DE2160266A1

DE2160266A1 - Dichtungsring für Gleitringdichtungen

Info

Publication number: DE2160266A1
Application number: DE19712160266
Authority: DE
Inventors: Filip Torvald Älvsjö Stahl (Schweden). P
Original assignee: Stenberg Flygt AB
Current assignee: Xylem Water Solutions AB
Priority date: 1970-12-30
Filing date: 1971-12-04
Publication date: 1972-07-06
Also published as: IT941393B; SE347334B; GB1336625A; US3770181A; DE2160266B2; FI56061B; FI56061C; FR2120779A5; CA961884A; DE2160266C3

Description

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STENBERG-PLYGT AB Solna / Schweden

Dichtungsring für Gleitrin&dichtungen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen aus einem Hartmaterialring und einem Stützring zusammengesetzten Dichtungsring für Gleitringdichtungen, wobei der Stützring und der Hartmaterialring mit einer hauptsächlich radialen Berührungsfläche aneinander anliegen.

Derartige Dichtungsringe für .Gleitringdichtungen kommen zur Verwendung, wenn beispielsweise eine umlaufende Welle gegenüber einem ortsfesten Haus abgedichtet werden soll. Hierbei erfolgt die Primärdichtung zwischen einem ortsfesten, mit dem festen Teil verbundenen ersten Dichtungsring und einem auf diesem ersten Dichtungsring gleitenden, mit dem umlaufenden Teil ver-

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bundenen zweiten Dichtungsring. Die Dichtungsringe sind ihrerseits durch sekundäre Dichtungen gegenüber dem zugehörigen festen bzw. umlaufenden Maschinenteil abgedichtet.

Als Werkstoff für derartige Dichtungsringe für' Gleitringdichtungen werden u.a. Kohle, Bronze, gehärteter Stahl, keramisches Material oder Hartmetall verwendet. Als Sekundärdichtung zwischen diesen Dichtungsringen und dem zugehörigen Maschinenteil werden gewöhnlich O-Hinge, Manschetten, Dichtuhgskeile, Balgen o.dgl. verwendet. Bestehen die Dict^ngsringe aus Kohle, Bronze oder anderem abdrehbarem Werkstoff, bereitet es bei deren Herstellung keine grösseren Schwierigkeiten, die für die Primär- und Sekundärdichtungen erforderlichen Maßtoleranzen einzuhalten. Wenn die Dichtungsringe dagegen aus hartem Material ausgeführt sind, beispielsweise"gesintertem Werkstoff, wie Keramik oder Hartmetall, werden die Herstellungstoleränzen aufgrund der Formveränderungen beim Sintern verhältnismässig gross. Man rechnet mit Maßabweichungen von bis zu - 10 °/>. Ein Abdrehen derartiger gesinterter Werkstoffe ist z.Z. nicht.möglich, sondern die Ringe müssen geschliffen werden, um die erforderliche Maßgenauigkeit zu erhalten. Pur derartiges Schleifen sind Diamantschleifscheiben erforderlich, weshalb das Schleifen ziemlich aufwendig wird.

Um teueres Dichtungsmaterial einzusparen, sowie um den aus Hartmaterial hergestellten Dichtungsringen eine möglichst leicht herstellbare Eorm zu geben, vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt, wurde bereits vorgeschlagen, Dichtungsringe, die Keramik, Hartmetall oder einen anderen harten Werkstoff in der Primärdichtung erfordern, aus zwei Teilen herzustellen, nämlich einem Hartmaterialring und einem aus Stahl, Bronze oder anderem leicht zu bearbeitendem Material ausgeführten Stützring. Dieser Stützring muss mit dem Hartmaterialring verbunden werden, was durch Zusammenvulkanisieren mit Hilfe einer zwischen denselben vorgesehenen Gummischicht erfolgen kann, oder durch Zusammenleimen derselben. Leim und Gummi vertragen indessen nur "begrenzte Erhitzung, was ein offensichtliches Gefahrenmoment in sich "birgt, aufgrund der während des Betriebes entstehenden

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Reibungswärme. Ausserdem sind Leim und Gummi empfindlich gegen gewisse Lösungsmittel und Flüssigkeiten.

