DE2209860C3

DE2209860C3 - Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE2209860C3
Application number: DE2209860A
Authority: DE
Inventors: Robert S. Wilmington Calif. Wentworth Jun. (V.St.A.)
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1971-03-04
Filing date: 1972-03-01
Publication date: 1974-09-26
Also published as: US3776560A; AU3847672A; NL168919B; NL168919C; FR2127992A5; IT947945B; NL7202080A; JPS5642794B1; AU468231B2; GB1334507A; DE2209860B2; AR196300A1; CA958439A; BR7201065D0; ZA72596B; DE2209860A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit einem Balg als Sekundärdichtung, der an einem den Gleitring umschließenden Stützring angeschlossen ist, wobei die Gleitfläche des Gleitringes mit einer Gegengleitfläche unter dem auf den Balg wirkenden Strömungsmitteldruck in Eingriff steht. 4=

Eine derartige Gleitringdichtung, die insbesondere für Pumpen geeignet ist, ist in der USA.-Patentschritt 3 388 913 beschrieben. Diese Dichtung hat den Vorteil, daß eine besonders große gleitende Dichtungsfläche ausnutzbar ist und bei ansteigendem Druck der Strömungsrnhtelzufluß zur Schmierung der Gleitflächen zunimmt. Die Faltenbalge derartiger Dichtungen weisen für bestimmte Bedingungen jeweils einen zwischen dem Innen- und Außendurchmesser kreisförmigen Ringen betrachtet werden, die durch reibungslose Gelenke — solange keine Bewegung übertragen wird und nur statische Kräfte betrachtet werden — verbunden sind. In einem derartigen Fall

kann davon ausgegangen werden, daß alle sich aus dem Differentialdructi ergebenden Kräfte durch Zug- und Druckkräfte ausgeglichen werden, die über die Gelenke übertragen werden, mit Ausnahme der radial äußeren 50 ⁰Zo des Bereiches der äußersten Mem-

.0 branhälften. Es wird deshalb die hydraulische Kraft durch einen Faltenbalg übertragen und ist vergleichbar mit der Kraft eines Ringkolbens mit einem Innendurchmesser, der dem mittleren Durchmesser des Faltenbalges entspricht

Bei höheren Drücken werden jedoch die Balgmembranen derart verformt, daß sie dazu neigen, sich an ihrer Außenseite gegeneinanderzulegen und sich an den Schweißstellen an ihrer Innenseite zu weiten. Unter diesen Umständen nehmen d«e Ringe zahlreicher Ausführungsformen derartiger Balge auf der dem Druck zugekehrten Seite eine flache radiale Form an oder nähern sich wenigstens diesem Endzustand, so daß sie deshalb praktisch nicht langer als Balg wirksam sind. Es ergibt sich dadurch ein »neuer Faltenbalg« mit unverändertem Innendurchmesser, wobei ein vor. außen wirkender Druck angenommen wird, dessen neuer »Außendurchmesser« jedoch verringert ist, so daß sein neuer Gleichgewichtsdurchmesser näher am Innendurchmesser liegt.

Falls ein Balg mit sehr enger Teilung verwendet wird, stellt sich diese Abnahme des Gleichgewichtsdurchmessers bereits bei einem niedrigen Druck ein, da die Membranen am Anfang nahezu vertikal ausgerichtet sind. Hat also bei niedrigem Druck eine Dichtung beispielsweise 70 °/o ihrer Dichtungsfläche außerhalb des mittleren Durchmessers des gesamten Balges, so können bei hohen Arbeitsdrücken 100ⁿn der Dichtungsflächc außerhalb des neuen Gleichgewichtsdurchmessers liegen.

Diese Überlegungen zeigen, daß der Gleichgewichtsdurchmesser eines Balges bei hohem Druck näher an seinem Innendurchmesser liegt, woraus sich eine höhere Dichtpressung auf den Gleitring ergibt als bei niedrigem Druck. Die sich hieraus ergebenden Probleme bei der bekannten Gleitringdichtung unter Verwendung eines Balges und einem Stützring, der das von der Dichtungsfläche abgekehrte Ende des

