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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mechanische Dichtung mit Endflächenkontakt, die als ein Wellendichtungsmittel in einer Drehvorrichtung installiert wird, beispielsweise verschiedenen Arten von industriellen Pumpen, Gebläsen, Kompressoren, Rührern und dergleichen.
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[Stand der Technik]
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Beispiele herkömmlicher mechanischer Dichtungen, mechanischer Dichtungen mit Endflächenkontakt, sind in den Patentdokumenten 1 bis 4 beschrieben. Diese mechanischen Dichtungen sind dafür bekannt, dass sie so ausgestaltet sind, dass die dichtenden Endflächen, die gegenüberliegende Endflächen eines gehäuseseitigen Dichtringes, der an einem Dichtgehäuse fixiert ist, und eines wellenseitigen Dichtringes sind, der über eine ringförmige Dichtung aus elastischem Material in der axialen Richtung beweglich auf einer Drehwelle gehalten wird, relativ zueinander gedreht werden, wobei sie in Kontakt stehen. Durch diese dichtenden Endflächen wird eine Abschirmdichtung zwischen einem flüssigen Bereich, der entweder der innere Umfangsbereich der dichtenden Endfläche (nachfolgend als „innerer Umfangsbereich“ bezeichnet) oder deren äußerer Umfangsbereich (nachfolgend als „äußerer Umfangsbereich“ bezeichnet) ist und einem Gasbereich erreicht, der an der anderen Seite liegt.
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Was in 1 des Patentdokuments 1 beschrieben ist (nachfolgend als „erste herkömmliche mechanische Dichtung“ bezeichnet), ist insbesondere eine äußere mechanische Dichtung mit Endflächenkontakt, bei der der innere Umfangsbereich ein flüssiger Bereich ist und bei der der äußere Umfangsbereich ein atmosphärischer Bereich (Gasbereich) ist.
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In 1 des Patentdokuments 2 (nachfolgend als „zweite herkömmliche mechanische Dichtung“ bezeichnet) und in 1 des Patentdokuments 3 (nachfolgend als „dritte herkömmliche mechanische Dichtung“ bezeichnet) sind eine innere mechanische Dichtung mit Endflächenkontakt beschrieben, bei denen der äußere Umfangsbereich der flüssige Bereich ist und bei denen der innere Umfangsbereich der atmosphärische Bereich ist.
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In 1 des Patentdokuments 4 (nachfolgend als „vierte herkömmliche mechanische Dichtung“ bezeichnet) ist eine schwimmende ringähnliche mechanische Dichtung mit Endflächenkontakt beschrieben, bei der der gehäuseseitige Dichtring aus einem stationären Ring und einem schwimmenden Ring besteht. Der stationäre Ring ist an einem Dichtungsgehäuse angebracht, und der schwimmende Ring ist mit dem stationären Ring in einem solchen Zustand verbunden, dass eine relative Drehung verhindert wird und er zwischen dem stationären Ring und dem wellenseitigen Dichtring gehalten wird. Die Dichtungsendflächen, die die gegenüberliegenden Endflächen des wellenseitigen Dichtrings und des schwimmenden Rings sind, werden relativ zueinander verdreht, wobei sie in Kontakt miteinander stehen. Dadurch wird eine Abschirmdichtung zwischen dem äußeren Umfangsbereich (dem flüssigen Bereich) und dem inneren Umfangsbereich (dem atmosphärischen Bereich) hergestellt.
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Bei diesen ersten bis vierten herkömmlichen mechanischen Dichtungen ist eine dichtringseitige Dichtfläche, die konzentrisch und parallel zu der wellenseitigen Dichtfläche an der äußeren Umfangsfläche der Drehwelle verläuft, an der inneren Umfangsfläche des wellenseitigen Dichtringes ausgebildet. Die ringförmige Dichtung ist zwischen den beiden Dichtflächen so vorgesehen, dass sie sich relativ dazu in der axialen Richtung bewegen kann. Hierdurch ist es möglich, dass sich der wellenseitige Dichtring in einem Zustand, in dem der Bereich zwischen ihm und der Drehwelle durch die ringförmige Dichtung abgedichtet wird, in der axialen Richtung anpasst, was die geeignete Menge an Kontaktdruck zwischen dem wellenseitigen Dichtring und dem zugeordneten Dichtring (dem gehäuseseitigen Dichtring oder dem schwimmenden Ring) lierfert, so dass eine gute Dichtwirkung (mechanische Dichtwirkung) zwischen dem flüssigen Bereich und dem Gasbereich (atmosphärischer Bereich) erreicht wird.
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[Dokumente des Standes der Technik]
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[Patentdokumente]
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- Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2005-172194
- Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2013-149888
- Patentdokument 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2002-147617
- Patentdokument 4: Japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2005-180547
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[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Durch die Erfindung zu lösende Aufgaben]
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Bei den ersten bis vierten herkömmlichen mechanischen Dichtungen ist jedoch die Dichtung ein integral geformter Artikel aus Keramik, wie Siliziumkarbid oder einer anderen solchen Keramik oder aus Sinterkarbid (Hartmetall), bei dem der wellenseitige Dichtring seine dichtende Endfläche an dem distalen Endabschnitt hat und bei dem die dichtringseitige Dichtfläche an dem inneren Umfangsteil ausgebildet ist. Hierdurch ergeben sich die nachfolgenden Probleme.
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Reibungswärme wird an der dichtenden Endfläche des wellenseitigen Dichtringes durch Kontakt zwischen der dichtenden Endfläche mit dem zugeordneten Dichtring (welcher der gehäuseseitige Dichtring oder der schwimmende Ring ist) generiert und diese Reibungswärme sorgt dafür, dass der wellenseitige Dichtring insgesamt ziemlich heiß wird. Andererseits wird der Bereich des flüssigen Bereichs, der in Kontakt mit der Flüssigkeit kommt, das heißt der Oberflächenbereich des wellenseitigen Dichtringes, durch Wärmetausch mit der Flüssigkeit gekühlt. Da aber der wellenseitige Dichtring ein integral geformter Artikel aus Keramik oder Sinterkarbid ist und er durch die Reibungswärme in seiner Gesamtheit auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird, wird die durch Kontakt mit der Flüssigkeit erzeugte Kühlfunktion tatsächlich von der dichtenden Endfläche zu dem Fluidbereich erreicht. Die Oberflächentemperatur des wellenseitigen Dichtringes auf der Seite des Umgebungsbereichs wird aber nicht sehr niedrig.
