DE3533402A1 - Gleitringdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung in bevor­ zugt außenliegender Ausführung, insbesondere für Pumpen zur Förderung chemisch aggressiver Medien oder für Rühr­ werke in chemischen Anlagen mit einem Gleitring, einer Druckfeder zur axialen Anpressung des Gleitringes an den Gegenringe und einem polymeren Formteil bevorzugt in der Form eines Dichtungsbalgens, welcher mit seinem einen Ende mit der Welle beziehungsweise Gehäuse und mit seinem anderen Ende mit dem Gleitring kraftschlüssig und dicht verbunden ist.

Bei Pumpen oder Rührwerken im chemischen Anlagenbau kom­ men bevorzugt Gleitringdichtungen in außenliegender Aus­ führung zur Anwendung, bei denen ein über die Welle ge­ zogener, rotierender Faltenbalg kraftschlüssig und dich­ tend an seinem einen Ende mit der Welle und an seinem anderen Ende mit der rückwärtigen Stirnfläche des rotierenden Gleitringes verbunden ist. Der Faltenbalg schützt so die äußeren metallischen oder elastomeren Bau­ teile vor den gegebenenfalls heißen aggressiven Medien in seinem Innenraum und unterstützt gleichzeitig die Über­ tragung des Drehmomentes auf den Gleitring und die axiale Anpressung des Gleitringes an den stillstehenden Gegen­ ring. Bei Gleitringdichtungen normaler Ausführung besteht der Faltenbalg üblicherweise aus einem Elastomer, da die Elastizität die abdichtende und kraftschlüssige Verbin­ dung des Faltenbalges zur Welle und zum Gleitring sowie die axiale Anpressung des Gleitringes an den Gegenring gewährleistet.

Nachteilig bei Elastomeren ist jedoch ihre geringe Be­ ständigkeit gegenüber Temperaturbelastung und Chemi­ kalienbelastung. So sind die einzelnen Synthesekautschuk­ arten nur gegen bestimmte Chemikalien beständig, während sie wiederum von anderen Chemikalien zerstört werden. In einem chemischen Betrieb, in dem üblicherweise Pumpen und Rührwerke gleicher Bauarten eingesetzt werden, müßten daher auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte unterschiedliche Gleitringdichtungen mit einem Dichtungs­ balgen aus einem entsprechend beständigen Elastomer ver­ wendet werden, beziehungsweise bei einem Wechsel der in der Anlage eingesetzten Chemikalien müssen auch die Gleitringdichtungen ausgetauscht werden.

Polymere Werkstoffe aus fluorierten Polykohlenwasser­ stoffen, wie insbesondere aus Polytetrafluorethylen, sind dagegen universell gegen chemische Substanzen beständig, und sie sind bei Temperaturen zwischen minus 200 bis plus 280°C einsetzbar, so daß sie im chemischen Anlagenbau in bezug auf ihre Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit der ideale Werkstoff sind. Nachteilig bei derartigen Werkstoffen ist jedoch vor allem ihre geringe Elastizi­ tät, ihr Fließverhalten unter Druck und Temperatureinwir­ kung und ihr geringer Reibungskoeffizient, so daß Dich­ tungsbalgen aus Polytetrafluorethylen in Gleitringdich­ tungen bei der Montage keine abdichtende kraftschlüssige Verbindung zur Welle und zum Gleitring bilden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, eine Gleitringdichtung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs unter Verwendung eines Dichtungsbalgens aus einem fluorierten Polykohlenwasserstoffs zu schaffen, welcher mit der Welle und dem Gleitring unter Verwendung einfacher Mittel drehfest und abdichtend verbunden ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch an beiden axia­ len Enden des Dichtungsbalgens aus fluoriertem Polykoh­ lenwasserstoff, wie bevorzugt Polytetrafluorethylen, ein­ gesetzte elastische Elemente gelöst, die beim Einbau des Dichtungsbalgens elastisch verformt werden und mit dem Dichtungsbalgen zum kraftschlüssigen Verbund der Welle und zum Gleitring zusammenwirken. Die bevorzugt verwen­ deten elastischen Elemente bestehen aus Elastomerringen, gegebenenfalls aber auch aus metallischen Federelementen.