Gieitringes umschließt, werden nachfolgend in Ver-

. „, bindung mit F i g. 4 bis 6 im einzelnen erläutert. Es

liegenden Durchmesser auf, der mit dem Durchmes- 50 hat sich gezeigt, daß die durch die Verwendung des Ber einer Anordnung ohne Balg vergleichbar ist und Balges erzielten Vorteile nur dadurch ausgenutzt

werden können, daß bei niedrigem Druck ein bereits etwas abgenutzter Gleitring außerhalb oder nahe des

— —_α — _ _ti Gleichgewichtsdurchmessers des Balges seinen Dich-

ausgegangcn werden, daß der Gleichgewichtsdurch- 55 tungskontakt hat. Bei der bekannten Anordnung ist

dieses dadurch sichergestellt, daß nur ein geringer Anteii der zur Verfügung stehenden Oberfläche innerhalb des Gleichgewichlsdurchmessers für die Dichtungsberührung benutzt wird. Dieses bedeutet eine Platzverschwendung und setzt, weil sich der Glcichgewichtsdurchmesser verschiebt, die Dichtungsflächen einer hohen Flächenbelastung bzw. Beanspruchung aus, was den Verschleiß dieser Flächen erhöht. Außerdem muß bei jeder Dichtung die Federkraft des Balges so begrenzt werden, daß die Belastung der Gleitfläche des beispielsweise aus Kr-IiIc bestehenden Gleitringes sich in vertretbaren Grenzen hält. Eine kleine Stirnfläche erfordert dern-

bei einer Sekundärdichtung als »Gleichgewichtsdurchmesser« bezeichnet wird. Näherungsweise kann bei einem Balg mit einer üblichen Teilung davon

messer etwa im mittleren Durchmesscrbereich des Balges liegt, ohne daß er eine feste Lage hat. Vielmehr stellt er eine Resultierende wechselnder Kräfte dar, die bestrebt sind, den Balg m achließen oder zu dehnen, wobei viele dieser Kräfte von den Zugspannungs- und Biegespannungscharakteristiken der h id d d BI): gefertigt

Bal

Membran abhängig sind, aus der der
ist, sowie von der Auswirkung der Teilung des
ges auf diese Charakteristiken.

Hm Balg, der einem Druck ausgesetzt ist clei nicd-1 ir genug ist. um kcitir- merkliche Vcriindcriini.'. seiner Form gegenüber dem drucklosen Zustund zu bewirken, kann al:? eine Reihe von steifen flachen,

nach für die gleiche Durchfederung eine weichere Federcharakteristik des Balges.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Gleitringdichtung mit einem Balg als Sekundärdichtung zu schaffen, bei der die Dichtungswirkung auch nach längerer Betriebszeit weitgehend unverändert aufrechterhalten ist.

Dieses wird bei der eingangs näher erläuterten Gleitringdichtung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Stützring derart ausgebildet ist, daß er einer elastischen Auslenkung des Gleitringes unter der in Radialrichtung wirkenden Druckdifferenz einen gegenüber den übrigen Bereichen des Stützringes höheren Widerstand in dem der Gleitfläche benachbarten Bereich des Gleitringes in Radialrichtung entgegensetzt.

Es ist zwar bereits ein Stützring bekannt, der auf seiner Außenseite nahe der Gleitfläche einen Bund aufweist, doch dient dieser Bund lediglich als Wider lager für eine Feder, die sehr stark ausgebildet sein muß. da sie annähernd den gesamten Dichtungsdrucl· aufzubringen hat. Der Gleitring ist bei dieser ^Anordnung derart ausgebildet, daß an seinem äußeren umfang im Bereich der Gleitfläche eine we.i vorspringende Nase vorgesehen ist, die mit einer langgestreckten Abschrägung auf den Innendurchmesser übergeht. Die Dichtfläche wird hierbei nur durch eine schmale Ringfläche am äußeren Umfang des Gleitringes gebildet.

Es ist auch eine Gleitringdichtung bekannt, bei der durch die Anordnung eines besonderen Ringes eine Verwerfung des Gleitringes durch Wärmeeinwirkung verhindert werden soll. Zu diesem Zweck ist ein besonderer Stabilisierungsring vorgesehen, der einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als ein zugeordneter Gleitring und ein ebenfalls zugeordneter Stützring. Insbesondere soll der mittlere der drei Ringe einen höheren oder einen niederen Wärmeausdehnungskoeffizienten als die beiden benachbarten äußeren Ringe haben. Demgegenüber soll durch die Erfindung das Verwerfen des Gleitringes bei Druckunterschieden vermieden werden, wozu der Stützring über seine axiaie Länge einen unterschiedlichen Widerstand gegen eine radiale Verformung des Gleit rings ausübt.