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Da an der dichtringseitigen Dichtfläche des wellenseitigen Dichtrings in dem Bereich, der der Seite des Gasbereichs näher liegt als der Dichtbereich in Kontakt mit der ringförmigen Dichtung, eine Kühlung (Luftkühlung) durch Kontakt mit Gas (Umgebung) offensichtlich nicht erwartet werden kann und da die dichtringseitige Abdichtung ein integral geformter Artikel mit hoher thermischer Leitfähigkeit ist, wird die Kühlung durch den Kontakt mit der Flüssigkeit nicht wirksam durchgeführt und die Temperatur ist extrem hoch, auch wenn dieser Bereich näher der Seite des flüssigen Bereichs liegt als die Dichtposition. Hierdurch wird die ringförmige Dichtung, die in Kontakt mit der dichtringseitigen Dichtfläche steht, aufgeheizt und es besteht das Risiko eines Verschleißes (thermischer Abbau) bei langandauernder Nutzung.
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Mit anderen Worten verwenden die ersten bis vierten herkömmlichen mechanischen Dichtungen einen Gummi-O-Ring als ringförmige Dichtung. Aber selbst, wenn ein elastisches Material, das hitzeresistent ist, wie Fluorkautschuk als Material für den O-Ring verwendet wird, besteht mit der Zeit immer noch das Risiko von Verschleiß (das heißt verringerter Elastizität des O-Ringes). Dieses Problem tritt in ähnlicher Weise auf, wenn eine V-Ring-Dichtung als ringförmige Dichtung verwendet wird, die aus einem Kunststoff (beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE)) besteht und durch einen Grundkörperabschnitt und innere und äußere Umfangslippen gebildet wird, die sich schräg von dem Grundkörperabschnitt zu der Hochdruckfluidseite in den inneren und äußeren Umfangsrichtungen erstrecken und die elastisch gegen die wellenseitige Dichtfläche und die ringseitige Dichtfläche gepresst werden.
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Wenn ein O-Ring oder eine andere solche ringförmige Dichtungen in dieser Weise verschleißt, sinkt die Kompatibilität des wellenseitigen Dichtringes mit der Verschlechterung der Dichtwirkung zwischen der Drehwelle und dem wellenseitigen Dichtring und es kann keine gute mechanische Dichtwirkung mehr erreicht werden.
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Hierbei ist bei den zweiten bis vierten herkömmlichen mechanischen Dichtungen der Druck in dem äußeren Umfangsbereich höher als in dem inneren Umfangsbereich. Hierdurch wird ein Vorstehen der ringförmigen Dichtung zwischen den Dichtflächen zu der inneren Umfangsfläche aufgrund des Druckes in der äußeren Umfangfläche durch eine Rastfläche verhindert, die eine ringförmige flache Fläche ist, welche senkrecht zu der Dichtfläche an dem inneren Umfangsabschnitt des wellenseitigen Dichtringes ausgebildet ist. Andererseits ist der wellenseitige Dichtring über eine ringförmige Dichtung auf die Drehwelle gesetzt und dadurch so auf die Drehwelle gesetzt, dass er sie nicht berührt. Hierdurch weist die innere Umfangsseite der Rastfläche, die an dem inneren Umfangsabschnitt des wellenseitigen Dichtringes ausgebildet ist, eine Lücke zwischen dieser Seite und der wellenseitigen Dichtfläche auf, das heißt der äußeren Umfangsfläche der Drehwelle. Wenn der Druck in dem äußeren Umfangsbereich bei oder über einem bestimmten Niveau liegt, steht daher der innere Umfangsabschnitt der ringförmigen Dichtung von dieser Lücke vor und tritt in den Spalt in Richtung der inneren Umfangsfläche ein, was die Kompatibilität des wellenseitigen Dichtringes beeinträchtigt. Bei einer schwimmenden ringförmigen mechanischen Dichtung mit Endflächenkontakt oder dergleichen, die unter Hochdruckbedingungen verwendet wird, wie es in 1 des Patentdokuments 4 gezeigt ist, wird daher ein Back-Up-Ring zwischen der Rastfläche und der ringförmigen Dichtung vorgesehen. Dieser Back-Up-Ring ist eng anliegend auf die wellenseitige Dichtfläche gesetzt, so dass eine Relativbewegung in der axialen Richtung möglich ist, was ein Vorstehen der ringförmigen Dichtung von der Lücke zu der Seite der inneren Umfangsfläche verhindert. PTFE, das gegenüber der Drehwelle (der wellenseitigen Dichtfläche) einen geringen Reibungswiderstand aufweist, wird im allgemeinen als Grundmaterial des Back-Up-Ringes verwendet, um die Kompatibilität des wellenseitigen Dichtringes nicht zu beeinträchtigen.
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Weil aber der wellenseitige Dichtring einschließlich der dichtenden ringseitigen Dichtfläche und der Rastfläche wie oben beschrieben heiß wird, tritt ein Kriechen auf, bei dem der Back-Up-Ring in Kontakt mit der Rastfläche durch die Hitze deformiert wird. Es besteht das Risiko, dass sein innerer Umfangsabschnitt aus der Lücke vorsteht und in die Lücke eindringt und dadurch die Kompatibilität des wellenseitigen Dichtringes beeinträchtigt. Wenn die Temperaturverteilung in der Umfangsrichtung der Rastfläche nicht gleichmäßig ist, wird außerdem das Ausmaß des Kriechens des Back-Up-Ringes in der Umfangsrichtung ungleichmäßig, das Ausmaß des Vorstehens von der Lücke wird ebenfalls uneinheitlich und es besteht das Risiko, dass die Kompatibilität des wellenseitigen Dichtringes beeinträchtigt wird. Um dieses Kriechen des Back-Up-Ringes zu minimieren, wurde vorgeschlagen, dass dieser Ring aus PTFE hergestellt wird, dem ein Füller, wie Karbonfasern (Kohlenstofffäden) zugesetzt wird, um die Festigkeit des Back-Up-Ringes zu erhöhen. Wenn aber ein solches PTFE verwendet wird, können die Gleiteigenschaften des Back-Up-Ringes verringert werden, was zu Verschleiß und Beschädigung der wellenseitigen Dichtfläche durch die Kontaktbewegung des Back-Up-Ringes führen kann. Dies wiederum erfordert die Reparatur oder den Austausch der Drehwelle oder macht es notwendig, die wellenseitige Dichtfläche einer Oberflächenhärtebehandlung zu unterwerfen. In jedem Fall erhöht dies die Kosten.