Es ist weiterhin "bekannt, den Hartmaterialring mit dem Stützring zu verlöten. Das Löten ruft indessen eine Formveränderung durch Verziehen aufgrund der Temperatureinwirkung, sowie durch Wärmespannungen hervor. Das Hartmaterial hat nämlich einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der nur etwa die Hälfte bis ein Viertel des·Wärmeausdehnungskoeffizienten von ■beispielsweise Stahl ist. Die gewöhnlich aus Silberlot oder Bronzelot bestehende Lötfuge ist ausserdem gegen gewisse korrosive Flüssigkeiten sowie Hitze unbeständig.

Ausserdem ist es in diesem Zusammenhang bekannt, den Hartmaterialring und Stützring durch Aufschrumpfen zu verbinden. Dieser Schrumpfverband kann indessen erfahrungsgemäss bei Ueberhitzung nachgeben, wobei die Gefahr besteht, dass der Hartmaterialring beginnt, sich im Stützring zu drehen, wodurch die Verbindungsflache verschleisst und der Hartmaterialring nicht wieder festgehalten wird, wenn die Dichtung erkaltet. Ausserdem setzt ein Schrumpfverband ein genaues Einschleifen voraus.

Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, Schleifarbeit und dadurch die Verarbeitungskosten bei der Herstellung derartiger zusammengesetzte!¹ Dichtungsringe zu vermeiden oder wenigstens merkbar herabzusetzen, den Verbrauch an teuerem Dichtungswerkstoff niedrig zu halten, eine möglichst leicht herstellbare Form bezüglich der aus Hartmaterial hergestellten Dichtungsringe zu gestatten, vorzugsweise rechteckige Querschnittsform, eine einfache und preisgünstige Verbindung des Hartmaterialrings mit dem Stützring zu schaffen und schliesslich die Einsatzmöglichkeiten für derartige Hartmaterialringe in korrosiven Flüssigkeiten und bei hohen Temperaturen zu erweitern.

Dies wird gemäss vorliegender Erfindung bei einem auB einem Hartmaterialring und einem Stützring zusammengesetzten Dichtungsring für Gleitringdichtungen, wobei der Stützring und der Hartmaterialring mit hauptsächlich radialen gegenseitigen

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Anlageflächen versehen sind, dadurch erreicht, dass sie dadurch zusammengehalten sind, dass der Stützring mit einem federnden Kragen oder einer Hülse versehen ist, die auf den Hartmaterialring aufgewalzt ist und dadurch denselben am Stützring festhält. .Durch die Erfindung entfällt somit sowohl ein Löten, Leimen oder Vulkanisieren als auch ein Aufschrumpfen, d.h. Verbindungsverfahren, die gegenüber Lösungsmitteln sowie gewissen anderen Flüssigkeiten, Temperatureinflüssen oder Korro-• slonsangriffen empfindlich sind. Der Anmeldungsgegenstand verursacht keine Temperaturspannungen im Dichtungsring. Die Bauteile des erfindungsgemässen Dichtungsringes können sich relativ frei bei Temperaturänderungen bewegen, wodurch sich Spannungen ausgleichen können. Der Dichtungsring verzieht

fc sich dabei nicht.

Erfindungsgemäss kann der Kragen oder die Hülse ein getrenntes Bauteil sein, das mit dem Stützring und Hartmaterialring verbunden wird. Nach einer alternativen Ausführungsform wächst der Kragen hauptsächlich axial aus dem Stützring heraus und ist einstückig mit demselben hergestellt. Es ist dabei zweckmässig, zwischen der Wurzel des Kragens und der Anlagefläche des Stützrings gegen den Hartmaterialring eine Nut vorzusehen. Diese Nut verbessert die federnden Eigenschaften des Kragens. Die Nut kann dabei als eine offene Rille zum Einlegen der Sekundärdichtung, beispielsweise in Form eines O-Rings o.dgl. ausgeführt sein, der nachträglich eingelegt wird und dessen Material gemäss vorliegenden Forderungen ausgewählt werden kann.