Durch die erfindungsgemäße Gleitringdichtung wird dei- Vorteil erreicht, daü bei hohem Druck durch die Verkantung des Gleitringes unter den radial auf ihn wirkenden Druckkräften ein sich zur Druckseite hin öffnender Dichtspalt entsteht, der die Ausbildung eines Schmierfilms unterstützt und eine Erhöhung der Druckkräfte im Spalt bewirkt, während sicnergestellt ist, daß sich bei niedrigem Druck ein Berührungsbereich der Dichtfläche ergibt, der ausreichend größer ist als der wirksame Gleichgewichtsdurchmesser des Balges, um das Schließen der Dichtung selbst nach einer gewissen Abnutzung sicherzustellen. Bei maximaler Ausnutzung der Dichtungsflächen ist der radiale Raumbedarf der Dichtung gering,

Bei radial von außen auf die Dichtung wirkendem Druck umgibt in an sich bekannter Weise der Stirring den Gleitring von außen her dicht und fest und weist benachbart der Gleitfläche eine Materialverstiirkuni; auf. iici radial von außen her wirkendem überdruck !i«?at ferner der etwas größere Fliichenantcil der I .'ichtspaltHäche innerhalb des mittleren BalfidiirchtViCsscrs. Hierdurch wird erreicht, daß auch nach längerem Gebrauch die Dichtungswirkung erhalten ist, wenn ein hoher Strömungsmitteldruck abgebaut und erneut aufgebaut wird. Die erfindungsgemäße Gleitringdichtung gestattet

die Verwendung eines Balges, der in der zusammengedrückten bzw, geschlossenen Lage seiner Membranen dem Druck einen hohen Widerstand ohne erhebliche Längenänderung entgegensetzt. Die durch eine derartige Balg-Konstruktion bedingte Abnahme der

κι Entlastungskräfte ist nur bei der erfindungsgemäßea Anordnung zulässig, insbesondere wenn die erhöhte Druckbelastbarkeit des Balges mit enger Teilung ausgenutzt werden soll. Ferner besteht bezüglich der Gestaltung des Balges größere Unabhängigkeit, so

i,5 daß. er aus stärkerem, nicht besonders hochwertigem Material hergestellt sein kann, das in erster Linie im Hinblick auf die spezielle Anwendung, wie Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und/oder Kostenaufwand, ausgewählt ist, anstatt hinsichtlich Festig-

ao keit und Federungseigenschafien.

in der Zeichnung ist ein Ausfunrungsbeispie! der

Erfindung wiedergegeben, das an Hand der nacnkii-

ijenden Beschreibung näher en. uteri wird. Es zeict

F ig. 1 einen AxiaTschnitt durch eine Vusführungs-

ii.5 form der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung,

F i g. 2 einen Teilscnnitt der Dichtung gemäß F i t,. 1 unier Strömungsmitteldruck von außen,

F ι g. 3 einen Teilschniti entsprechend F i g. 2 nach längerer Betriebszeit ohne Strömungsmitteldruck,

F i g. 4 einen Teilschniti einer bekannten Dichtungsbauart.

Fig. 5 die Dichtung gemäß Fig. 4 unter hohem Strömungsmitteldruck von außen und

F i g. 6 die Dichtung gemäß F i g. 5 nach einer längeren Betriebszeit ohne Strömungsmitteldruck.

Die in F i g. 1 gezeigte Dichtungsanordnung 10 ist in einem Gehäuse 12 mit einer Kammer 14 vorgesehen. Die Dichtung 10 ist auf einer umlaufenden Welle 16 angeordnet, die sich durch eine öffnung 18

♦o in das Gehäuse 12 hinein er-ureckt. Das unter Druck stehende Strömungsmittel aufweisende Gehäuse 12 ist beispielsweise ein Pumpengehäuse. Die Welle 16 kann innerhalb des Gehäuses 12 einen oder mehrere nicht dargestellte Pumpenimpeller tragen und durch ein nicht gezeigtes Antriebsmittel, wie einen Motor cder eine Turbine, angetrieben sein. Die Welle 16 ist in nicht dargestellten Lagern geführt.

