DE3338019A1 - Gleitringdichtung mit elastomeren dichtungsbalg - Google Patents

Description

• Gleitringdichtung mit elastomeren Dichtungsbalg.
• Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit innerer Beaufschlagung durch das abzudichtende Medium, enthaltend einen drehfest und axial unverschieblich in dem abzudichtenden Gehäuse gelagerten Gegenring, einen an der Gleitfläche des Gegenringes zur Anlage bringbaren, mit einer Welle umlaufenden Gleitring, einen drehfest und axial unverschieblich mit der Welle verbindbaren Spannring, einen aus elastomeren Material bestehenden, die Welle konzentrisch umgebenden, sich zwischen dem Gleitring und dem Spannring erstreckenden Dichtungsbalg mit an beiden axialen Enden jeweils einstückig angeformten ringförmigen Anschlußteilen, wobei der erste Anschlußteil kraft- und formschlüssig vom Spannring gehalten ist und gegen die Welle abgedichtet ist und der zweite Anschlußteil mit einer konischen Anschlußfläche an einer im wesentlichen komplementär ausgebildeten, zur Welle konzentrischen Konusfläche des Gleitringes kraftschlüssig und dichtend anliegt und ferner enthaltend eine Federanordnung zur axialen Vorspannung des Gleitringes gegen die Gleitfläche des Gegenringes sowie eine Drehmomentübertragungsanordnung, welche beide radial außerhalb des Dichtungsbalges liegen und sich beide einerseits am Spannring und andererseits an einer Druckhülse abstützen, die mit dem Gleitring verbunden ist und den Dichtungsbalg mindestens über einen Teil seiner axialen Länge außen umfaßt.
• Derartige Gleitringdichtungen sind bekannt und werden vorwiegend dann eingesetzt, wenn das abzudichtende Medium aggresive Eigenschaften aufweist und es darauf ankommt, alle damit in Berührung gelangenden Teile aus sehr beständigen Materialien, wie bei-Polytetrafluoräthylen, Keramik und Siliziumcarbid,herzustellen.
• Bei solchen bekannten Gleitringdichtungen ist der zweite Anschlußteil des Dichtungsbalges innen mit einer konischen Anschlußfläche ausgestattet, die auf eine Konusfläche aufgeschoben ist, welche am Außenumfang einer kragenartigen Verlängerung des Gleit- ringes ausgebildet ist. Bei einer solchen Anordnung trachtet das unter Druck stehende abzudichtende Medium, den zweiten Anschlußteil mit seiner konischen Anschlußfläche radial aufzuweiten. Eine insoweit bereits vorgegebene Leckstelle wird vorläufig noch beseitigt, indem sich der zweite Anschlußteil, getrieben durch die-Federwirkung des Balges und/oder bei entsprechender Auslegung auch durch die axiale Komponente des vom abzudichtenden Medium ausgeübten Drucks in Axialrichtung auf die Konufläche weiter aufschiebt. Dieser Nachstelleffekt findet aber seine Grenze spätestens dann, wenn das freie stirnseitige Ende des zweiten Anschlußteils an einer Fläche des Gleitringes zur Anlage kommt. Es treten dann Undichtigkeiten insbesondere dann ein, wenn aufgrund des aggresiven-£-harakters des abzudichtenden Mediums ein zum Kaltfluß neigendes Material, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen, eingesetzt werden muß.
• Ahnliche Verhältnisse sind am ersten Anschlußteil eines aus Polytetrafluoräthylen bestehenden Dichtungsbalges gegeben, wo bisher zur zusätzlichen Absicherung des Spannringes gegen ein axiales Verschieben noch ein Stellring nachgeschaltet werden mußte.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleitringdichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mit einem den bekannten Dichtungen vergleichbaren Aufwand auch bei Verwendung von zu Kaltfluß neigenden Materialien für die Dichtungsbalgen Undichtigkeiten an den Balganschlußstellen vermieden werden und die Möglichkeit zu eröffnen, Bestandteile des Dichtungsbalges zur sicheren Führung des Gleitringes heranzuziehen.
• Die vorstehende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Konusfläche in einer Bohrung des Gleitringes ausgebildet ist und daß die konische Anschlußfläche an einer äußeren Umfangsfläche des zweiten Anschlußteils ausgebildet st und sich in Richtung auf dessen freies Ende hin verjüngt.
• Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß der Druck des abzudichtenden Mediums die konische Anschlußfläche des zweiten Anschlußteils radial nach außen gegen die Konusfläche am Gleitring preßt und so die Dichtwirkung an der Anschlußstelle des Dichtungsbalges bei ansteigenden Druck dieses Mediums verstärkt. Eine weitere Verbesserung der Dichtwirkung ist dadurch erzielbar, daß einerseits die konische Anschlußfläche mindestens eine umlaufende Rille aufweist und daß andererseits der zweite Anschlußteil mindestens auf einem Teil seiner von der Konusfläche umschlossenen axialen Länge eine radiale Dicke aufweist, die wesentlich größer ist als die Wandstärke des zwischen dem ersten und zweiten Anschlußteil befindlichen mittleren Balgteils.Dabei kann der Dichtungsbalg auch zur radialen Führung des Gleitringes herangezogen werden, wenn der zweite Anschlußteil mindestens auf einen Teil seiner von der Konusfläche umschlossenen axialen Länge die Welle mit minimalem Radialspiel oder gleitend anliegend umfaßt.
