DE202020105210U1

DE202020105210U1 - Gleitringdichtung mit Faltenbalg

Info

Publication number: DE202020105210U1
Application number: DE202020105210.1U
Authority: DE
Original assignee: UMBRA MECCANOTECNICA; Meccanotecnica Umbra SpA
Current assignee: UMBRA MECCANOTECNICA; Meccanotecnica Umbra SpA
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2030-09-11
Also published as: CN214662030U

Abstract

Gleitringdichtung (1) umfassend:
einen feststehenden Dichtungsring, der an einem feststehenden Teil befestigt werden kann,
einen drehbeweglichen Dichtungsring (2), der an einem drehbeweglichen Teil angebracht werden kann,
einen Faltenbalg (3), der den drehbeweglichen Dichtungsring (2) aufnimmt, wobei der Faltenbalg einen zentralen Abschnitt (32) aufweist, der sich wie ein Faltenbalg falten lässt;
einen ersten Federhalterungsring (4) und einem zweiten Federhalterungsring (5), die an dem Faltenbalg (3) montiert sind, und
eine Schraubenfeder (6), die um den Faltenbalg (3) herum zwischen dem ersten Federhalterungsring (4) und dem zweiten Federhalterungsring (5) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass diese umfasst:
einen Schutzring (7), der mit einer in Bezug auf seine Achse symmetrischen Form versehen und um den zentralen Abschnitt (32) des Faltenbalgs so angeordnet ist, dass dieser eine Ausbuchtung des Mittelteils des Faltenbalgs, die durch einen Gegendruck aus dem Inneren des Faltenbalgs heraus verursacht wird, festhält.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleitringdichtung mit Faltenbalg.
Bekanntlich umfasst eine Gleitringdichtung einen feststehenden Dichtungsring, der an einem feststehenden Teil, z.B. einem Behälter, befestigt werden kann, und einen drehbeweglichen Dichtungsring, der an einem drehbeweglichen Teil, z.B. einer Welle, befestigt werden kann.
Der drehbewegliche Dichtungsring wird durch eine Feder so gegen den feststehenden Dichtungsring gedrückt, dass der drehbewegliche Dichtungsring auf dem feststehenden Dichtungsring gleiten kann, wodurch eine Flüssigkeitsdichtung zwischen den beiden Ringen bereitgestellt wird. Die Dichtungsringe bestehen im Allgemeinen aus Siliziumkarbid, Kohlenstoff, Sinterkarbid oder imprägniertem PTFE.
Auf dem Markt sind Standard-Gleitringdichtungen erhältlich, bei denen der drehbewegliche Gleitring auf einem Gummibalg montiert ist, der zurückgezogen wird bzw. sich zusammenzieht, wenn die beiden Gleitringe distal angeordnet sind und die Gleitringdichtung sich in einer Ruhestellung befindet, und der aufgeweitet wird bzw. sich ausdehnt, wenn die beiden Gleitringe in gegenseitigem Kontakt sind und die Gleitringdichtung in Betriebsbereitschaft ist.
Eine Schraubenfeder spannt den Faltenbalg in die expandierte Position und wird durch zwei im Faltenbalg montierte Federhalteringe gehalten.
Eine solche Art von Standard-Gleitringdichtung kann nur für niedrige Drücke verwendet werden, die von außen in Bezug auf den Faltenbalg einwirken. Kommt der Druck des Fluids dagegen aus dem Inneren des Faltenbalges, der aus Gummi besteht, neigt der Faltenbalg nämlich dazu, in dem am meisten beanspruchten Bereich zu reißen.
Ein solcher Nachteil wird durch verbesserte (nicht genormte) Gleitringdichtungen gelöst, die mit Metallflügeln versehen sind, um den mittleren Teil des Faltenbalgs zu schützen, der den empfindlichsten Teil des Faltenbalgs darstellt. Verbesserte Gleitringdichtungen unterscheiden sich von Standard-Gleitringdichtungen. Tatsächlich ist eine verbesserte Gleitringdichtung ein anderes Produkt, das direkt mit den Schutzflügeln des Faltenbalgs konstruiert und hergestellt wird. Aus diesem Grund sind verbesserte Gleitringdichtungen komplizierter und teurer als Standard-Gleitringdichtungen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile des Standes der Technik zu beheben, indem eine Gleitringdichtung mit Faltenbalg offenbart wird, die in der Lage ist, bei hohem Druck und auch mit einem Gegendruck, der aus dem Inneren des Faltenbalges heraus einwirkt, zu arbeiten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Offenbarung einer solchen zuverlässigen und langlebigen Gleitringdichtung.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine solche Gleitringdichtung zu offenbaren, die vielseitig im Einsatz, preiswert und einfach herzustellen ist, und zwar ausgehend von Standard-Gleitringdichtungen, die allgemein auf dem Markt erhältlich sind.
Diese Aufgabe werden gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Aus den abhängigen Ansprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausführungsformen nach der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Gleitringdichtung mit Faltenbalg wird durch Anspruch 1 definiert.
Zusätzliche Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die sich auf eine nicht beschränkend auszulegende und lediglich beispielhafte Ausführungsform bezieht, die in den beigefügten Abbildungen gezeigt ist, deutlicher hervorgehen. In den Figuren zeigt