Eine umlaufende Dichtungsringanordnung 20 ist innerhalb der Dichtungskammer 14 vorgesehen und mit der Welle 16 drehfest verbunden. Die Dichtungsanordnung 20 umfaßt ein Stützelement 22 für einen Faltenbalg 30, das mit der Welle 16 durch mindestens eine Stellschraube 24 verbunden ist. Das Stüt/.-tkment 22 kann gegenüber der Welle 16 durch einen in einer Nut 28 angeordneten O-Ring 26 abgedichtet sein. Der dehnbare Faltenbalg 30 besteht aus Metall und ist an einer Lippe 32 festgeschweißt, die sich an einem Ende des Stützelementes 22 befindet. Das andere Ende rt-,s Balges 30 ist mit einem Ring 34 ver-

6·> bunden. Die Schweißverbindungen des Balges 30 mit der Lippe 32 und einer Lippe 56 des Ringes 34 sind hermetisch dicht ausgeführt. Der Faltenbalg 30 kann in bekannter Weise ausgebildet uud mit einer engen Teilung st) montiert sein, daß auf den Balg 30 nur eine geringe Spannung wirksam wirü.

Der Ring 34 stützt einen umlaufenden Gleitring 36, der aus Kohle oder einem anderen verschleißbaren Material besteht. Der Dichtungsgleitring 36 kann

mit dem Stützring 34 durch Verpressen. Auf- zugszeichen wie in Fig. 1 bis 3, jedoch mit einem

schrumpfen ode·· in anderer geeigneter Weise ver- hochgestellten Strich, gekennzeichnet,

bunden sein, um eine strömungsmittcldichte Verbin- Der Stützring M' ist gegenüber dem Gleitring 36'

dung zwischen diesen Teilen zu schaffen und jede relativ stark ausgebildet, wobei der nach innen ra-

Bcanspruchung oder Durchbiegung, die sich aus 5 gende Flanschlcil 57' wesentlich stärker ist und sich

einer aufgebrachten Belastung ergibt, durch beide über eine beträchtliche Strecke nach innen erstreckt,

Elemente aufzufangen bzw. abzustützen. Der hülseiiförmige Teil 58' hat ebenfalls eine bc-

Die Dichtungskammer 14 ist von außen durch ein triichtliche Stärke. Der Flansch 57' und der hülsen-

Verschlußelemcnt oder einen Flansch 38 abgcschlos- förmige Teil 5i8' iaben eine relativ große Masse und

sen, der mit dem Gehäuse 12 durch nicht dargestellte io dienen zur Stützung der Rückseite des Glcitringcs 36'

Kopfschrauben, Bolzen und Muttern od. dgl. verbun- gegen elastische Durchbiegung. Sie bieten praktisch

den ist. Ein O-Ring 40, der in einer entsprechenden keine Unterstützung für das vordere Ende im Bereich

Nut 42 im Flansch 38 angeordnet ist, dichtet den der Gleitfläche 6Jl'. Eis ist auch eine Linie BD' darge-

Flansch 38 gegenüber dem Gehäuse 12 ab. Ein sta- stellt, die den mittleren Durchmesser des Balges re-

tionärer Dichtungsring 44 ist in einer entsprechend 15 präsentiert, die jedoch, wie oben erwähnt, im allge-

ausgebildeten Ausnehmung 46 des Flansches 38 an- meinen als Gleichgewichtsdurchmesser der Balgdich-

geordnet. Dieser trägt einen Stift 48, der sich in einen tung anzusehen ist. Der Durchmesser BD' verändert

Schlitz 50 im Dichtungsring 44 hinein erstreckt und sich mit der Bauart und der Teilung des Balges sowie

diesen an einem Mitdrehen mit der Welle 16 hindert. auch mit der Geometrie der Dichtungskonstruktion.

