auf. Das Dichtelement 7 ist aus einem Elastomermaterial hergestellt und in die die drei Bereiche umfassende Form vorgeformt. 2 zeigt den unbelasteten Zustand des Dichtelements 7. Der innere und äußere Endbereich 71, 72 ist dabei parallel zueinander vorgesehen.
Der innere Endbereich 71 weist eine erste Dicke B1 auf. Der äußere Endbereich weist eine zweite Dicke B2 auf, welche gleich der ersten Dicke B1 ist. Ferner weist der Zwischenbereich 70 eine dritte Dicke B3 auf, welche gleich wie die erste und zweite Dicke B1, B2 ist.
Die Neigung des Zwischenbereichs 70 ist dabei in einem Winkel α von ca. 80° zur Mittelachse der Gleitringdichtungsanordnung vorgesehen.
Wie weiter aus 2 ersichtlich ist, ist der innere Endbereich 71 vollständig zwischen dem Gleitringträger 40 und der ersten Klemmhülse 13 eingeklemmt. Um bei einer Axialbewegung dieser Einheit eine übermäßige Dehnung bzw. Beschädigung an einem ersten Übergangsbereich 73 zwischen dem inneren Endbereich 71 und dem Zwischenbereich 70 zu vermeiden, ist an der ersten Klemmhülse 13 ein bogenförmig ausgebildeter Abschnitt 13a vorgesehen.
Der äußere Endbereich 72 ist nicht in seiner gesamten Radiallänge zwischen dem Gehäusebauteil 8 und der zweiten Klemmhülse 14 eingeklemmt, so dass an einem zweiten Übergangsbereich 74 zwischen dem äußeren Endbereich 72 und dem Zwischenbereich 70 keine besonderen Maßnahmen vorgesehen werden müssen, um bei einer Axialbewegung eine Beschädigung des Dichtelements 7 zu verhindern.
Das Dichtelement 7 weist somit eine konstante Dicke auf und ist kraftschlüssig am Gleitringträger 40 und am Gehäusebauteil 8 fixiert.
Das Dichtelement 7 ist besonders bevorzugt ein Fluorelastomer und weist weiter bevorzugt eine Beschichtung, insbesondere eine DLC-Beschichtung, an einer vom Produktbereich 10 abgewandten Seite auf.
Weiterhin ist der Aufbau des Dichtelements 7 derart, dass eine erste Radiallänge L1 des inneren Endbereichs 71 gleich ist wie eine zweite Radiallänge L2 des äußeren Endbereichs 72.
Wie schon erwähnt wurde, kann das abzudichtende Produkt verschmutzt sein. Um eine Verschmutzung am Dichtelement 7 zu vermeiden, ist im Produktbereich 10 an der zum Produktbereich gerichteten Seite des Dichtelements 7 ein Ringraum 19 vorgesehen, welcher eine gewisse Größe aufweist. Der Ringraum 19 ist zwischen dem Gleitringträger 40 und der zweiten Klemmhülse 14 definiert und durch das Dichtelement 7 begrenzt. Insbesondere ist hier kein Spalt vorgesehen, an welchem sich Schmutzpartikel oder dgl. ansammeln könnten. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die axiale Bewegbarkeit des stationären Gleitrings 4 auch bei einem verschmutzten Produkt gewährleistet ist, da der Ringraum 19 gut durch das Produkt selbst immer wieder gespült werden kann.
Der Einspannbereich am inneren Endbereich 71 liegt, wie aus 1 ersichtlich ist, innerhalb eines hydraulischen Durchmessers D, welcher in diesem Ausführungsbeispiel auf Höhe des ersten Übergangsbereichs 73 liegt.
Durch die radiale Ausrichtung des inneren und des äußeren Endbereichs 71, 72 ergeben sich für Schmutzpartikel ebenfalls keine Möglichkeiten einer Anhaftung, so dass die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung sehr verschmutzungsresistent ist.
Ein Axialversatz der Gleitringdichtung beträgt erfahrungsgemäß aus der in 1 und 2 gezeigten Ausgangsposition ± 1,5 mm. Der mögliche Axialversatz beruht im Wesentlichen auf axialen Bewegungen der Welle 9, welche im Betrieb der abzudichtenden Maschine, z.B. einer Pumpe, auftreten können. Am Gehäusebauteil 8 ist ein Führungsbereich 80 vorgesehen, so dass die Gleitringträgeranordnung durch den Außenumfang der ersten Klemmhülse 13 in Axialrichtung geführt ist.