" Die Hülse oder der Kragen kann teilweise geschlitzt, sowie an seiner Befestigung konisch sein, um die Verbindung der Teile des Dichtungsrings durch Walzen, Pressdrehen oder entsprechende Verformungsverfahren zu erleichtern.

Die Anlage zwischen dem Hartmaterial- und Stützring kann entweder direkt oder über eventuelle Ungleichheiten ausgleichende Einlagen zwischen dem Stütz- und Hartmaterialring erfolgen, beispielsweise in Form einer Scheibe aus weichem Werkstoff wie Kupfer, Messing, Kunststoff, Gummi o.dgl.

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Der Hartmaterialring und eventuell auch der Stützring können mit Mitnehmernuten oder -ansätzen versehen sein, um die Mitnahme zu verbessern.

Durch Anbringung einer Sekundärdichtung zwischen dem Stützring und Hartmaterialring wird vermieden, dass korrodierende oder aggressive Flüssigkeiten zwischen diesen bis zur·Anlagefläche zwischen dem Hartmaterialring und Kragen bzw. der Hülse vordringen können. Man kann dadurch einen guten Berührungskontakt zwischen diesen beiden Ringen aufrecht erhalten und dadurch u;a. auch eine gute Ableitung von Reibungswärme vom Hartmaterialring zum Stützring.

Das Walzen bzw. Pressdrehen wird zweckmässigerweise so ausgeführt, dass der Kragen bzw. die Hülse entweder auf den Innendurchmesser des Hartmaterialrings oder auf dessen Aussendurchmesser aufgewalzt wird, oder auf sowohl Innen- als auch Aussendurchmesser. Durch das Walzen wird der Durchmesser des kragen- bzw. hülsenförmigen Teils vergrössert bzw. verkleinert, abhängig davon, ob es von innen oder von aussen am Hartmaterialring und eventuell Stützring zur Anlage kommt.

Durch die Durchmesserveränderung hält das rohrförmige Teil den Hartmaterialring mit einer Kraft fest, die einer Aufpressung oder Aufschrumpfung gleichwertig ist. Der Druck an der Verbindungsflache wird dadurch bestimmt, wie die Walzung ausgeführt wird, sowie durch die Materialeigenschaften und Materialstärke des kragen- bzw. hülsenförmigen Teils. In gewissen Fällen kann es erwünscht sein, den Zusammenhalt zwischen dem kragen- bzw. hülsenförmigen Teil einerseits und dem Hartmaterialring bzw. Stützring andererseits zu vergrösBern. Dies lässt sich durch konische Ringform und/oder Anbringung von axialen Nuten oder Rillen erzielen. Beim Walzen dringen Zonen des kragen- bzw. hülsenförmigen Teils darin ein, wodurch sich die zusammenhaltende Kraft zwischen dem Stützring und Hartraaterialring vergrößsert.

In gewiesen Fällen kann es wünschenswert sein, den Zusammenhalt zwischen dem kragen- bzw. hülsenförmigen Teil und dem Hartmaterialring bzw. Stützring zu vermindern. Dies ist insbe-

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sondere der Fall, falls der Werkstoff des Hartmaterialrings spröde ist. Eine solche Verminderung des Zusammenhalts- bzw. Oberflächendrucks lässt sich dadurch erreichen, dass *die Materialstärke des kragen- bzw. hülsenförmigen Teils vermindert wird, oder indem dieses mit einem oder mehreren axial verlaufenden Schlitzen begrenzter Länge versehen wird.

Die Sekundärdichtung zwischen dem Stützring und Hartmaterialring kann in Form einer an sich bekannten Dichtung, eines O-Rings oder mit einem anderen Dichtungsmittel, eventuell einer weichen, härtbaren Dichtungsmasse ausgeführt werden.