Ein O-Ring 52 in einer Nut 54 des Dichtungsringes ao Der größere Teil der Berührungsfläche zwischen deir

44 liegt an der Umfangswand der Ausnehmung Gleitfläche 62' und der Gegengleitfläche 64' befindet

46 an und bildet eine Dichtung zwischen dem sich jedoch außerhalb des Durchmessers BD', wobei

Flansch 38 und dem Ring 44. eine wesentlich größere Ansenkung 66' vorgesehen

Der Stützring 34 hat einen Flansch bzw. eine ist, um die dichtende Berührung innerhalb des

Lippe 56, an der der Balg 30 festgeschweißt ist und as Durchmessers BD' zu verringern. Eine derartige

die einen kleinen nach innen ragenden Flansch 57 Konstruktion führt jedoch zu eimer erheblichen hy-

aufweist, von dem aus sich ein dünner hülsenförmi- dira ilischen Belastung der Gleitflächen, da innerhalb

ger Teil 58 in Richtung der Stirnfläche des Gleitrin- des Durchmessers BLV die entgegenwirkenden Entla-

ges 36 erstreckt. Ein Verstärkungsring 60 umschließt stungskräfte abnehmen.

den vorderen, nahe einer Gleitfläche 62 liegenden 30 Aus Fig. 5 ist bei der bekannten Anordnung er-Bereich des Glcitringes 36. Der Verstärkungsring 60 sichtlich, daß durch die große Metallmasse des Stützhat zur Erleichterung der Bearbeitung bei dieser ringes 34' an der Rückseite des Gleitringes 36' die Ausführungsfcrm einen rechteckigen Querschnitt, er Entlastung noch weiter verschlechtert wird. Weil das kann jedoch auch andere Querschnittsformen auf- Metall des Stützringes 34' um ein Vielfaches widerweisen, wobei es lediglich wesentlich ist, daß der 35 standsfähiger gegen Durchbiegung ist als das Mate-Gleitring unter dem Druck des abzudichtenden Me- rial des Gleitringes 36' — beispielsweise lOfach —, diums in gewünschter Weise verformt wird. Der neigt der Strömungsmitteldruck dazu, die Gleitfläche Gleichgewichtsdurchmesser der Dichtungsringanord- 62' nach innen zu drücken. Der Berührungsbereich nung 20 ist durch die Linie BD gekennzeichnet. der Gleitfläche 62' wird im wesentlichen auf die

Der Gleitring 36 und der stationäre Dichtungsring 40 Außenkante begrenzt, was zu einer unzweckmäßigen

44 haben komplementäre Gleitstirnflächen 62 und Beschränkung der Strömungsmittelleckverluste bzv.

64, die bis zu einer sehr großen Glätte — im Mi- des Strömungsmittelflusses zwischen den Gleitfla-

kronbereich — geläppt sind und dadurch in einer in- chen führt, die jedoch für eine geeignete Schmierung

nigen Dichtungsverbindung stehen. Der Gleitring 36 und die Erhaltung der Gleitfläche 62' wichtig sind.

ist mit einer kleinen Ansenkung 66 an seinem der 45 Dieser Nachteil kann nur bis zu einem gewissen

Gleitfläche 62 benachbarten Ende versehen. Diese Grade bei dieser Konstruktion ausgeschaltet werden.

Ansenkung 66 dient in erster Linie dazu, unter ße- da die Gleitfläche 62' unter dem von außen auf den

rücksichtigung des Bearbeitungsspiels zwischen der Balg 30' einwirkenden Strömungsmitteldruck gegen

Welle 16 und der inneren Bohrung des Dichtungsrin- die Gegengleitfläche 64' gekippt wird.

ges 44 eine vollständige Überdeckung der Gleitfläche 5" An dieser Stelle sei in bezug auf F i g. 5 und 6 und

62 durch die Gegengleitfläche 64 zu gewährleisten, später F i g. 2 und 3 bemerkt, daß das Kippen des

während gleichzeitig eine optimale Materialstärke Gleitringes und demzufolge das Kippen der Gleit-

des Gleitringes 36 beibehalten wird. fläche zum Zwecke der Erläuterung beträchtlich

Wie außerdem bei Dichtungen der L-eschriebenen übertrieben sind. Beim Betrieb liegt der maximale

Art üblich, kann der Gleitring 36 aus einem kohlen- 55 zwischen dem inneren Umfang der Gleitflächen 62

stoffhaltigen Material bestehen, wie z. B. Kohle, phe- und 64' auftretende, aus Fig.5 ersichtliche Spalt tat

nolharzgebundem Kohlenstoff, metallgebundenem sächlich nur in der Größenordnung von einigen we-

Kohlenstoff od. dgl., wobei dann der Ring einen rela- nigen Mikron oder weniger. Dennoch besteht diese

tiv niedrigen Elastizitätsmodul im Vergleich zu der Wirkung und kann in Richtung auf eine günstige