1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung;
2 eine axiale Ansicht der Gleitringdichtung nach der 1;
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung sämtlicher Bauteile der Gleitringdichtung nach der 1; und
4 ein Ausschnitt aus 2, in dem beispielhaft Maßbezugswerte angegeben sind.

Unter Bezugnahme auf die Abbildungen wird eine erfindungsgemäße Gleitringdichtung offenbart, die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.
Die Gleitringdichtung 1 umfasst einen drehbeweglichen Dichtungsring 2, der geeignet ist, um an einem feststehenden Teil, wie z.B. einem Behälter, befestigt zu werden, und einen drehbeweglichen Dichtungsring, der geeignet ist, um an einem drehbeweglichen Teil, wie z.B. einer Welle, befestigt zu werden.
Der drehbewegliche Dichtungsring ist vom bekannten Typ und ist daher in den Zeichnungen weggelassen.
Der feststehende Dichtungsring und der drehbewegliche Dichtungsring sind aus Siliziumkarbid oder anderen bekannten Materialien hergestellt.
Der drehbewegliche Dichtungsring 2 hat eine Gleitfläche 20, die geeignet ist, um mit einer Gleitfläche des feststehenden Dichtungsrings in Kontakt zu gelangen.
Der drehbewegliche Dichtungsring 2 ist auf einem Faltenbalg 3 aus Gummi angebracht.
Der Faltenbalg 3 hat eine symmetrische Form in Bezug auf die Achse des Faltenbalgs, nämlich eine im Wesentlichen zylindrische und/oder konische Form. Der Faltenbalg 3 umfasst einen unteren Bund 30 und einen oberen Bund 31, die durch einen zentralen Abschnitt bzw. Mittelteil 32 miteinander verbunden sind.
Der zentrale Abschnitt 32 des Faltenbalgs hat eine faltenbalgartige Konfiguration und eine geringere Dicke als der untere Bund und der obere Bund 30, 31. Im Hinblick auf das vorstehend Gesagte kann der zentrale Abschnitt des Faltenbalgs 32 aus einer expandierten bzw. aufgeweiteten Position, in der die beiden Bünde 31, 30 distal sind, in eine zurückgezogene Position, in der die beiden Bünde proximal sind, als ein Faltenbalg gefaltet werden.
Der obere Bund 31 des Faltenbalgs hat einen inneren ringförmigen Sitz 33, der geeignet ist, den drehbeweglichen Dichtungsring 2 abgedichtet aufzunehmen, so dass die Gleitfläche 20 des drehbeweglichen Dichtungsrings von der Oberseite des Faltenbalgs vorsteht.
Der obere Bund 31 des Faltenbalgs umfasst einen oberen Rand 34 mit einem größeren Außendurchmesser als der obere Bund, so dass eine Stufe definiert ist.
Der untere Bund 30 und der obere Bund 31 des Faltenbalgs haben einen größeren Außendurchmesser als der zentrale Abschnitt 32, so dass eine Stufe 36, 37 definiert ist.
Ein erster Federhalterungsring 4 und ein zweiter Federhalterungsring 5 sind am unteren Bund 30 bzw. am oberen Bund 31 des Faltenbalgs angebracht. Die Federhalterungsringe 4, 5 sind aus Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt.
Jeder Federhalterungsring 4, 5 hat einen zylindrischen Körper 40, 50, einen ringförmigen Flansch 41, 51, der von einem ersten Rand des zylindrischen Körpers radial nach außen vorsteht, und einen inneren Bund 42, 52, der von einem zweiten Rand des zylindrischen Körpers radial nach innen vorsteht.
An jedem ringförmigen Flansch 41, 51 ist ein Anschlag-Zahn angeordnet. Der Anschlag-Zahn 44, 54 kann mittels einer U-förmigen Kerbe 43, 53 auf dem ringförmigen Flansch 41, 51 ausgebildet werden, die einen radialen Flügel 44, 54 definiert, der zum Körper 40, 50 des Federhalterungsrings hin mit einem Winkel von ungefähr 45° relativ zum ringförmigen Flansch gefaltet ist.
Der erste Federhalterungsring 4 ist auf dem unteren Bund 30 des Faltenbalgs derart montiert bzw. angebracht, dass der innere Bund 42 des ersten Federhalterungsrings gegen die Stufe 36 des unteren Bunds 30 des Faltenbalgs gestoppt wird und der ringförmige Flansch 41 des ersten Federhalterungsrings radial nach außen vorsteht.