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Wie beispielsweise in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2014-20425 beschrieben ist, wurde daher eine solche mechanische Dichtung vorgeschlagen, bei der ein Haltering aus Titan mit einer Schrumpfpassung auf einen wellenseitigen Dichtring aus Keramik oder Sinterkarbid gesetzt wurde, wobei eine dichtende ringseitige Dichtfläche an der inneren Umfangsfläche dieses Halterings ausgebildet ist und der Raum zwischen dieser dichtenden ringseitigen Dichtfläche und der wellenseitigen Dichtfläche an der Seite der Drehwelle durch eine Ringdichtung (O-Ring) abgedichtet wird. Bei dieser mechanischen Dichtung tritt das oben beschriebene Problem nicht auf. Im Einzelnen wird der wellenseitige Dichtring mit einer Schrumpfpassung in eine Vertiefung eingesetzt, die in dem distalen Endabschnitt des Halteringes ausgebildet ist, und die Kontaktfläche zwischen dem wellenseitigen Dichtring und dem Haltering an diesem Einsetzabschnitt wird auf ein hohes Maß an Glätte bearbeitet. Bis auf den aufgeschrumpften Abschnitt tritt ein kleiner Spalt (etwa 30 bis 60 µm) an dieser Kontaktfläche auf. Hierdurch tritt an dem Aufsetzabschnitt zwischen dem wellenseitigen Dichtring und dem Haltering die Umgebung, das heißt Luft aus dem Umgebungsbereich durch diese Lücke ein (bis auf den aufgeschrumpften Abschnitt). Während die Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem der wellenseitige Dichtring hergestellt ist (Keramik oder Sinterkarbid), bei etwa 60 bis 100 W/m*K liegt, beträgt sie für Titan, welches das Material ist, aus dem der Haltering hergestellt ist, lediglich etwa 20 W/m*K und liegt bei Luft bei nicht mehr als 0,1 W/m*K. Hierdurch wird die Hitze des wellenseitigen Dichtringes, der durch die Reibungswärme mit dem zugeordneten Dichtring heiß wurde, gekoppelt mit der Tatsache, dass die Luft, die in den Spalt eingetreten ist, als ein adiabatisches Material dient, kaum auf den Haltering übertragen und der Haltering wird nicht heiß. Indem die dichtringseitige Dichtfläche nicht an dem wellenseitigen Dichtring sondern an dem Haltering ausgebildet ist, der auf den wellenseitigen Dichtring geschrumpft ist, ist es dementsprechend möglich, einen thermischen Abbau des zwischen der dichtringseitigen Dichtfläche und der wellenseitigen Dichtfläche vorgesehenen O-Ringes zu vermeiden. Auch wenn ein Back-Up-Ring aus PTFE zwischen der dichtringseitigen Dichtfläche und der wellenseitigen Dichtfläche vorgesehen ist, wird dieser Back-Up-Ring nicht aufgeheizt und es tritt kein Kriechen aufgrund der Hitze auf.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mechanische Dichtung mit Endflächenkontakt vorzuschlagen, bei der auch dann, wenn der wellenseitige Dichtring durch die Reibungswärme, die durch den Kontakt mit dem gehäuseseitigen Dichtring und dem wellenseitigen Dichtring erzeugt wird, aufgeheizt wird, die Kompatibilität des wellenseitigen Dichtringes gewährleistet bleibt und eine gute mechanische Dichtfunktion über eine verlängerte Lebensdauer erreicht wird.
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[Mittel zur Lösung des Problems]
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Die vorliegende Erfindung schlägt eine mechanische Dichtung vor, die folgendes umfasst:
- einen gehäuseseitigen Dichtring, der an einem Dichtgehäuse fixiert ist und
- einen wellenseitigen Dichtring, der über eine ringförmige Dichtung aus einem elastischen Material auf einer Drehwelle gehalten wird, wobei der wellenseitige Dichtring in der axialen Richtung der Welle bewegbar ist, und
- wobei die mechanische Dichtung so ausgestaltet ist, dass der gehäuseseitige Dichtring und der wellenseitige Dichtring relativ zueinander gedreht werden, wobei ihre gegenüberliegenden Dichtungsendflächen in Kontakt stehen und dadurch eine Abschirmdichtung zwischen einem flüssigen Bereich, der einen Bereich entweder an der inneren oder der äußeren Umfangsseite der dichtenden Endflächen ist, und einem Gasbereich, der an der anderen Seite liegt, bilden,
- wobei der wellenseitige Dichtring aus Keramik oder Sinterkarbid geformt ist,
- wobei der wellenseitige Dichtring eine Dichtungsendfläche aufweist, die an seinem distalen Endabschnitt ausgebildet ist, und wobei der innere Umfangsabschnitt des wellenseitigen Dichtringes eine dichtende ringseitige Dichtfläche aufweist, die konzentrisch und parallel zu der wellenseitigen Dichtfläche, das heißt der äußeren Umfangsfläche der Drehwelle, verläuft,
- wobei die ringförmige Dichtung (Packung) zwischen der dichtenden ringseitigen Dichtfläche und der wellenseitigen Dichtfläche so vorgesehen ist, dass sie in der axialen Richtung in einem solchen Zustand relativ bewegbar ist, in dem ein Raum zwischen der dichtenden ringseitigen Dichtfläche und der wellenseitigen Dichtfläche abgedichtet ist, und,
- wobei ein Diamantfilm auf der dichtenden ringseitigen Dichtfläche ausgebildet ist.
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Bei der mechanischen Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein Diamantfilm, der in den oben beschriebenen Diamantfilm übergeht, kontinuierlich auf einem Dichtabschnitt des wellenseitigen Dichtringes mit Ausnahme der dichtenden Endflächen ausgebildet, wobei dieser Oberflächenabschnitt ein Abschnitt ist, der in Kontakt mit einer Flüssigkeit oder dem flüssigen Bereich kommt.
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Außerdem wird es bevorzugt, dass dann, wenn der äußere Umfangsbereich der Dichtungsendflächen einen höheren Druck aufweist als ihr innerer Umfangsbereich, ein Vorstehen der ringförmigen Dichtung zwischen den Dichtflächen zu dem inneren Umfangsbereich durch einen Druck des äußeren Umfangsbereich durch eine Rastfläche verhindert wird, die eine ringförmige Fläche ist, welche senkrecht zu der dichtenden ringseitigen Dichtfläche an dem inneren Umfangsabschnitt des wellenseitigen Dichtringes ausgebildet ist, und die mit Abstand auf die wellenseitige Dichtfläche gesetzt ist, und dass ein Diamantfilm, der in den oben beschriebenen Diamantfilm übergeht, auf dieser Rastfläche ausgebildet ist.
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In diesem Fall ist es bevorzugt, dass dann, wenn die äußere Umfangsfläche ein Bereich mit hohem Druck ist oder über einem bestimmten Niveau liegt, ein Kunststoff-Back-Up-Ring zwischen der Rastfläche und der ringförmigen Dichtung vorgesehen wird, und dass der Kunststoff-Back-Up-Ring in einem solchen Zustand eng auf die wellenseitige Dichtfläche gesetzt wird, dass er sich in der axialen Richtung relativ zu dieser bewegen kann.
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Außerdem kann die mechanische Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als eine schwimmende ringartige mechanische Dichtung ausgestaltet sein, so dass der gehäuseseitige Dichtring aus einem stationärem Ring besteht, der an dem Dichtgehäuse befestigt ist, und aus einem schwimmenden Ring, der mit dem stationären Ring so verbunden ist, dass eine Relativdrehung zwischen ihnen verhindert ist, und der zwischen dem stationären und dem wellenseitigen Dichtring vorgesehen ist. Bei dieser Gestaltung kann der Diamantfilm an der Dichtungsendfläche des wellenseitigen Dichtringes ausgebildet sein, so dass er von dem oben beschriebenen Diamantfilm getrennt ist.