üblicherweise für den Stützring 34 verwendeten 60 oder ungünstige Verteilung des Schmierfilmes durcr

Stahllegierung aufweist. Der stationäre Dichtungsring Verlängerung der hier beschriebenen Parameter be

44 kann aus wesentlich härterem Material hergestellt einflußt werden,

in wie z.B. aus Wolframcarbid, Stellit, Keramik Nachdem die Dichtungskonstruktion für einigt

j 'dgl. Zeit unter Strömungsmitteldruck in der in F i g. 5 ge

Hand von F i g. 4 bis 6 wird in verschiedenen 65 zeigten Weise betrieben worden ist, tritt an der Gleit

n eine Dichtung bekannter Art unter fläche 62' ein gewisses MaS an Abnutzung auf, da

_ von außen erläutert. Zum besseren schließlich einen kleinen Strömungsmittelleckverlus

Vereieich sindgleiche Elemente mit den gleichen Be- und demnach eine Schmierung der Dichtung erlaubt

r C

um einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, der einen Betrieb gestaltet.

Die Dichtung 20' arbeitet daraufhin ebenfalls, bis der Strömungsmitteldruck an der Dichtung nachläßt, /u diesem Zeitpunkt, nimmt die Dichtung die Lage hzw. den Zustand ein, die in Fig. Γι gezeigt ist. Die Abnutzung des äußeren Umfanges der Gleitfläche #2' hat dabei einen Spalt erzeug), der ausreichend gro'J ist, um dem Strömungsmitteldruck das Eindringen zwischen die Gleitflächen 62' und 64' zu gestatten und eine sich daraus ergebende Axialkraft gegen die Gleitfläche 621' auszuüben. Wenn tier Strömungsmitteldruck an der Dichtung 20', wie in F i g. 6 gercigt, wieder aufgebaut wird, und zwar, wie üblich, in abgestufter Form, erzeugt der im Dkhtungsspalt gegen die Gleitfläche 62' wirkende Strömungsmitteldruck eine deir durch den Balg 30' hervorgerufenen Kraft entgegengesetzt wirkende Kraft. Eine solche Gegenkraft verursacht dadurch einen zunehmenden Leckverlust zwischen den Gleitflächen 62' und 64', und eine ausreichende Dichtungswirkung kann nur aufrechterhalten werden, wenn die Berührungsfläche tchr nahe an oder außerhalb des Gleichgewichtsdurchmessers liegt, wenn am Balg 30' nur ein sehr geringer Strömungsmitteldruck wirksam ist. Um diesen Zustand zu verhindern, muß bei der bekannten Dichtung 20' eine Gleitfläche 62' vermieden werden, die sich radial sehr weit in den Bereich innerhalb des mittleren Durchmessers BD' erstreckt. Eine solche Beschränkung erfordert es, daß die Gleitfläche 62' nur dann in ihrer Fläche vergrößert werden kann, wenn diese Fläche im wesentlichen außerhalb des Gleichgewichtsdurchmessers BD' vorgesehen wird, wodurch die Gesamtgröße der Dichtung zunimmt und die Anwendung dort ausgeschlossen ist, wo nur ein begrenzter Raum zur Verfügung steht. Eis ist außerdem eine große Gleitfläche 62' erwünscht, um eine annehmbare Flächenbelastung bei Dichtungen mit höherer Fcdersteifigkeit zu erhalten, wie sie bei Verwendung kräftigerer Bälge aus stärkerem und einfacherem Material auftritt.

Wie aus F i g. 1 bis 3 ersichtlich, ist die Dichtungsringanordnung; 20 der Dichtung 10 mit einem Balg 30 in leicht ellastisch zusammengedrücktem Zustand montiert, um anfänglich die Dichtungsstirnflächen 62 und 64 in innige Berührung zu drücken.

Durch das Aufbringen eines Strömungsmitteldrukkes innerhalb der Kammer 14 durch die Wellenöffnung 18 auf den Balg 30 wird eine axiale hydraulische Belastung auf den Stützring 34 und den Gleitring 36 aufgebracht. Der Strömungsmitteldruck bringt außerdem eine radiale Belastung auf den Balg 30 und den Stützring 34 auf.