• Eine zusätzliche Verbesserung der Dichtwirkung ist dadurch erzielbar, daß der zweite Anschlußteil auf einem Teil seiner von der Konusfläche umschlossenen Länge, der an die freie Stirnseite angrenzt, eine bezüglich des axial anschließenden Längenteils reduzierte radiale Dicke aufweist. Hierdurch wird eine Dichtlippe gebildet, die sich unter der radialen Druckkomponente des abzudichtenden Mediums gut an die Konusfläche am Gleitring anschmiegen kann, wobei der daran anschließende, ebenfalls noch mit einer am Außenumfang mit der konischen Anschlußfläche versehene Längenteil des zweiten Anschlußteils eine zusätzliche Abdichtung bewirkt, nämlich indem er aufgrund einer darauf einwirkenden Axialkraft in die Konusfläche des Gleitringes hineingepreßt wird. Diese Axialkraft kann von einer federnden Eigenspannung des Dichtungsbalges und/oder bei dessen geeigneter hydraulischer Auslegung (Durchmesserverhältnisse von Konusfläche und Faltenteil des Dichtungsbalges) von einer axialen Druckkomponente des abzudichtenden Mediums stammen. Eine Axialkraft in diesem Sinne kann auch dadurch ausgeübt werden, daß an den zweiten Anschluß- teil zwischen seiner konischen Anschlußfläche und dem mittleren Balgteil ein radial nach außen vorstehender Bund einstückig angeformt ist, welcher zwischen einer Innenschulter der Druckhülse und einer in gleicher Richtung wie die Gleitfläche weisenden, sich vom größten Durchmesser der Konusfläche nach außen erstreckenden ersten Endfläche des Gleitringes gefaßt ist. Diese Innenschulter verhindert auch, daß bei einem evtl. auftretenden Unterdruck des abzudichtenden Mediums die konische Anschlußfläche aus der Konusfläche des Gleitringes axial herausgedrückt wird und dadurch eine Leckstelle entsteht.
• Bei einer Ausbildung der Gleitringdichtung, bei welcher ein an der Welle anliegender, außen von einer Bohrung des Spannringes umfaßter Abschnitt des ersten Anschlußteiles des Dichtungsbalges vorliegt, sind vorzugsweise die Bohrung und der Außenumfang des Abschnitts konisch geformt und verjüngen sich in Richtung auf den zweiten Anschlußteil hin. Hierdurch wird unter dem Druck des abzudichtenden Mediums das Material des Dichtungsbalges zwischen die Bohrung des Spannringes und die Welle mit Keilwirkung eingepreßt, so daß der Mediumsdruck selbstrverstärkend in Bezug auf die Haltekraft des Spannringes wirkt. Hierdurch kann auf den sonst notwendigen, als Sicherung gegen ein axiales Verschieben vorgesehenen Stellring hinter dem Spannring verzichtet werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert, in denen zeigt: Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Gleitringdichtung und Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch eine Gleitringdichtung gemäß Fig. 1.
• Die Gleitringdichtung besteht aus einem eine einbaufertige Einheit bildenden, an einer Welle 1 befestigbaren rotierenden Dichtungsteil und einem stationären Dichtungsteil, der im wesentlichen aus einem Gegenring 2 besteht, der sich über eine Flachdichtung 3 an einem abzudichtenden Gehäuse 4 abstützt und durch einen Deckel 5 gehalten ist. Das abzudichtende Medium steht mit einem Druck im Inneren des Gehäuses 4 an.
• Der rotierende Dichtungsteil enthält im wesentlichen einen mit seiner Gleitfläche 6 am Gegenring 2 anliegenden Gleitring 7, einem zweiteilig ausgebildeten und durch zwei tangential eingesetzte Schrauben 8 an der Welle 1 befestigten Spannring 9, einem den Gleitring 7 mit dem Spannring 9 abdichtend verbindenden, in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneten Dichtungsbalg, einer diesen umgebenden, am Gleitring 7 befestigten Druckhülse 11, einer durch eine Mehrzahl von achsparallelen, in die Druckhülse 11,eingeschraubten und in den Spann ring 9 einstehenden Schrauben 12 gebildete Drehmomentübertragungsanordnung und einer Federanordnung, bestehend aus achsparallelen Schraubendruckfedern 13, die zwischen der Druckhülse 11 und dem Spannring 9 eingesetzt sind.