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Außerdem wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein O-Ring aus Gummi (Kautschuk) als die oben beschrieben ringförmige Dichtung verwendet.
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Außerdem hat der Diamantfilm vorzugsweise eine Dicke von wenigstens 1µm.
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[Vorteile der Erfindung]
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Bei der mechanischen Dichtung mit Endflächenkontakt gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Diamantfilm, der eine weit höhere thermische Leitfähigkeit hat als eine Keramik, wie Siliziumkarbid oder Sinterkarbid, aus der der wellenseitige Dichtring hergestellt ist, an der dichtringseitigen Dichtfläche des wellenseitigen Dichtringes, der in Kontakt mit der ringförmigen Dichtung steht, ausgebildet.
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Vor der Übertragung der Reibungshitze, die an der dichtenden Endfläche des wellenseitigen Dichtringes durch Kontakt mit dem gehäuseseitigen Dichtring generiert wird, auf die dichtringseitige Dichtfläche wird daher die Temperatur der Flüssigkeit in dem flüssigen Bereich von dem Abschnitt der dichtringseitigen Dichtung, die in Kontakt mit der Flüssigkeit steht (dem Abschnitt, der dem flüssigen Bereich näher liegt als der Bereich, der in Kontakt mit der ringförmigen Dichtung steht), auf die gesamte ringseitige Dichtfläche übertragen.
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Mit anderen Worten wird der Transfer der Reibungswärme von der dichtenden Endfläche auf die dichtringseitige Dichtfläche wirksam und so weit wie möglich blockiert, und die gesamte dichtringseitige Dichtfläche wird im Wesentlichen durch die Temperatur der Flüssigkeit dominiert, die deutlich niedriger ist als die der Reibungswärme.
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Hierdurch wird die dichtringseitige Dichtfläche durch die Reibungswärme nicht auf eine hohe Temperatur aufgeheizt und der O-Ring oder eine andere solche ringförmige Dichtung, der/die in Kontakt kommt, baut sich nicht ab (kein thermischer Abbau).
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Daher wird bei der mechanischen Dichtung mit Endflächenkontakt gemäß der vorliegenden Erfindung eine gute Kompatibilität des über die ringförmige Dichtung auf die Drehwelle gesetzten und hierdurch gehaltenen wellenseitigen Dichtringes gewährleistet und auch über einen verlängerten Zeitraum wird eine gute mechanische Dichtfunktion erreicht.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Schnitt durch ein Beispiel einer mechanischen Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine vergrößerte Detailansicht des Hauptabschnittes in 1.
- 3 ist ein Schnitt durch den Hauptabschnitt gemäß 2 und zeigt ein modifiziertes Beispiel der mechanischen Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist ein Schnitt durch den Hauptabschnitt gemäß 2 und zeigt ein anderes modifiziertes Beispiel der mechanischen Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 5 ist ein Schnitt durch den Hauptabschnitt gemäß 2 und zeigt ein noch weiteres modifiziertes Beispiel der mechanischen Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 6 ist ein Schnitt durch den Hauptabschnitt gemäß 2 und zeigt ein immer noch weiter modifiziertes Beispiel der mechanischen Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 7 ist ein Schnitt durch ein weiteres modifiziertes Beispiel einer mechanischen Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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[Ausführungsform zum Ausführen der Erfindung]
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun in besonderer Weise mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Schnitt, der ein Beispiel der mechanischen Dichtung mit Endflächenkontakt gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine vergrößerte Detailansicht der Hauptkomponenten von 1.
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Die in 1 gezeigte mechanische Dichtung mit Endflächenkontakt ist zwischen einem Gehäuse 1 und einer Drehwelle 2 einer Drehvorrichtung vorgesehen und besteht aus einem zylindrischen Dichtgehäuse 3, das an dem Gehäuse 1 angebracht ist, einem gehäuseseitigen Dichtring 4, der an dem Dichtgehäuse 3 fixiert ist, einem wellenseitigen Dichtring 6, der über eine ringförmige Dichtung 5 aus einem elastischem Material in der axialen Richtung beweglich an der Drehwelle 2 gehalten wird, und einem Federelement 7, das den wellenseitigen Dichtring 6 gegen den gehäuseseitigen Dichtring 4 presst. Außerdem ist die mechanische Dichtung mit Endflächenkontakt so konfiguriert, dass die Dichtungsendflächen 4a und 6a, die gegenüberliegende Endflächen der beiden Dichtringe 4 und 6 sind, relativ zueinander verdreht werden, während sie in Kontakt stehen, so dass eine Abschirmdichtung zwischen den äußeren Umfangsbereichen (peripherer Bereich) A der Dichtungsendflächen 4a und 6a und deren inneren Umfangbereichen (peripherer Bereich) B gebildet wird. Der gehäuseseitige Dichtring 4 ist ein schwimmender Ring, der aus einem stationären Ring 41, welcher an dem Dichtgehäuse 3 fixiert ist, und einem schwimmenden Ring 42 besteht, der mit dem stationärem Ring 41 in einem Zustand verbunden ist, in dem eine relative Verdrehung verhindert wird. Bei dem dargestellten Beispiel ist der äußere Umfangsbereich A ein Hochdruckflüssigkeitsbereich, der ein abgedichteter Fluidbereich ist, und der innere Umfangsbereich B ist ein atmosphärischer Bereich (Gasbereich), der ein nicht abgedichteter Fluidbereich ist.
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In der nachfolgenden Beschreibung bezieht sich „Achse“ auf die zentrale Achse der Drehwelle 2 und „axiale Richtung“ bezieht sich auf die Richtung, die sich entlang der Achse erstreckt.
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Die Drehwelle 2 ist aus Edelstahl oder einem anderen derartigem Metall hergestellt und besteht, wie in 1 gezeigt ist, aus einem Wellenkörper 21 und einer Hülse 22, in welche der Wellenkörper 21 eingesetzt und an der er fixiert ist. Die Hülse 22 hat eine zylindrische Form und der proximale Endabschnitt 22a ist dicker ausgebildet als der distale Endabschnitt 22b. Die äußere Umfangsfläche des proximalen Endabschnittes 22a ist als eine wellenseitige Dichtfläche 22c ausgebildet.
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Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der wellenseitige Dichtring 6 einen distalen Endabschnitt 61, dessen distales Ende als eine Dichtungsendfläche 6a ausgebildet ist und eine platte ringförmige Ebene senkrecht zu der Achse bildet, einen mittleren Abschnitt 62, der in das proximale Ende des distalen Endabschnittes 61 übergeht, und einen proximalen Endabschnitt 63, der in das proximale Ende des mittleren Abschnittes 62 übergeht. Der wellenseitige Dichtring 6 ist somit ein Drehkörper, der einstückig aus den drei Teilen gebildet wird und aus einer Keramik, beispielsweise Siliziumkarbid oder Sinterkarbid, geformt ist.