Zur Vermeidung von Extrusion in den Spalt 18 ist ferner ein Stützring 12 vorgesehen, welcher als Extrusionsschutz dient. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der Spalt 18 zwischen dem Stützring 12 und dem Führungsbereich 80 sowie der ersten Klemmhülse 13 sehr klein. Durch die Ausgestaltung des Dichtelements 7 weist das Dichtelement 7 relativ steife Eigenschaften auf, so dass eine Extrusion im Betrieb in den Spalt 18 vermieden werden kann.
Das Dichtelement 7 ist dabei derart ausgebildet, dass der Abstand A ein Maß aufweist, welches zwischen 0,25 bis 1,5 mal einer Dicke des Dichtelements 7 liegt. Dadurch wird eine hohe Steifigkeit des Dichtelements 7 sichergestellt.
Somit kann erfindungsgemäß eine Gleitringdichtungsanordnung 1 bereitgestellt werden, welche keinen Faltenbalg zur Abdichtung eines axialbeweglichen stationären Gleitrings 4 benötigt. Dadurch kann die Gleitringdichtungsanordnung 1 in Axialrichtung sehr kleinbauend ausgelegt werden. Ferner wird durch das erfindungsgemäße Dichtelement 7 eine deutliche Kostenreduktion im Vergleich mit Anwendungen mit Faltenbalg erreicht. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Anordnung mit dem Dichtelement 7 extrusionssicher, so dass auch bei hohen Drücken zwischen 100 und 200 × 10⁵ Pa eine Extrusion des Dichtelements in den Spalt 18, wie dies üblicherweise bei sonst verwendeten O-Ringen oder dgl. vorkommt, verhindert werden kann.
Die 3 und 4 zeigen eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel das Dichtelement 17 beim zweiten Ausführungsbeispiel unterschiedlich ausgebildet ist. Das Dichtelement 17 umfasst, wie insbesondere aus den 3 und 4 ersichtlich ist, einen inneren Endbereich 171, einen äußeren Endbereich 172 und einen bogenförmigen Zwischenbereich 170. Dabei ist eine Erstreckung des äußeren Endbereichs 172 in Radialrichtung deutlich größer als die Erstreckung des inneren Endbereichs 171 in Radialrichtung. Der bogenförmige Zwischenbereich 170 legt sich dabei an den bogenförmigen ausgebildeten Abschnitt 13a der ersten Klemmhülse 13 an (vgl. 4). Somit weist das Dichtelement 17 des zweiten Ausführungsbeispiels zwei parallel zueinander ausgerichtete Endbereiche 171, 172 und einen bogenförmigen Zwischenbereich 170 auf. Eine radiale Ausdehnung des bogenförmigen Zwischenbereichs 170 ist dabei sehr klein gewähnt, insbesondere im Vergleich mit dem Zwischenbereich 70 des ersten Ausführungsbeispiels. Dadurch wird erreicht, dass eine Steifigkeit des Dichtelements 17 des zweiten Ausführungsbeispiels relativ hoch ist. Die Dicken B1, B2, B3 der drei Bereiche des Dichtelements 17 sind dabei wieder gleich gewählt. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Die 5 und 6 zeigen eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel das Dichtelement 7 am inneren und äußeren Endbereich 71, 72 spezielle geometrische Ausgestaltungen für einen sicheren Formschluss des inneren und äußeren Endbereichs aufweist. Genauer, wie insbesondere aus 6 ersichtlich ist, weist der innere Endbereich 71 einen ersten Formschlussbereich 71a und der äußere Endbereich 72 weist einen zweiten Formschlussbereich 72a auf. Die beiden Formschlussbereiche 71a, 72a sind im Schnitt T-förmig ausgebildet. Dadurch wird das Dichtelement 7 besonders sicher am inneren und äußeren Endbereich 71, 72 gehalten. Insbesondere kann dabei im Betrieb eine Extrusion in den Spalt 18 verhindert werden.