Der zweite Federhalterungsring 5 ist auf dem oberen Bund 31 des Faltenbalges derart montiert bzw. angebracht, dass der innere Bund 52 des zweiten Federhalterungsringes gegen die Stufe 37 des oberen Bunds 30 des Faltenbalges und der ringförmige Flansch 51 des zweiten Federhalterungsringes gegen die Stufe 35 des Bunds 34 des Faltenbalges gestoppt wird und radial nach außen vorsteht.
Um den Faltenbalg 3 herum ist zwischen dem ersten Federhalterungsring 4 und dem zweiten Federhalterungsring 5 eine Schraubenfeder 6 angeordnet. Die Schraubenfeder 6 ist wie die Federhalterungsringe aus Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt.
Die Schraubenfeder 6 hat ein erstes Ende 60 und ein zweites Ende 61.
Die Schraubenfeder 6 ist derart am Faltenbalg 3 montiert, dass das erste Ende 60 der Schraubenfeder auf dem Ringflansch 41 des ersten Federhalterungsrings angeordnet ist und gegen den Anschlagszahn 44 des ersten Federhalterungsrings anschlägt, und dass das zweite Ende 61 der Schraubenfeder unter dem Ringflansch 51 des zweiten Federhalterungsrings angeordnet ist und gegen den Anschlag-Zahn 54 des zweiten Federhalterungsrings anschlägt.
Bei der oben beschriebenen Gleitringdichtung handelt es sich um eine auf dem Markt allgemein erhältliche Standard-Gleitringdichtung.
Der Erfindung zufolge umfasst die Gleitringdichtung 1 auch einen Schutzring 7, der um den zentralen Abschnitt 32 des Faltenbalgs herum angeordnet ist, um den zentralen Abschnitt des Faltenbalgs zu schützen und zu halten und ihn vor übermäßiger Ausbeulung zu schützen, wenn der Faltenbalg 3 einem hohen Druck oder einem Gegendruck aus dem Inneren des Faltenbalgs heraus ausgesetzt ist.
Der Schutzring 7 hat in Bezug auf seine Achse eine symmetrische Form, beispielsweise eine zylindrische, konische oder eine andere Form, und kann aus Metall, Stahl, Aluminium, Legierungen oder Kunststoff hergestellt werden.
Der Außendurchmesser 1 (siehe 4) des Schutzringes 7 ist kleiner als der Innendurchmesser der Schraubenfeder 6. Auf diese Weise ist der Schutzring um den zentralen Abschnitt 32 des Faltenbalgs herum angeordnet und anschließend wird die Schraubenfeder 6 um den Schutzring 7 herum angeordnet, ohne den Schutzring zu behindern.
In Bezug auf 4 hat der zentrale Abschnitt 32 des Faltenbalgs bei aufgeweitetem Faltenbalg 3 einen maximalen Außendurchmesser D1 und einen minimalen Außendurchmesser D2.
Der Innendurchmesser 2 des Schutzrings ist größer als der maximale Außendurchmesser D1 des Faltenbalgs. Im Hinblick auf das oben Gesagte bleibt ein Spalt G zwischen dem zentralen Abschnitt 32 des Faltenbalgs und dem Schutzring, wobei der Spalt G eine minimale Breite A1 hat, die durch den folgenden Ausdruck gegeben ist: $A 1 = \frac{ϕ 2 - D 1}{2} = 0,75 mm$
und auch eine maximalen Breite A2 hat, die durch den folgenden Ausdruck gegeben ist $A 2 = \frac{ϕ 2 - D2}{2} = 2,4 mm$
Vorteilhaft ist, dass der Innendurchmesser 2 des Schutzrings um ca. 1,5 - 3 mm größer ist als der maximale Außendurchmesser D1 des zentralen Abschnitts des Faltenbalgs.
In einem solchen Fall kann der Schutzring 7 eine Dicke s von etwa 1 - 2 mm haben, was ausreicht, um einem hohen Gegendruck aus dem Inneren des Faltenbalgs heraus standzuhalten, der die Wölbung des zentralen Abschnitts des Faltenbalgs verursacht.
Die Höhe H des Schutzrings 7 ist geringer als die Höhe des zentralen Abschnitts des Faltenbalgs, gemessen als Abstand zwischen den beiden Bünden 30, 31 des Faltenbalgs. Beispielsweise kann die Höhe H des Schutzrings 7 ungefähr die Hälfte der Höhe des zentralen Abschnitts des Faltenbalgs betragen.
Wenn der Faltenbalg 3 einem Gegendruck aus dem Inneren des Faltenbalgs heraus ausgesetzt ist, neigt der zentrale Abschnitts 32 des Faltenbalgs aufgrund des vorhandenen Spalts G dazu, sich im Spalt G nach außen zu wölben, bis er gegen den Schutzring 7 gestoppt wird, der eine zusätzliche Wölbung des zentralen Abschnitts des Faltenbalgs verhindert, die zum Bruch und Abreißen des Faltenbalgs führen würde.
Zur Veranschaulichung sind nachstehend einige Dimensionswerte des Schutzringes 7 angegeben.