Durch die Erfindung ist jetzt die drehfeste und abdich­ tende Verbindung des Dichtungsbalgens aus einem fluorier­ tem Polykohlenwasserstoff mit der Welle und/oder dem Gleitring möglich. Das mit dem Dichtungsbalgen zusammen­ wirkende Bauteil verformt sich bei der Montage unter Aus­ bildung axial in Richtung auf den Gleitring und radial in Richtung auf die Welle wirkender elastischer Rückstell­ kräfte, und der Dichtungsbalgen ist verdrehfest und ab­ dichtend mit der Welle und/oder dem Gleitring verbunden. Gleichzeitig werden die durch Fließen des Dichtungsbalg­ materials unter Druck- und Temperatureinwirkung entste­ henden Querschnittsänderungen durch die elastischen und beim Einbau verformten Bauteile ausgeglichen. Die elasti­ schen Glieder aus einem Elastomer oder gegebenenfalls auch aus Metall sind bevorzugt im Außenbereich der Gleit­ ringdichtung angeordnet, so daß sie vor einer Zerstörung durch aggressive chemische Medien im Innenraum des Dich­ tungsbalgens geschützt sind.

Zur bevorzugten verdrehfesten Verbindung des Dichtungs­ balgens mit der Welle besitzt der Dichtungsbalgen einen axialen auf der Welle aufliegenden Vorsprung, hinter dem axial ein Elastomerring angeordnet ist. Vorsprung und Elastomerring werden mit einem Spannband an der Welle so befestigt, daß sich der Elastomerring verformt und zusam­ men mit dem Dichtungsbalgen kraftschlüssig die Welle unter gleichzeitiger Verhinderung der axialen Verschie­ bung des Balgens umgibt. Der Elastomerring kann dabei gegebenenfalls einen L-förmigen Querschnitt besitzen, dessen einer Schenkel auf dem axialen Vorsprung des Dich­ tungsbalgens und dessen anderer Schenkel kraftschlüssig auf der Welle aufliegt. Gegebenenfalls kann ein axialer Vorsprung des Dichtungsbalgens formschlüssig mit dem Elastomerteil verbunden sein. Als zusätzliche Befesti­ gungsmaßnahmen kann zwischen axialem Vorsprung des Dich­ tungsbalgens und elastischem Formteil eine Stützscheibe von etwa L-förmigem Querschnitt angeordnet sein, dessen einer Schenkel gegebenenfalls in einer Ausnehmung des axialen Schenkels des Dichtungsbalgens angeordnet ist, während das Ende des zweiten Schenkels als Verdrehsiche­ rung mit der Druckfeder verbunden ist. Die letzte Windung kann gegebenenfalls zusätzlich auf einem axialen Vor­ sprung des Dichtungsbalgens mit ein oder mehreren Win­ dungen zum radialen Pressen an die Welle aufliegen und das elastische Element kann in einer Arretiernut der Welle befestigt sein.

Zum kraftschlüssigen, abdichtenden und verdrehfesten Ver­ binden des Dichtungsbalgens mit dem Gleitring besitzt bevorzugt das balgseitige Ende des Gleitringes eine Aus­ nehmung entweder in Form einer Nut oder in der Form einer zur Welle offenen Aussparung. Eine oder beide Wandungen der Aussparungen sind bevorzugt keilförmig zur Gegenring­ seite abgeschrägt. Das Ende des Dichtungsbalgens bildet einen axialen Schenkel, der das elastische Bauteil zumin­ dest teilweise umgibt, so daß beim Einpressen des Endes in die Aussparung, gegebenenfalls durch die Keilform der Aussparung, der Dichtungsbalgen am Ende in der Aussparung durch die elastische Rückverformungskraft des elastomeren verformten Bauteils axial und radial in die Ausnehmung gepreßt und so kraftschlüssig verbunden wird. Bevorzugt besteht das elastische Formteil aus einem Elastomerring mit rundem Querschnitt. Im Sinne der Erfindung kann das elastische Bauteil auch aus einem metallischen Federele­ ment bestehen, das beim Einbau axial verformt wird. Es bewirkt die kraftschlüssige Einpressung des Dichtungsbal­ gens in die Ausnehmung, gegebenenfalls zusammen mit einem elastomeren Dichtungsring. Im Sinne der Erfindung kann der Dichtungsbalgen an seinem Ende einen den Gleitring am Außenumfang umhüllenden Schenkel bilden, der dort zusam­ men mit einem Elastomerring und einem umgebenden Spann­ band kraftschlüssig verdrehfest und abdichtend verbunden ist.