Wie aus 6 ersichtlich ist, ist der Spalt 18 zwischen einem Stützring 12 und der ersten Klemmhülse 13 ausgebildet. Eine Spalthöhe des Spalts 18 ist dabei kleiner als eine Spalthöhe 21 zwischen einem Führungsbereich 80 und der ersten Klemmhülse 13.
An einer vom Produktbereich 10 abgewandten Seite 7a des Dichtelements 7 ist ferner eine Beschichtung 20 vorgesehen. Die Beschichtung 20 ist aus einem Material hergestellt, welches eine höhere Steifigkeit aufweist, als das Material des Dichtelements 7. Das Dichtelement 7 ist beispielsweise ein Elastomerkunststoff und die Beschichtung 20 ist ein steifer Kunststoff wie PEEK oder PAI. Eine Dicke der Beschichtung ist dabei im Verhältnis zur Dicke des Dichtelements 7 sehr klein und liegt in einem Bereich von 10 µm bis 50 µm.
Wie weiter aus 6 ersichtlich ist, erstreckt sich die Beschichtung 20 nicht über die gesamte produktabgewandte Seite des Dichtelements 7, sondern nur über den Zwischenbereich 70, welcher vollständig beschichtet ist, und den ersten Übergangsbereich 73 und den zweiten Übergangsbereich 74. Die Beschichtung der beiden Übergangsbereiche 73, 74 hat den Vorteil, dass im Betrieb eine übermäßige Abnutzung aufgrund von Axialbewegungen des Dichtelements im Bereich der Anlageflächen des Dichtelements an der ersten Klemmhülse 13 oder dem Gehäusebauteil 8 vermieden werden kann. Es sei angemerkt, dass in 6 die Beschichtung 20 nicht maßstabsgetreu eingezeichnet ist, sondern zur besseren Verdeutlichung etwas dicker gezeichnet ist.
Die Beschichtung 20 versteift somit das Dichtelement 7 insbesondere im Zwischenbereich 70, so dass einerseits ein etwas steiferes Verhalten des Dichtelements 70 bei Axialbewegungen der Gleitringdichtungsanordnung erhalten wird und andererseits insbesondere eine Extrusion von Material des Dichtelements 7 in den Spalt 18 vermieden werden kann. Zusätzlich verhindern auch die Formschlussbereiche 71a, 72a eine Extrusion in den Spalt 18. Insbesondere in Kombination mit dem sehr klein gewählten Spalt 18 kann durch Kombination dieser beiden Maßnahmen eine Extrusion von Material des Dichtelements 7 in den Spalt 18 verhindert werden. Zusätzlich sind der innere und äußere Endbereich 71, 72 noch durch die Klemmverbindungen kraftschlüssig mittels der ersten und zweiten Klemmhülse 13, 14 gehalten. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Gleitringdichtungsanordnung
2: Gleitringdichtung
3: rotierender Gleitring
3a: Gleitfläche des rotierenden Gleitrings
4: stationärer Gleitring
4a: Gleitfläche des stationären Gleitrings
5: Dichtspalt
6: Vorspannelement
7: ringscheibenförmiges Dichtelement
7a: produktabgewandte Seite
8: Gehäusebauteil
9: Welle
10: Produktbereich
11: Atmosphärenbereich
12: Stützring
13: erste Klemmhülse
13a: bogenförmig ausgebildeter Abschnitt
14: zweite Klemmhülse
15: Schraubbolzen
16: Schraubbolzen
17: ringscheibenförmiges Dichtelement
18: Spalt
19: Ringraum
20: Beschichtung
21: Spalthöhe
30: Gleitringträger des rotierenden Gleitrings
31: rotierende Hülse
40: Gleitringträger des stationären Gleitrings
70: Zwischenbereich
71: innerer Endbereich
71a: erster Formschlussbereich
72: äußerer Endbereich
72a: zweiter Formschlussbereich
73: erster Übergangsbereich
74: zweiter Übergangsbereich
80: Führungsbereich
170: bogenförmiger Zwischenbereich
171: innerer Endbereich
172: äußerer Endbereich
A: axialer Abstand der Endbereiche des Dichtelements
B1: erste Dicke
B2: zweite Dicke
B3: dritte Dicke
D: hydraulischer Durchmesser
F: Vorspannkraft
L1: erste Länge in Radialrichtung
L2: zweite Länge in Radialrichtung
X-X: Axialrichtung
α: Winkel zur Mittelachse

Claims