Außendurchmesser ϕ1 =34,7 mm
Innendurchmesser ϕ2 = 32,5 mm
Dicke $s = \frac{ϕ 1 - ϕ 2}{2} = 1 mm$
Höhe H = 4 mm

Zur Veranschaulichung sind nachstehend einige Dimensionswerte des zentralen Abschnitts des Faltenbalgs 7 angegeben.

Maximaler Außendurchmesser D1 = 31 mm
Minimaler Außendurchmesser D2 = 27,7 mm

Die Abmessungen des Spaltes G werden auf der Grundlage der vorgenannten Dimensionswerte berechnet. $A 1 = \frac{ϕ 2 - D 1}{2} = 0,75 mm$
$A 2 = \frac{ϕ 2 - D2}{2} = 2,4 mm$
Durch die Anordnung des Schutzrings 7 kann die Gleitringdichtung 1 bei hohem Druck und mit einem Gegendruck aus dem Inneren des Faltenbalgs heraus eingesetzt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass der zentrale Abschnitt des Faltenbalgs abreißt. Außerdem wird der Schutz des Faltenbalges gegen äußere Belastungen (aufgrund von abrasiven Flüssigkeiten oder einen besonders hohen Druck) erhöht.
Es sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Gleitringdichtung 1 keine bauliche Veränderung oder Anpassung einer marktüblichen Standard-Gleitringdichtung erfordert. Tatsächlich erfordert die erfindungsgemäße Gleitringdichtung 1 lediglich die Hinzufügung des Schutzringes 7 zu einer auf dem Markt erhältlichen Standard-Gleitringdichtung.
Der Anmelder hat mehrere experimentelle Tests mit einer Standard-Gleitringdichtung und mit der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung 1 durchgeführt. Der Anmelder hat festgestellt, dass bei einem Gegendruck von ca. 5 bar, der aus dem Inneren des Faltenbalges heraus einwirkt, der Faltenbalg der Standard-Gleitringdichtung abgerissen wurde, während der Faltenbalg der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung einem Innendruck von 5 bar einwandfrei standgehalten hat.
Zusammenfassend offenbart die vorliegende Erfindung eine Gleitringdichtung 1, umfassend: einen feststehenden Dichtungsring, einen drehbeweglichen Dichtungsring 2, einen Faltenbalg 3, der den drehbeweglichen Dichtungsring 2 aufnimmt, wobei der Faltenbalg einen zentralen Abschnitt 32 aufweist, der zum Falten wie ein Faltenbalg geeignet ist, einen ersten Federhalterungsring 4 und einen zweiten Federhalterungsring 5, die an dem Faltenbalg 3 angebracht sind, eine Schraubenfeder 6, die um den Faltenbalg 3 herum zwischen dem ersten Federhalterungsring 4 und dem zweiten Federhalterungsring 5 angeordnet ist, und einen Schutzring 7, der mit einer in Bezug auf seine Achse symmetrischen Form versehen und um den zentralen Abschnitt 32 des Faltenbalgs herum derart angeordnet ist, dass dieser eine durch einen Gegendruck aus dem Inneren des Faltenbalgs verursachte Ausbuchtung des zentralen Abschnitts des Faltenbalgs festhält oder den Schutz des Faltenbalgs vor einer äußeren Belastung durch abrasive Fluide oder einen besonders hohen Druck verbessert.
Zahlreiche äquivalente Varianten und Modifikationen, die an der vorliegenden Verkörperung der Erfindung vorgenommen werden können und die dem Fachmann auf diesem Gebiet beim Studium der vorstehenden Offenbarung ersichtlich sein werden, sollen in jedem Fall unter den Schutzbereich fallen, wie er in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