Die Erfindung sei nun näher unter Bezugnahme auf beiliegenfe de Zeichnung beschrieben, die schematisch einige Ausführungsbeispiele darstellt. Dabei zeigen
Pig. 1 eine schaubildliche Wiedergabe eines erfindungsgemäs-

sen Dichtungsrings mit einer axialen Schnittfläche, Pig. 2-7 Querschnitte verschiedener erfindungsgemässer Dichtungsringe in Axialrichtung und

Pig. 8 einen Radialschnitt durch einen erfindungsgemassen Dichtungsring, wobei der Hartmaterialring in seinen vier Sektoren vier verschiedene Ausführungsformen zeigt.

Pig. 1 zeigt schaubildlich in einem Axialschnitt einen Stützring1 sowie einen axial neben demselben liegenden Hartmaterialring 2. Diese beiden Ringe werden durch eine von innen aufgewalzte Hülse 3 zusammengehalten. Der Hartmaterialring " hat einen leicht herzustellenden, rechtwinkligen Querschnitt und muss nur an der mit 4 bezeichneten G-leitringdichtungsflache geschliffen werden. Die übrigen Oberflächen.desselben können unbearbeitet bleiben.

In Pig. 2 ist die Hülse 3 durch einen aus dem Stützring ungefähr axial hervorstehenden Kragen 3 ersetzt, der von innen in den Hartmaterialring 2 eingreift und denselben inwendig festhält. Zwischen dem Hartmaterialring und dem Stützring ist eine weiche Kupferscheibe 5 als sekundäre Dichtung eingelegt, die ; gleichzeitig eine gute Wärmeableitung vom Hartmaterialring gestattet. 14 ist eine zusätzliche Sekundärdichtung zwischen der

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Stützring 1 und dem anliegenden, nicht dargestellten Maschinenbauteil. Diese Pigur zeigt ebenso wie die nachstehenden nur eine Sektion des Ringes, die dem rechten Schnitt in Pig. 1 entspricht. Pig. 5 und 7 entsprechen jedoch dem linken Teil der Pig. 1. .

Bei der Ausführungsform nach Pig. 3 ist die Kupferscheibe durch eine sekundäre Dichtung 6 in Porm eines in eine Nut 7 im Stützring 1 eingelegten O-Rings 6 ersetzt. Wie im vorhergehenden Beispiel ist die Hülse durch einen aus dem Stützring vorstehenden Kragen 3 ersetzt, der den Hartmaterialring 2 von aussen festhält. Es sei hier auch auf die am Puss des Kragens liegende Nut 8 verwiesen, die die Verformbarkeit des Kragens verbessert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Pig. 4 umgreift der Kragen wie im vorhergehenden Beispiel von aussen den Hartmaterialring Die Nut 8 am Puss des Kragens 3 wird hier gleichzeitig zur Aufnahme der sekundären Dichtung 6 ausgenützt. Die Anlagefläche zwischen dem Kragen 3 und Hartmaterialring 2 wurde mit 10 bezeichnet.

Pig. 5 zeigt eine andere Möglichkeit, die Sekundärdichtung 6 vorzusehen. Die Anlagefläche 9 zwischen dem Hartmaterialring 2 und Stützring 1 ist ausserdem schräg nach innen geneigt, wodurch man in gewissem Ausmaß den Hartmaterialring 2 von Zugspannungen entlasten kann, wenn derselbe gegen den in der Zeichnungsfigur nicht dargestellten zweiten Hartmaterialring der Gleitringdichtung angepresst wird.

Bei der Ausführung nach Pig. 6 nimmt der Innendurchmesser sowohl des Hartmaterialrings 2 als auch des Stützrings 1 in Richtung von der gemeinsamen Berührungsfläche 9 derselben nach einer zylindrischen Mittelsektion zu. Sie werden von innen -rkirch eine pressgedrehte Hülse 3 zusammengehalten. Man erreicht durch diese Ausführung einen sehr guten Zusammenhalt in Axialdichtung.

Der gleiche Zweck lässt sich bei einer Ausführung nach rig. 7 erreichen, wobei in der Anlagefläche 10 zwischen der Hül- ■τ~ 3 einerseits und dem Hartmaterialring.2 bzw. Stützring 1

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andererseits periphere Rillen 11 vorgesehen sind, in die die Hülse 3 eingewalzt ist.