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Bei diesem wellenseitigen Dichtring 6 wird der Innendurchmesser des distalen Endabschnittes 61 größer gewählt als der Außendurchmesser des distalen Endabschnittes 22b der Hülse 22. Die Innendurchmesser des mittleren Abschnittes 62 und des proximalen Endabschnittes 63 sind größer gewählt als der Außendurchmesser des proximalen Endabschnittes 22a der Hülse 22. Somit wird der wellenseitige Dichtring 6 in einem kontaktfreien Zustand auf die Drehwelle 2 aufgesetzt. Mit anderen Worten wird der mittlere Abschnitt 62 des wellenseitigen Dichtrings 6 in einem kontaktfreien Zustand auf den proximalen Endabschnitt 22a der Hülse 22 aufgesetzt, wobei der Innendurchmesser des mittleren Abschnittes 62 etwas größer ist als der Außendurchmesser des proximalen Endabschnittes 22a der Hülse 22. Außerdem wird der Innendurchmesser des proximalen Endabschnittes 63 des wellenseitigen Dichtringes 6 größer gewählt als die Innendurchmesser des distalen Endabschnittes 61 und des mittleren Abschnittes 62. Die innere Umfangsfläche des proximalen Endabschnittes 63 wird durch eine dichtringseitige Dichtfläche 63a gebildet, die parallel und konzentrisch zu der wellenseitigen Dichtfläche 22c verläuft.
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Ein Schutzring 8 aus Metall (Titan etc.) ist auf den mittleren Abschnitt 62 und den proximalen Endabschnitt 63 des wellenseitigen Dichtringes 6 aufgeschrumpft, und ein metallischer Antriebskragen (Antriebsmanschette) 9 ist mit diesem Schutzring 8 über einen Antriebsstift 10 so verbunden, dass er keine relative Verdrehung durchführen kann. Ein Antriebsstift 11 ist an dem Antriebskragen 9 angebracht, und dieser Antriebsstift 11 steht in Eingriff mit einer ringförmigen Federhalterung 12, die an dem proximalen Endabschnitt 22a der Drehwelle 2 befestigt ist, so dass der wellenseitige Dichtring 6 über den Schutzring 8, den Antriebskragen 9 und die Federhalterung 12 so gehalten wird, dass er relativ zu der Drehwelle 2 keine Verdrehung durchführen kann, wobei er sich aber innerhalb eines bestimmten Bereiches in der axialen Richtung bewegen kann.
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Die ringförmige Dichtung ist ein O-Ring 5, der aus Gummi, beispielsweise Fluorkautschuk hergestellt ist, und ist in einem komprimierten Zustand, der eine Relativbewegung in der axialen Richtung erlaubt, zwischen der wellenseitigen Dichtfläche 22c und der dichtringseitigen Dichtfläche 63a installiert, welche die gegenüberliegenden Umfangsflächen der Drehwelle 2 und des wellenseitigen Dichtringes 6 sind. Mit diesem O-Ring 5 wird der wellenseitige Dichtring 6 in einem Zustand gehalten, in dem er so auf die Drehwelle 2 (die Hülse 22) gesetzt ist, dass er sich in der axialen Richtung bewegen kann, wobei der Raum zwischen dem wellenseitigen Dichtring 6 und der Drehwelle 2 durch den O-Ring 5 abgedichtet wird.
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Der O-Ring 5 wird durch den Druck des äußeren Umfangsbereichs (flüssiger Bereich) A in der Richtung der Dichtungsendfläche 6a des wellenseitigen Dichtringes 6 gepresst. Das Vorstehen (Protrusion) des O-Ringes 5 von dem Raum zwischen der wellenseitigen Dichtfläche 22c und der dichtringseitigen Dichtfläche 63a zu der Seite des inneren Umfangsbereichs (Umgebungsbereich) B, der durch dieses Pressen bewirkt würde, wird aber durch die Rastfläche 62a, welche durch die proximale Endfläche des mittleren Abschnittes 62 des wellenseitigen Dichtringes 6 gebildet wird, verhindert. Mit anderen Worten ist die Rastfläche 62a eine ringförmige Ebene, die senkrecht zu der wellenseitigen Dichtfläche 22c und der dichtringseitigen Dichtfläche 63a verläuft und eine Bewegung des O-Ringes 5 zu der Dichtungsendfläche 6a relativ zu dem wellenseitigen Dichtring 6 verhindert. Ein ringförmiger Vorsprung 9a, der zwischen der wellenseitigen Dichtfläche 22c und der dichtringseitigen Dichtfläche 23a eingesetzt ist, ist an dem inneren Umfangsabschnitt des Antriebskragens 9 ausgebildet. Dieser ringförmige Vorsprung 9a verhindert eine Relativbewegung des O-Ringes 5 in der Richtung weg von der Dichtungsendfläche 6a.
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Wie in 2 gezeigt ist, ist zwischen der Rastfläche 62a und dem O-Ring 5 ein Back-Up-Ring 13 aus Kunststoff mit einer konstanten Dicke so vorgesehen, dass er zwischen der wellenseitigen Dichtfläche 22c und der dichtringseitigen Dichtfläche 63a angeordnet ist. Dieser Back-Up-Ring 13 ist beispielsweise aus PTFE (einem Material mit geringer Reibung) hergestellt und so auf die Drehwelle 2 (die Hülse 22) aufgesetzt, dass er sich in der axialen Richtung relativ zu dieser bewegen kann, wobei seine innere Umfangsfläche in engem Kontakt mit der wellenseitigen Dichtfläche 22c steht. Wie in 2 gezeigt ist, wird dadurch der Back-Up-Ring 13 in einem Zustand gehalten, in dem er durch die Presskraft des O-Ringes 5 aufgrund des Druckes des äußeren Umfangsbereichs (flüssiger Bereich) A in Kontakt mit der Rastfläche 62a des wellenseitigen Dichtringes 6 steht. Der Back-Up-Ring 13 verschließt die Lücke zwischen sich selbst und der wellenseitigen Dichtfläche 22c an der inneren Umfangsseite der Rastfläche 62a, das heißt die zwischen der Hülse 22 und dem mittleren Abschnitt 62 des wellenseitigen Dichtringes 6 ausgebildete Lücke, und verhindert dadurch, dass der innere Umfangsabschnitt des O-Ringes 5 von dem Raum zwischen der wellenseitigen Dichtfläche 22c und der dichtringseitigen Dichtfläche 63c vorsteht oder in diesen Spalt eintritt.