Gleitringdichtungsanordnung, umfassend - eine Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (3) und einem stationären Gleitring (4), welche zwischen ihren Gleitflächen (3a, 4a) einen Dichtspalt (5) definieren, um einen Produktbereich (10) von einem Atmosphärenbereich (11) abzudichten, - einen Gleitringträger (40) für den stationären Gleitring (4), - ein Vorspannelement (6), um den stationären Gleitring (4) in Axialrichtung (X-X) vorzuspannen, und - ein ringscheibenförmiges Dichtelement (7; 17), welches zwischen einem Gehäusebauteil (8) und dem Gleitringträger (40) des stationären Gleitrings (4) abdichtet, - wobei das ringscheibenförmige Dichtelement (7; 17) einen inneren Endbereich (71; 171), einen äußeren Endbereich (72; 172) und einen den inneren mit dem äußeren Endbereich (71; 171; 72; 172) verbindenden Zwischenbereich (70; 170) aufweist, - wobei der innere Endbereich (71; 171) und der äußere Endbereich (72; 172) in Axialrichtung (X-X) der Gleitringdichtungsanordnung um einen Abstand (A) versetzt zueinander angeordnet sind, - wobei das ringscheibenförmige Dichtelement (7) eine Beschichtung (20) an einer vom Produktbereich (10) abgewandten Seite (7a) aufweist, wobei ein Material der Beschichtung (20) eine größere Steifigkeit aufweist, als ein Material des Dichtelements (7), und - wobei die Beschichtung (20) nur teilweise an der vom Produktbereich (10) abgewandten Seite (7a) ausgebildet ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Zwischenbereich (70) geradlinig ausgebildet ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 2, wobei der Zwischenbereich (70) in einem Winkel (α) in einem Bereich von 30° bis 88° zu einer Mittelachse der Gleitringdichtungsanordnung angeordnet ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Zwischenbereich (170) bogenförmig ausgebildet ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 4, wobei der bogenförmige Zwischenbereich (170) als 90°-Bogen ausgebildet ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Zwischenbereich (70; 170) an einem bogenförmig ausgebildeten Bauteilabschnitt (13a) anliegt.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Vorspannelement (6) im Atmosphärenbereich (11) angeordnet ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand (A) zwischen 0,25 bis 6,0 mal einer Dicke des Dichtelements (7; 17) entspricht.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dichtelement (7; 17) eine konstante Dicke aufweist, und/oder wobei das Dichtelement (7; 17) aus einem Elastomer hergestellt ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der innere Endbereich (71; 171) und der äußere Endbereich (72; 172) parallel zueinander in Radialrichtung ausgerichtet sind.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der innere Endbereich (71; 171) zwischen dem Gleitringträger (40) und einer ersten Klemmhülse (13) geklemmt ist und/oder wobei der äußere Endbereich (72; 172) zwischen dem Gehäusebauteil (8) und einer zweiten Klemmhülse (14) geklemmt ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der innere Endbereich (71; 171) in Axialrichtung (X-X) näher am Dichtspalt (5) angeordnet ist als der äußere Endbereich (72; 172).
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der innere Endbereich (71; 171) vollständig geklemmt ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der innere Endbereich (71; 171) und der äußere Endbereich (72; 172) in Radialrichtung eine gleiche Länge (L1, L2) aufweisen.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei zwischen dem Gleitringträger (40) des stationären Gleitrings und der zweiten Klemmhülse (14) ein Ringraum (19) ausgebildet ist, welcher durch einen Teil des zweiten Endbereichs (72; 172) des Dichtelements (7; 17) und dem Zwischenbereich (70; 170) begrenzt ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (20) den Zwischenbereich (70) vollständig überdeckt und/oder wobei die Beschichtung (20) den Zwischenbereich (70) und den ersten Übergangsbereich (73) und den zweiten Übergangsbereich (74) überdeckt.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am inneren Endbereich (71) und/oder am äußeren Endbereich (72) des Dichtelements in Axialrichtung (X-X) vorstehende Formschlussbereiche (71a, 72a) für eine formschlüssige Verbindung des Dichtelements (7) ausgebildet sind.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Gehäusebauteil (8) benachbart zum Dichtelement ein Stützring (12) angeordnet ist, an dem ein Spalt (18) ausgebildet ist.