Fig. 8 schliesslich zeigt in einem Radialschnitt drei vefschiedene Axialnuten 12, in die der Kragen "bzw. die Hülse 3 eingewalzt ist. Man kann dadurch die Mitnahmekraft zwischen dem Stützring und Hartmaterialring verbessern, ohne den radialen Druck auf die genannten Ringe zu erhöhen. Eventuell kann man den Kragen an diesen Axialnuten einschlitzen und die Kanten 13 der Schlitze darin einbiegen. Die Schlitze erstrecken sich natürlich nur über einen Teil der axialen Länge der Hülse. Anstelle von Nuten kann man selbstverständlich auch Anschläge 12* o.dgl. vorsehen, die in Eingriff mit den Schlitzen gebracht werden, Biehe rechts in Pig. 8.

Obgleich die Erfindung im Anschluss an einige Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, kann sie dennoch beliebig im Rahmen der nachstehenden !Patentansprüche abgewandelt werden.

- Patentansprüche -

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ORiG/NAL INSPECTED

Claims

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Patentansprüche.

Dichtungsring für Gleitringdichtungen, der aus einem Hartmaterialring und einem Stützring zusammengesetzt ist, wobei der Stützring und der Hartmaterialring mit einer hauptsächlich radialen Berührungsfläche aneinander anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (1) und der Hartmaterialring (2) dadurch zusammengehalten sind, dass der Stützring (1) mit einem federnden Kragen oder einer federnden Hülse (3) versehen ist,, die auf den Hartmaterialring (2) aufgewalzt, pressgedreht oder auf andere Art und Weise angepresst ist und dadurch denselben am Stützring (1) festhält.
2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen oder die Hülse (3) ein getrenntes Bauteil ist, das den Stützring (1) mit dem Hartmaterialring (2) verbindet.
3. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, dass der Kragen oder die Hülse

(3) hauptsächlich axial vom Stützring (1) vorragt und einstückig mit demselben hergestellt ist.
4. Dichtungsring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Anlagefläche (9) des Kragens (3) und Stützrings (1) am Hartmaterialring (2) eine Hut (8) vorgesehen ist.
5. Dichtungsring nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (θ) als eine offene IUlIe zum Einlegen einer Sekundärdichtung (6) beispielsweise in Form eines O-Rings o.dgl. ausgeführt ist«,

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INSPECTED
6. Dichtungsring nach einem oder mehreren der vorstehenden Anaprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hartmaterialring (2) und Stützring (1) eine Scheibe (5) aus weichem Material wie Kupfer, Messing, Kunststoff, Gummi o.dgl', eingelegt ist.
7. Dichtungsring nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartmaterialring (2) und/oder Stützring (1) mit vorzugsweise axial verlaufenden Mitnehmernuten (12) oder -anschlagen (12') versehen ist, mit denen der Kragen (3) in

^ Eingriff gebracht ist.
8. Dichtungsring nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse oder der Kragen (3) in Axialrichtung eingeschlitzt ist.
9. Dichtungsring nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzei chnet, dass die Schlitze im Bereich der axialen Mitnehmernuten (12) "bzw. -anschlage (12') liegen, sowie dass die Kanten (13) der Schlitze in die Nuten (12) eingebogen sind bzw. die Anschläge (12') flankieren.
w 10. Dichtungsring nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass .der Hartmaterialring (2) und/oder Stützring (1) in der Anlagefläche (10) gegen den Kragen bzw. die Hülse (3) in Umfangsrichtung verlaufende Rillen (11) oder Absätze aufweisen, die in Eingriff mit dem Kragen oder der Hülse (3) stehen.
11. Dichtungsring nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstärke des Kragens oder der Hülse (3) von der Mitte axial nach aussen abnimmt.

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12. Dichtungsring nach, einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen bzw. die Hülse (3) den Hartmaterialring (2) von innen festhält, sowie dass die Berührungsfläche (9) zwischen dem Hartmaterialring (2) und Stützring (1) schräg nach innen geneigt ist. ' ■

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