Hierbei ist zu beachten, daß die Dichtungsringanordnung 20 der gezeigten Art so ausgestaltet ist, daß der überwiegende Teil der dichtenden Fläche icr Gleitfläche 62 innerhalb des Gleichgewichtsdurchmessers BD liegt. Die Dichtungsanordnung 20 neigt bei Aufbringen' eines Strömungsmitteldruckcs in der vorstehend beschriebenen Weise dazu, die in Fig.2 gezeigte Lage einzunehmen. Das durch den Stützring 34 an der vorderen Stirnseite des Gleitringes 36 vorgesehene Verstärkungselement 60 widersteht einer Auslenkung oder elastischen Verformung auf Grund des Strömungsmitteldruckes und sich daraus ergebender Kräfte, während der Rest des Stützringes 34 ünu aas weniger unicisiuitit. m..^·- «^.i«^ uvj ^.^.^ ringes 36 auf Auslenkung stärker ansprechen.

Die sich ergebenden Veränderungen bringen den Gleitring 36 in eine konische Form, die von der Gleitfläche 62 am vorderen Ende des Ringes gegen das hintere Ende des Ringes geneigt ist. Eine solche Auslenkung ist bestrebt, einen Spalt zwischen den Dichtungsslirnflächen 62 und 64 zu verursachen, der von einer kräftigen Berührung am inneren Umfang der Gleitfläche 62 bis zu einer völligen Trennung an ihrem äußeren Umfang zunimmt, was in der Zeichnung übertrieben dargestellt ist und in der Praxis im Mikronbereich liegt.

Abhängig vom Elastizitätsmodul des den Stützring 34 und den Gleitring 36 bildenden Materials und der Größe des ausgeübten Strömungsmitteldruckes kann

»5 der gezeigte Spalt außerdem betrachtet werden als veränderter Flächenbelastungsgradient zwischen der Stirnfläche 62 und der Stirnfläche 64, der vom äußeren Umfang der Stirnfläche 62 gegen den inneren Umfang der Stirnfläche zunimmt und sich beim Abbau des Strömungsmitteldruckes mehr als ungleichförmiges Abnutzungsmuster zeigt als als tatsächlich vorhandener Spalt oder als tatsächlich vorhandene Trennung der Flächen, wie dieses in der Zeichnung dargestellt ist. Die Konstruktion und die vorstehend

»5 beschriebene Belastung erhöhen die Erzeugung des notwendigen Leckfilmes des Strömungsmittels zwischen den Dichtungsstirnflächen 62 und 64, der für den einwandfreien Betrieb von Dichtungen dieser Art erforderlich ist, weil er sicherstellt, daß beim Wiederanlaufzustand bei sehr niedrigem Druck die anfängliche Dichtungsberührung im wesentlichen außerhalb des tatsächlichen Gleichgewichtsdurchmessers bleibt, um den Wiederaufbau der Dichtwirkung zu gestatten.

Jede Abnutzung des Gleitringes 36 bei fortgesetztem Betrieb der Dichtung unter den durch F i g. 2 veranschaulichten Bedingungen ist am äußeren Umfang der Gleitfläche 62 minimal und nimmt gegen den inneren Umfang der Fläche hin zu. Demnach kehrt die Konstruktion in die in F i g. 3 gezeigte Lage zurück, wenn der Strömungsmitteldruck im Bereich der Dichtungsanordnung 20 abgebaut wird. Jede Abnutzung der Gleitfläche 62 ist am inneren Umfang am größten und nimmt gegen den äußeren Umfang

ab, wodurch ein Spalt verursacht wird, der gegen den äußeren Umfang der Gleitfläche 62 abnimmt, wie dieses aus F i g. 3 ersichtlich ist, oder die Flächenbelastung zwischen den Dichtflächen 62 und 64 vom inneren in Richtung auf den äußeren Umfang det

Gleitfläche 62 nimmt zu.