• Der Dichtungsbalg 10 besteht aus elastomerem Material, vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen und setzt sich aus einem Falten enthaltenden und eine axiale Dehnbewegung zulassenden mittleren Balgteil 14 und an dessen Enden einstückig angeformten ersten und zweiten Anschlußteilen 15, 16 zusammen. Der erste Anschlußteil 15 setzt sich, ausgehend vom mittleren Balgteil 14 aus einer an dessen Außen- und Innendurchmesser angepaßten und daher die Welle 1 mit Spiel umgebenden Ringscheibe 17, einem mit seiner Bohrung an der Welle anliegenden rohrförmigen Abschnitt 18 und einer mit ihrer Bohrung an der Welle anliegenden weiteren Ringscheibe 19 zusammen, deren Außendurchmesser der ersten Ringscheibe entspricht. Der rohrförmige Abschnitt 18 ist an seinem Außenumfang konisch geformt, und zwar mit Erweiterung in Richtung auf den zweiten Anschlußteil 16. In die so gebildete Außennut des ersten Anschlußteils 15 greift der aus zwei Ringhälften bestehende Spannring 9 ein, dessen Bohrung 9' komplementär zu der konischen Außenumfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts 18 geformt ist. Der Spannring 9 wird durch die beiden tangentialen Schrauben 8 festgespannt und dadurch an der Welle 1 drehfest und axial unverschieblich gehalten, wobei gleichzeitig der Dichtungsbalg 10 gegen die Welle 1 abgedichtet wird.
• Der zweite Anschlußteil 16 setzt sich, ausgehend vom mittleren Balgteil 14 zusammen aus einer ersten Ringscheibe 20, deren Bohrung dem Innendurchmesser des mittleren Balgteils 14 entspricht und die mit einem Bund 21 radial außen über den Außendurchmesser dieses Balgteils vorsteht, sowie einer zweiten Ringscheibe 22, deren Bohrung die Welle 1 mit Gleitsitz oder einem geringen Radialspiel x umgibt und ferner aus einem rohrförmigen Abschnitt 23, dessen Bohrung wesentlich größer als der Wellendurchmesser ist.
• Am Außenumfang der zweiten Ringscheibe 22 und des rohrförmigen Abschnitts 23 ist eine konische Anschlußfläche 24 ausgebildet, die sich zum freien Ende des zweiten Anschlußteils 16 hin verjüngt.
• Aus der konischen Anschlußfläche 24 sind eine Mehrzahl von umlaufenden Rillen 25 herausgearbeitet.
• Der zweite Anschlußteil 16 steht mit seiner konischen Anschlußfläche 24 in eine an einer rückseitigen kragenförmigen Verlängerung 26 des Gleitringes 7 ausgebildete Innen-Konusfläche 27 dergestalt ein, daß letztere den rohrförmigen Abschnitt 23 ganz und eine axiale Teillänge der zweiten Ringscheibe 22 umfaßt, wobei ein Axialspiel v zwischen einer ersten Endfläche 28 an der kragenförmigen Verlängerung 26 des Gleitringes 7 und dem Bund 21 verbleibt, sowie ebenfalls ein Axialspiel w zwischen einer sich von der Bohrung des Gleitringes 7 zu seiner Konusfläche 27 erstreckenden zweiten Endfläche 29 zur freien Stirnseite 30 des zweiten Anschlußteils 16.
• Die mittleren Durchmesser D1 der konischen Anschlußfläche 24 und D2 des mittleren Balgteils 14 sind so aufeinander abgestimmt, daß bei Auftreten eines Innendruckes pj der zweite Anschlußteil 16 eine axiale Kraft in Richtung zum Gegenring 2 erhält.
• In der Regel wird daher der mittlere Durchmesser D1 größer als der mittlere Durchmesser D2 sein.
• Die Druckhülse 11 besitzt eine stufenweise sich verengende Bohrung, deren weitester Teil den Außenumfang des Gleitringes 7 umgibt, der auch noch mit seiner kragenförmigen Verlängerung 26 in den mittleren Bohrungsteil einsteht, welcher auch den Bund des zweiten Anschlußteils 16 des Dichtungsbalges 10 aufnimmt. Dieser wird von einer Innenschulter 31 am Obergang zum dritten engsten Bohrungsabschnitt der Druckhülse 11 in der einen Richtung gehalten, so daß die konische Anschlußfläche 24 und die Konusfläche 27 immer in abdichtender Berührung gehalten sind, während die erste Endfläche 28 an der kragenförmigen Verlängerung 26 des Gleitringes 7 den axialen Weg des zweiten Anschlußteils 16 in Richtung auf den Gegenring 2 begrenzt Der engste Längenabschnitt der Druckhülse 11 erstreckt sich mit relativ geringem Radialspiel über den gesamten mittleren Balgteil 14 und auch über einen axialen Teilbereich der einen Bestandteil des ersten Anschlußteils 15 bildenden Ringscheibe 17. Die Druckhülse 11 enthält, ausgehend von ihrer vom Gleitring 7 abgewandten Stirnseite eine Mehrzahl von achsparallelen Sacklochbohrungen, von denen ein Teil die Schraubendruckfedern aufnimmt, während in den restlichen Teil Schrauben 12 eingeschraubt sind, die mit ihren Schäften durch entsprechende Bohrungen des Spannringes 9 geführt sind, wobei die Schraubenköpfe in Erweiterungen dieser Bohrungen gleitend verschieblich gelagert sind. Die Schrauben 12 übertragen das vom Gleitring 7 in die Druckhülse 11 eingeleitete Drehmoment zum Spannring 9 und damit zur Welle 1 und bewirken ferner, daß der rotierende Dichtungsteil vor dem Einbau zusammengehalten wird.
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Claims (12)