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Wie in 1 gezeigt ist, besteht der gehäuseseitigen Dichtring 4 aus einem metallischen stationären Ring 41, der auf das Dichtgehäuse 3 aufgesetzt und daran fixiert ist, und einem schwimmenden Ring 62, der aus Karbon (Kohlenstoff) hergestellt ist und mit dem stationärem Ring 41 so verbunden ist, dass er sich relativ zu diesem nicht drehen kann. Der schwimmende Ring 62 ist so auf das Dichtgehäuse 3 aufgesetzt, dass er sich in einem bestimmten Bereich in den axialen und radialen Richtungen bewegen kann, wobei dazwischen ein O-Ring 43 angeordnet ist. Er wird zwischen dem stationärem Ring 41 und dem wellenseitigen Dichtring 6, der durch ein Federelement 7 vorgespannt wird, gehalten. Die Oberfläche des schwimmenden Ringes 62, die in Kontakt mit dem wellenseitigen Dichtring 6 tritt, oder in anderen Worten die Fläche in Kontakt mit der Dichtungsendfläche 6a, ist eine Dichtungsendfläche 4a, die eine glatte ringförmige Ebene senkrecht zu der Achse ist. Ein Antriebsstift 44, der an dem stationären Ring 41 angebracht ist, greift in eine Eingriffsöffnung 62a ein, die in dem schwimmenden Ring 62 ausgebildet ist, so dass der schwimmende Ring 62 so mit dem stationären Ring 41 verbunden ist, dass er keine Relativdrehung zu diesem vollziehen kann, wobei eine relative Verschiebung in einem bestimmten Bereich in der axialen Richtung und in der radialen Richtung möglich ist. Eine Durchgangsöffnung 42b ist in dem schwimmenden Ring 62 ausgebildet, um eine Verbindung zwischen den Bereichen auf seinen beiden Seiten herzustellen. Spülflüssigkeit wird von einem Spüldurchgang 3a zugeführt, der in dem Dichtgehäuse 3 in dem Bereich zwischen dem stationären Ring 41 und dem schwimmenden Ring 42 ausgebildet ist. In dem Dichtgehäuse 3 ist ein Drainagedurchgang 3b ausgebildet, der sich nahe dem stationären Ring 41 in den inneren Umfangsbereich B öffnet.
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Wie in 2 gezeigt ist, ist bei der oben beschriebenen mechanischen Dichtung mit schwimmendem Ring und Endflächenkontakt ein polykristalliner Diamantfilm 14a in kontinuierlicher Weise über die gesamte Oberfläche der dichtringseitigen Dichtfläche 63a des wellenseitigen Dichtringes 6 ausgebildet.
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Außerdem ist auch ein polykristalliner Diamantfilm 14b, der in den Diamantfilm 14a übergeht, in kontinuierlicher Weise über der Rastfläche 62a des wellenseitigen Dichtringes 6 ausgebildet, wie es in 2 gezeigt ist.
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Die Diamantfilme 14a und 14b haben vorzugsweise eine Dicke von 1 µm oder mehr und stärker bevorzugt 1 bis 25 µm. Wenn die Dicke der Diamantfilme 14a und 14b geringer ist als 1 µm, ist es schwierig, die unten beschriebenen Wärmetransport- und Kühleffekte wirksam zu realisieren. Wenn er 25 µm überschreitet, ist es schwierig, die Festigkeit der Diamantfilme in ausreichendem Maße zu gewährleisten.
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Die Diamantfilme 14a und 14b werden beispielsweise durch chemische Heißfilamentaufdampfung, chemische Mikrowellenplasmaaufdampfung, Hochfrequenzplasma, Gleichstromentladungsplasma oder Bogenentladungsplasmastrahlen, Verbrennungsflammen oder ein anderes derartiges Verfahren ausgebildet. Wenn es in der nachfolgenden Beschreibung notwendig ist, zwischen dem wellenseitigen Dichtring 6 und dem darauf ausgebildeten Diamantfilm 14a und 14b zu unterscheiden, so wird der erstere als ein Dichtringbasismaterial bezeichnet.
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Bei der wie oben beschrieben aufgebauten mechanischen Dichtung mit schwimmendem Ring und Endflächenkontakt werden die Diamantfilme 14a und 14b in einer kontinuierlichen Weise auf der dichtringseitigen Dichtfläche 63a und der Rastfläche 62a ausgebildet. Auch wenn an der Dichtungsendfläche 6a des wellenseitigen Dichtringes 6 durch den Kontakt mit dem schwimmenden Ring 62 Reibungswärme erzeugt wird, werden daher die dichtringseitige Dichtfläche 63a und die Rastfläche 62a nicht auf eine hohe Temperatur aufgeheizt.
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Im Einzelnen hat der Diamantfilm, der die Diamantfilme 14a und 14b bildet, eine Wärmeleitfähigkeit, die weit höher ist als die von Siliziumkarbid oder anderen Keramiken oder Sinterkarbid, was das Grundmaterial des wellenseitigen Dichtringes (Dichtringbasismaterial) 6 ist. Mit anderen Worten liegt die Wärmeleitfähigkeit von Siliziumkarbid zwischen 70 und 120 W/m*K während die Wärmeleitfähigkeit des Diamantfilms zwischen 1000 und 2000 W/m*K liegt. Daher wird die an der Dichtungsendfläche 6a erzeugte Reibungswärme entlang dem Dichtringbasismaterial zu der dichtringseitigen Dichtfläche 63a und der Rastfläche 62a übertragen. Die Temperatur der in Kontakt mit einem Teil der Diamantfilme 14a und 14b stehenden Flüssigkeit (das heißt dem Teil des Diamantfilms 14a, der an der dichtringseitigen Dichtfläche 63a ausgebildet ist, die dem äußeren Umfangsbereich A (flüssiger Bereich) näher liegt als die Position in Kontakt mit dem O-Ring 5) wird umgehend auf die gesamten Diamantfilme 14a und 14b übertragen. Dieser Wärmetransfer (nachfolgend als „Flüssigkeitstemperaturtransfer“ bezeichnet) wird durchgeführt vor dem Wärmetransfer zu der dichtringseitigen Dichtfläche 63a und der Rastfläche 62a durch die Reibungswärme (nachfolgend bezeichnet als „Reibungswärmetransfer“). Daher werden die dichtringseitige Dichtfläche 63a und die Rastfläche 62a wirksam so weit wie möglich von dem Flüssigkeitstemperaturwärmetransfer durch den Reibungswärmetransfer abgeschirmt, und die dichtringseitige Dichtfläche 63a und die Rastfläche 62a werden im Wesentlichen durch die Temperatur der Flüssigkeit dominiert, die deutlich niedriger ist als die der Reibungswärme.