Dieses Verhalten des Dichtungsringes beruht darauf, daß dann, wenn der Druck abgebaut wird, die maximale, die Dichtung bewirkende Kraft zwischer den Dichtflächen 62 und 64 außerhalb des mittlerer Durchmessers BD liegt, der im wesentlichen der tatsächliche Gleichgewichtsdurchmesser bei niedrigen· Druck ist, bei dem die Wiederherstellung der Dichtung begonnen werden muß, im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, bei denen die Berührung dei

So entlasteten Dichtung nach entsprechender Abnut zung nahe oder innerhalb des Durchmessers BE liegt, wobei bei der Wiederherstellung der Dichtungswirkung Störungen auftreten können, wem versucht wird, einen größeren Teil des inneres halb des Durchmessers BD zur Verfügung stehen den Raumes als Dichtungsfläche nutzbar zi

Wenn auf die in Fig. 3 gezeigte Dichtungskon

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struktion 2Cl wieder ein Druck ausgeübt wird, tritt die Dichtungswirkung sofort und wirksam ein, unabhängig davon, ob der Druck stufenweise oder plötzlich aufgebracht wird. Wenn dieser Druck wieder aufgebracht wird und die Dichtungsanordnung 20 wieder funktioniert, nimmt der Gleitring 36 wieder die in F i g. 2 gezeigte Lage ein, obwohl der Spalt oder der Wechsel der Flächenbelastung zwischen den Dichtflächen 6* und 64 gemäß F i g. 2 durch eine vorangehende, ausgleichende Abnutzung verringert oder ent- ίο fernt worden sein kann.

Durch die erfindungsgemäß verbesserte Dichtung kann die Dichtungsanordnung 10 bei wiederholter Beaufschlagung und Entlastung durch bzw. vom Strömungsmitteldruck und unter Veränderung des beaufschlagten Strömungsmitteldruckes und trotz der Benutzung von zunächst unbenutzten Flächen innerhalb des Gleichgewichtsdurchmessers nacheinander betrieben werden, was wiederholte Versuche mit ausgedehnten Betriebszeiten unter gesteuerten Bedin- ao gungen besilätigt haben. Die verbesserte Dichtungsanordnung 10 ist auch wirksam, falls der Strömungsmitteldruck innerhalb des Balges 30 von außen auf den Flansch 38 statt — wie beschrieben — von der Kammer 14 aus wirksam ist. Zur Erläuterung sind die entsprechenden Dichtflächen in der Zeichnung als unter dem Einfluß dei Druckes ubgeschrägt und nach Abbau des Drucke: entgegengesetzt abgeschrägt dargestellt. Diese Wir kungen sind nicht nur zur besseren Erläuterung start übertrieben, sondern sind auch in gewissem Maß* vereinfacht. Auf Grund der vorhandenen geringer Abmessungen und der relativ hohen Belastungen dei Materials mit niedrigem Elastizitätsmodul ist es aucl zulässig, das Verhalten als ungleichförmige BcIa stung einer weichen Ebene auf einer flachen, härtet und abnutzbaren Oberfläche zu betrachten. Nach de Abnutzung wird demnach die Dichtungsfläche in ent lastetem Zustand eine Abweichung von der Abfla chung zeigen, die der anfänglichen Neigung zur Ab schrägung entspricht. Für einige Wirkungen sind zu sätzlich Temperaturgradienten und andere Faktorei verantwortlich. Dennoch soll eine elastische Wieder herstellung geschaffen werden, so daß diese Wirkun gen nicht das Ergebnis haben können, eine Beruh rung der Dichtflächen auf einen Durchmesser zi schaffen, der geringer ist als der wirksame Gleichge wichtsdurchmesser BD bei sehr niedrigen Drückei und nach der Abnutzung durch einen Betrieb untei hohem Druck.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

L.

Claims

Patentansprüche:

1. Gleitringdichtung mit einem Balg als Sekundärdichtung, der an einem den Gleitring umschließenden Stützring angeschlossen ist, wobei die Gleitfläche des Gleitringes mit einer Gegengleitfläche unter dem auf den Balg wirkenden Strömungsmitteldruck in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiitzring (34) derart ausgebildet ist, daß er einer elastischen Auslenkung des Gleitringes (36) unter der in Radialrichtung wirkenden Druckdifferenz einen gegenüber den übrigen Bereichen des Stützringes (34) höheren Widerstand in denn der Gleitfläche (62) benachbarten Bereich des Gleitringes (36) in Radialrichtung entgegensetzt.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (34) bei radial von außen auf die Dichtung wirkendem Druck den Gleitring <36) von außen her dicht und fest in an sich bekannter Weise umgiot und benachbart der Gleitfläche (62) eine Materialverstärkung aufweist.

3. Dichtung nach Anspruch I und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der etwas größere Flächenanteil der DichtspaltHache bei radial von außen her wirkendem Überdruck innerhalb des mittleren Balgdur;hmessers [BD) liegt.

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