Gleitringdichtung (1) umfassend: einen feststehenden Dichtungsring, der an einem feststehenden Teil befestigt werden kann, einen drehbeweglichen Dichtungsring (2), der an einem drehbeweglichen Teil angebracht werden kann, einen Faltenbalg (3), der den drehbeweglichen Dichtungsring (2) aufnimmt, wobei der Faltenbalg einen zentralen Abschnitt (32) aufweist, der sich wie ein Faltenbalg falten lässt; einen ersten Federhalterungsring (4) und einem zweiten Federhalterungsring (5), die an dem Faltenbalg (3) montiert sind, und eine Schraubenfeder (6), die um den Faltenbalg (3) herum zwischen dem ersten Federhalterungsring (4) und dem zweiten Federhalterungsring (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese umfasst: einen Schutzring (7), der mit einer in Bezug auf seine Achse symmetrischen Form versehen und um den zentralen Abschnitt (32) des Faltenbalgs so angeordnet ist, dass dieser eine Ausbuchtung des Mittelteils des Faltenbalgs, die durch einen Gegendruck aus dem Inneren des Faltenbalgs heraus verursacht wird, festhält.
Gleitringdichtung (1) nach Anspruch 1, bei der der Außendurchmesser (1) des Schutzrings (7) kleiner ist als der Innendurchmesser der Schraubenfeder (6), so dass die Schraubenfeder um den Schutzring (7) herum angeordnet ist, ohne den Schutzring zu behindern.
Gleitringdichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn der Faltenbalg (3) sich in einem expandierten bzw. aufgeweiteten Zustand befindet, der zentrale Abschnitt (32) des Faltenbalgs einen maximalen Außendurchmesser (D1) und einen minimalen Außendurchmesser (D2) hat und der Innendurchmesser (ϕ2) des Schutzrings (7) größer als der maximale Außendurchmesser (D1) des Faltenbalgs ist, derart, dass ein Spalt (G) zwischen dem zentralen Abschnitt (32) des Faltenbalgs und dem Schutzring (7) verbleibt.
Gleitringdichtung (1) nach Anspruch 3, wobei der Innendurchmesser (ϕ2) des Schutzrings um etwa 1,5 - 3 mm größer ist als der maximale Außendurchmesser (D1) des zentralen Abschnitts des Faltenbalgs.
Gleitringdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Faltenbalg einen unteren Bund (30) und einen oberen Bund (31) aufweist und die Dicke des zentralen Abschnitts (32) des Faltenbalgs geringer ist als die Dicke des unteren Bundes (30) und des oberen Bundes (31).
Gleitringdichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die Höhe (H) des Schutzrings (7) ungefähr gleich der Hälfte der Höhe des zentralen Abschnitts (32) des Faltenbalgs ist, gemessen als Abstand zwischen dem unteren Bund (30) und dem oberen Bund (31).
Gleitringdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke des Schutzrings (7) 1 - 2 mm beträgt.
Gleitringdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schutzring (7) aus Metall, Stahl, Legierungen, Aluminium oder einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.