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Dementsprechend wird so weit wie möglich verhindert, dass die dichtringseitige Dichtfläche 63a und die Rastfläche 62a einer Hochtemperaturreibungswärme ausgesetzt werden, und sie werden auf der niedrigen Flüssigkeitstemperatur gehalten oder auf diese gekühlt, so dass ein thermischer Abbau des in Kontakt mit der dichtringseitigen Dichtfläche 63a stehenden O-Ringes 5 und ein Kriechen des in Kontakt mit der Rastfläche stehenden Back-Up-Ringes 13 vermieden wird. Da die gesamte Oberfläche der Rastfläche 62a durch den Diamantfilm 14b auf einer gleichmäßigen Temperatur gehalten wird, wird außerdem selbst dann, wenn ein Kriechen des Back-Up-Ringes 13, der in Kontakt mit der Rastfläche 62a steht, auftreten sollte, das Ausmaß dieses Kriechens in der Umfangsrichtung des Back-Up-Ringes 13 nicht ungleichmäßig sein, so dass keine Verzerrung oder Deformation des Back-Up-Ringes 13 auftritt.
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Von dem oben beschriebenen Standpunkt aus wird bei der oben beschriebenen mechanischen Dichtung mit schwimmendem Ring und Endflächenkontakt die Kompatibilität des wellenseitigen Dichtringes 6 durch den O-Ring 5 und den Back-Up-Ring 13 ausreichend gewährleistet, und eine gute mechanische Dichtfunktion wird über einen verlängerten Zeitraum realisiert.
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Die mechanische Dichtung mit Endflächenkontakt, die wie in 2 gezeigt den Aufbau hat, dass die Diamantfilme 14a und 14b auf der dichtringseitigen Dichtfläche 63a und der Rastfläche 62a ausgebildet sind, ist unter solchen Bedingungen verwendbar, bei denen der äußere Umfangsbereich A ein Gasbereich ist, dessen Druck höher ist als der des inneren Umfangsbereichs B, wobei der innere Umfangsbereich B ein Flüssigkeitsbereich ist. Mit anderen Worten ist der gleiche Kühleffekt, wie er oben beschrieben wurde, erreichbar, da der Diamantfilm 14b der Rastfläche 62a und der Abschnitt des Diamantfilmes 14a, der ausgehend von der Stelle, mit der der O-Ring 5 in Kontakt steht, auf der Seite des Back-Up-Ringes 13 liegt, in Kontakt mit der Flüssigkeit in dem inneren Umfangsbereich B gebracht werden.
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Der Aufbau der vorliegenden Erfindung ist nicht auf oder durch die oben beschriebene Ausführungsform eingeschränkt und kann in geeigneter Weise verbessert und modifiziert werden, ohne die Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Modifizierte Beispiele der Erfindung werden nachfolgende beschrieben.
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Beispielsweise kann, wie in 3 gezeigt ist, ein Diamantfilm 14c, der in die Diamantfilme 14a und 14b übergeht, in einer kontinuierlichen Weise auf einem Oberflächenabschnitt des wellenseitigen Dichtrings 6 mit Ausnahme der Dichtungsendfläche 6a, der dichtringseitigen Dichtfläche 63a und der Rastfläche 62a ausgebildet sein, wobei dieser Oberflächenabschnitt in Kontakt mit der Flüssigkeit in dem äußeren Umfangsbereich A steht. Dieser Aufbau liefert einen verstärkten Effekt der Blockierung des Reibungswärmetransports und der Kühlung der dichtringseitigen Dichtfläche 63a und der Rastfläche 62a, auch wenn die Kontaktfläche zwischen der Flüssigkeit und den Diamantfilmen 14a, 14b und 14c vergrößert wird.
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Wie in 4 gezeigt ist, kann außerdem ein Diamantfilm 14d zusätzlich zu den Diamantfilmen 14a, 14b und 14c auf der Dichtungsendfläche 6a ausgebildet werden. Bei der Gestaltung, bei der die Dichtungsendfläche 6a in dieser Weise mit dem Diamantfilm 14a abgedeckt wird, wird extrem wenig Wärme (und Verschleiß) durch die Relativdrehung und das Gleiten durch den gehäuseseitigen Dichtring 4 erzeugt und der Einfluss des Reibungswärmetransfers auf die dichtringseitige Dichtfläche 63a und die Rastfläche 62a wird weiter verringert, weil der Reibungskoeffizient des Diamantfilms weit geringer ist als der einer Keramik, wie Siliziumkarbid oder Sinterkarbid, welches die Grundmaterialien des wellenseitigen Dichtrings 6 sind (der Reibungskoeffizient (µ) von Diamantfilm ist im Allgemeinen 0,03, was sogar niedriger ist als der von PTFE, dessen Reibungskoeffizient weit niedriger ist als der einer Keramik oder eines Sinterkarbids). In diesem Fall wird der Diamantfilm 14d vorzugsweise in einer unabhängigen Form ausgebildet, so dass er nicht in die Diamantfilme 14a, 14b und 14c übergeht. Der Grund hierfür ist, dass die Reibungswärme, die an der Dichtungsendfläche 6a generiert wird, von dem Diamantfilm 14d auf die Diamantfilme 14a, 14b und 14d übertragen wird, und der Kühleffekt der dichtringseitigen Dichtfläche 63a und der Rastfläche 62a wird verringert.
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Als nächstes wird ein modifiziertes Beispiel beschrieben, bei dem der äußere Umfangsbereich A ein Gasbereich ist, der einen höheren Druck aufweist, als der innere Umfangsbereich B. Der innere Umfangsbereich B ist wie oben beschrieben ein Flüssigkeitsbereich. Wie in 5 gezeigt ist, ist ein Diamantfilm 14e, der in die Diamantfilme 14a und 14b übergeht, in einer kontinuierlichen Weise auf dem Oberflächenabschnitt des wellenseitigen Dichtrings 6 mit Ausnahme der Dichtungsendfläche 6a, der dichtringseitigen Dichtfläche 63a und der Rastfläche 62a ausgebildet, wobei dieser Oberflächenabschnitt in Kontakt mit der Flüssigkeit in dem inneren Umfangsbereich B steht. Bei dieser Gestaltung wird die Kontaktfläche mit der Flüssigkeit durch den Diamantfilm 14e vergrößert, so dass der Effekt der Blockade des Reibungswärmetransports und der Effekt der Kühlung der dichtringseitigen Dichtfläche 63a und der Rastfläche 62a stärker ausgeprägt ist.
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Die vorliegende Erfindung ist auch bei einer mechanischen Dichtung mit Endflächenkontakt anwendbar, bei der der Back-Up-Ring 13 nicht eingesetzt wird. Unabhängig davon, ob der äußere Umfangsbereich A oder der innere Umfangsbereich B der Flüssigkeitsbereich ist, ist in diesem Fall, wie in 6 dargestellt ist, der Diamantfilm 14a über wenigstens die gesamte Oberfläche nur der dichtringseitigen Dichtfläche 63a ausgebildet. Trotzdem ist vorzugsweise der Diamantfilm 14b, der in den Diamantfilm 14a übergeht, zusätzlich zu der dichtringseitigen Dichtfläche 63a auch auf der Rastfläche 62 ausgebildet. Dies erfolgt deshalb, weil der O-Ring 5 in Kontakt mit dem Diamantfilm 14b der Rastfläche 62a steht und weiter gekühlt wird. Auch hier kann hierbei ein Diamantfilm, der der gleiche ist wie der in 3 gezeigte Diamantfilm 14c oder der in 5 gezeigte Diamantfilm 14e, tatsächlich in einer kontinuierlichen Weise auf dem Oberflächenbereich des wellenseitigen Dichtrings 6 mit Ausnahme der Dichtungsendfläche 6a, der dichtringseitigen Dichtfläche 63a und der Rastfläche 62a ausgebildet sein, wobei dieser Oberflächenbereich in Kontakt mit der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbereich steht (dem äußeren Umfangsbereich A oder dem inneren Umfangsbereich B).