PATENT ANSPRÜCHE.

1. Gleitringdichtung mit innerer Beaufschlagung durch das abzudichtende Medium, enthaltend einen drehfest und axial unverschieblich in dem abzudichtenden Gehäuse gelagerten -Gegenring, einen an der Gleitfläche des Gegenringes zur Anlage bringbaren, mit einer Welle umlaufenden Gleitring, einen drehfest und axial unverschieblich mit der Welle verbindbaren Spannring, einen aus elastomeren Material bestehenden, die Welle konzentrisch umgebenden, sich zwischen dem Gleitring und dem Spannring erstreckenden Dichtungsbalg mit an beiden axialen Enden jeweils einstückig angeformten ringförmigen Anschlußteilen, wobei der erste Anschlußteil kraft- und/oder formschlüssig vom Spannring gehalten ist und gegen die Welle abgedichtet ist und der zweite Anschlußteil mit einer konischen Anschlußfläche an einer im wesentlichen komplementär ausgebildeten, zur Welle konzentrischen Konusfläche des Gleitringes kraftschlüssig und dichtend anliegt, und ferner enthaltend eine Federanordnung zur axialen Vorspannung des Gleitringes gegen die Gleitfläche des Gegenringes sowie eine Drehmomentübertragungsanordnung, welche beide radial außerhalb des Dichtungsbalges liegen und sich beide einerseits am Spannring und andererseits an einer Druckhülse abstützen, die mit dem Gleitring verbunden ist und den Dichtungsbalg mindestens über einen Teil seiner axialen Länge außen umfaßt, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Konusfläche An einer Bohrung des Gleitringes (7) ausgebildet ist und daß die konische Anschlußfläche (24) an einer äußeren Umfangsfläche des zweiten Anschlußteiles (16) des Dichtungsbalges (10) ausgebildet ist und sich in Richtung auf das freie Ende dieses Anschlußteiles (16) hin verjüngt.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h gek e n n z ei c h ne t, daß die konische Anschlußfläche (24) mindestens eine umlaufende Rille (25) aufweist.

3. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Anschlußteil (16) mindestens auf einem Teil (22) seiner von der Konusfläche (27) umschlossenen axialen Länge eine radiale Dicke aufweist, die wesentlich größer ist als die Wandstärke (z) der Falten des zwischen dem ersten und zweiten Anschlußteil (15, 16) befindlichen mittleren Balgteils (14).

4. Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, daß der zweite Anschlußteil (16) mindestens auf einem Teil seiner von der Konusfläche (24) umschlossenen axialen Länge die Welle (1) mit minimalem Radialspiel (x) oder gleitend anliegend umfaßt.

5. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Anschlußteil (16) auf einem Teil seiner von der Konusfläche (27) umschlossenen Länge, der an die freie Stirnseite (30) angrenzt, eine bezüglich des axial anschließenden Längenteils reduzierte radiale Dicke aufweist.

6. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an den zweiten Anschlußteil (16) zwischen seiner konischen Anschlußfläche (24) und dem mittleren Balgteil (14) ein radial nach außen vorstehender Bund (21) einstückig angeformt ist, welcher zwischen einer Innenschulter (31) der -Druckhülse (11) und einer entgegengesetzt zur Gleitfläche (6) des Gleitringes (7) weisenden, sich vom größten Durchmesser der Konusfläche (27) nach außen erstreckenden ersten Endfläche (28) des Gleitringes (7) gefaßt ist.

7. Gleitringdichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, daß mindestens im entspannten Zustand des zweiten Anschlußteils (16) jeweils ein Axialspiel (v, w) vorgesehen ist zwischen der ersten Endfläche (28) des Gleitringes (7) und dem Bund (21) bzw. zwischen der freien Stirnseite (30) des zweiten Anschlußteils (16) und einer entgegengesetzt zur Gleitfläche (6) weisenden, sich vom kleinsten Durchmesser der Konusfläche (27) nach innen erstreckenden zweiten Endfläche (29) des Gleitringes (7).

8. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Durchmesser der Konusfläche (27) bzw. der konischen Anschlußfläche (24) einerseits zum Durchmesser des mittleren Balgteils (14) andererseits in einem Verhältnis steht, bei dem der zweite Anschlußteil (16) einen Axialschub in Richtung zum Gleitring (7) bei einen am Dichtungsbalg (10) innen angreifenden Oberdruck erfährt.

9. Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der mittlere Durchmesser (D2) des mittleren Balgteils (14) gleich groß wie oder größer als der mittlere Durchmesser (D1) des Flächenbereichs ist, in dem sich die Konusfläche (27) und die konische Anschlußfläche (24) berühren.

10. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Dichtungsbalg (10) aus Polytetrafluoräthylen besteht.

11. Gleitringdichtung nach Anspruch 1,mit einem an der Welle anliegenden, aussen von einer Bohrung des Spannringes umfassten Abschnitt des ersten Anschlußteils, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bohrung (9') und der Aussenumfang des Abschnittes (18) konisch geformt sind und sich in Richtung auf den zweiten Anschlußteil (16) hin erweitern.

12. Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der erste Anschlußteil (15) des Dichtungsbalges (10) am Spannring (9) formschlüssig mit beiderseits seiner Bohrung (9') radial nach aussen von Abschnitt (18) vorspringenden Wulsten gehalten ist.