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Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht eingeschränkt auf eine mechanische Dichtung mit schwimmendem Ring und Endflächenkontakt, bei dem der gehäuseseitige Dichtring 4 so ausgestaltet ist, dass der stationäre Ring 41 und der schwimmende Ring 62 getrennt sind. Sie kann in bevorzugter Weise auch bei einer mechanischen Dichtung mit Endflächenkontakt eingesetzt werden, bei der der gehäuseseitige Dichtring 4 als Einheit aufgebaut ist, wie es in den Patentdokumenten 1 bis 3 beschrieben ist. Außerdem ist die vorliegende Erfindung anwendbar auf eine mechanische Dichtung mit Endflächenkontakt, bei der die den wellenseitigen Dichtring 6 haltende Drehwelle 2 lediglich aus dem Wellenkörper 21 besteht und keine Hülse 22 aufweist, wie es in 1 des Patentdokuments 3 dargestellt ist.
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Beispielsweise ist die in 7 gezeigte mechanische Dichtung mit Endflächenkontakt vom Außentyp. Sie weist ein Dichtgehäuse 103 auf, das an dem Gehäuse einer Drehvorrichtung 101 angebracht ist, einen gehäuseseitigen Dichtring 104, der an dem Dichtgehäuse 103 befestigt ist, einen wellenseitigen Dichtring 106, der durch eine Drehwelle 102, die keine Hülse aufweist, über einen Gummi O-Ring 105 (ringförmige Dichtung) so gehalten wird, dass er sich in der axialen Richtung bewegen kann, und ein Federelement 107, das zwischen dem wellenseitigen Dichtring 106 und einem Federhaltering 108 angeordnet ist, der so an der Drehwelle 106 befestigt ist, dass er den wellenseitigen Dichtring 106 vorspannt und gegen den gehäuseseitigen Dichtring 104 presst.
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Bei dieser Gestaltung wird durch die gleitende relative Verdrehung zwischen einem Umgebungsbereich A, der der äußere Umfangsbereich von Relativdrehungs- und Gleitkontaktabschnitten 104a und 106a der Dichtungsendflächen ist, und einem Flüssigkeitsbereich (abgedichteter Fluidbereich) B, der deren innerer Umfangsbereich ist, eine Abschirmdichtung gebildet, wenn Dichtungsendflächen 104a und 106a, welche die gegenüberliegenden Endflächen der Dichtringe 104 und 106 sind, sich relativ zueinander verdrehen, wobei sie in Kontakt stehen.
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Außerdem ist die mechanische Dichtung mit Endflächenkontakt so konfiguriert, dass der O-Ring 105 in einem komprimierten Zustand zwischen einer wellenseitigen Dichtfläche 102a, welche die äußere Umfangsfläche der Drehwelle 102 ist, und einer dichtringseitigen Dichtfläche 106b, welche an der inneren Umfangsfläche des wellenseitigen Dichtrings 106 ausgebildet ist und konzentrisch und parallel zu der wellenseitigen Dichtfläche 102a verläuft, vorgesehen ist, und so, dass ein Vorstehen (Protrusion) zwischen den Dichtflächen 102a und 106b, die durch den Druck des Flüssigkeitsbereichs B erzeugt wird, durch einen ringförmigen Verriegelungsabschnitt 108a verhindert wird, der in den inneren Umfang des Federhalterings 108 vorsteht.
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Bei dieser außenwirkenden mechanischen Dichtung mit Endflächenkotakt ist ein Diamantfilm 114 über die gesamte Oberfläche der dichtringseitigen Dichtfläche 106b ausgebildet, und die Flüssigkeit in dem inneren Umfangsbereich B tritt in Kontakt mit einem Teil dieses Diamantfilms 114 (und zwar dem Bereich der dichtringseitigen Dichtfläche 106, die näher bei der dichtenden Endfläche 106a liegt als die Position in Kontakt mit dem O-Ring 105), was in der oben beschriebenen Weise eine thermische Degradation des O-Rings 105 so weit wie möglich verhindert. Erneut kann auch bei dieser mechanischen Dichtung mit Endflächenkontakt wie in 5 gezeigt ein Diamantfilm, der in den oben beschriebenen Diamantfilm 114 übergeht, auf dem Oberflächenbereich des wellenseitigen Dichtrings 106 mit Ausnahme der Dichtungsendfläche 106a ausgebildet sein, wobei dieser Oberflächenabschnitt in Kontakt mit der Flüssigkeit in dem inneren Umfangsbereich B steht.
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Außerdem kann ein Diamantfilm, der von diesen Diamantfilmen unabhängig ist, auf der Dichtungsendfläche 106a ausgebildet sein.
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Außerdem ist die vorliegende Erfindung anwendbar bei einer mechanischen Dichtung mit Endflächenkontakt, bei der die oben beschriebene V-Ring-Dichtung aus Kunststoff (PTFE oder dergleichen) als die ringförmige Dichtung 5 eingesetzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Drehwelle der Drehvorrichtung
- 3
- Dichtgehäuse
- 4
- gehäuseseitiger Dichtring
- 4a
- Dichtungsendfläche des gehäuseseitigen Dichtrings
- 5
- O-Ring (ringförmige Dichtung)
- 6
- wellenseitiger Dichtring
- 6a
- Dichtungsendfläche des wellenseitigen Dichtrings
- 13
- Back-Up-Ring
- 14a
- Diamantfilm
- 14b
- Diamantfilm
- 14c
- Diamantfilm
- 14d
- Diamantfilm
- 14e
- Diamantfilm
- 41
- stationärer Ring
- 42
- schwimmender Ring
- 62a
- Rastfläche
- 63a
- dichtringseitige Dichtfläche
- 102
- Drehwelle der Drehvorrichtung
- 102a
- wellenseitige Dichtfläche
- 103
- Dichtgehäuse
- 104
- gehäuseseitiger Dichtring
- 104a
- Dichtungsendfläche des gehäuseseitigen Dichtrings
- 105
- O-Ring (ringförmige Dichtung)
- 106
- wellenseitiger Dichtring
- 106a
- Dichtungsendfläche des wellenseitigen Dichtrings
- 106b
- dichtringseitige Dichtfläche
- 114
- Diamantfilm
- A
- äußerer Umfangsbereich
- B
- innerer Umfangsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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