Durch die Erfindung ist es somit möglich, ein fluoriertes Polykohlenwasserstoffkunstharz, wie bevorzugt Polytetra­ fluorethylen, in Gleitringdichtungen in bevorzugt außen­ liegender Ausführung einzusetzen. Die kraftschlüssige Befestigung des Dichtungsbalgens ist mit relativ ein­ fachen Mitteln zu realisieren und durch die verdrehfeste und abdichtende Verbindung wird die optimale Übertragung des Drehmoments von der Welle auf den Gleitring bei gleichzeitigem optimalem Schutz der äußeren metallischen und elastomeren Bauteile vor aggressiven Medien im Innen­ raum des Dichtungsbalgens erreicht. Die universelle Be­ ständigkeit der fluorierten Polykohlenwasserstoffe gegen­ über Chemikalien und ihre hohe Temperaturbeständigkeit erlaubt es, die erfindungsgemäße Gleitringdichtung uni­ versell, vor allem in Rührwerken und Pumpen von Chemiean­ lagen, einzusetzen.

Die Erfindung wird durch die Abb. 1 bis 11 näher erläutert, die Querschnittsbilder bevorzugter Ausfüh­ rungen erfindungsgemäßer Gleitringdichtungen im Bereich der Befestigung auf der Welle und zum Gleitring zeigen.

In Fig. 1 ist 1 die Welle mit montierter Gleitringdich­ tung 2 mit Gleitring 3, axial wirkender Feder 11 und Dichtungsbalgen 4 aus Polytetrafluorethylen. Der Dich­ tungsbalgen 4 bildet an einem Ende einen auf der Welle 1 aufliegenden axialen Vorsprung 5, hinter dem ein Elasto­ merring 6 angeordnet ist. Der dem Vorsprung 5 und Elasto­ merring 6 am Außenumfang umgebende Spannring 7 befestigt den Dichtungsbalgen 4 kraftschlüssig und damit verdreh­ fest und abdichtend mit der Welle 1. Die Stirnfläche des Gleitringes 3 besitzt eine Nut 8 mit axialer Erstreckung. Der vom Vorsprung 9 am Ende des Dichtungsbalgens 4 um­ hüllte Elastomerring 10 ist unter Verformung in die Nut 8 eingepreßt, so daß das umhüllende Ende 9 des Dichtungs­ balgens 4 kraftschlüssig und damit abdichtend und ver­ drehsicher in die Nut 8 eingepreßt wird, wobei er gleich­ zeitig vor den aggressiven Medien im Innenraum des Dich­ tungsbalgens 4 geschützt ist.

Das Querschnittsbild der Fig. 2 zeigt die umlaufende Nut 12 der Welle 1′, in die der Elastomerring 6′ zur Arretierung eingesetzt ist.

In Fig. 3 besitzt der Elastomerring 13 ein L-Profil und liegt mit dem Schenkel 14 auf dem axialen Vorsprung 15 des Dichtungsbalgens 4 auf, wobei das Spannband 16, Elastomerring 13 und Vorsprung 15 radial gegen die Welle 1 preßt.

In Fig. 4 ist ein axialer Vorsprung 17 des Dichtungsbal­ gens formschlüssig in den Elastomerring 18 eingeknöpft, wobei der Vorsprung 17 und der Elastomerring 18 kraft­ schlüssig durch das Spannband 19 auf der Welle 1 be­ festigt sind.

In Fig. 5 ist an der Stirnfläche des Dichtungsbalgens 20 eine Stützscheibe 21 mit L-Profil angeordnet, dessen einer Schenkel zur Anpressung an den Dichtungsbalgen 20 und dessen anderer Schenkel in einer Ausnehmung des Vor­ sprungs 22 angeordnet ist, so daß das aufliegende Spann­ band 23 Vorsprung 22 und Elastomerring 6′′ verdrehfest auf der Welle 1 verspannt.

In Fig. 6 besitzt der Gleitring 24 eine Aussparung 25 mit abgeschrägter Wandung 26. Der vom axialen Vorsprung des Dichtungsbalgens 27 umhüllte Elastomerring 28 ist in die Aussparung 25 unter Verformung eingepreßt und seine Rückverformungskraft sorgt für den verdrehfesten und ab­ dichtenden Sitz am Gleitring 24.

In Fig. 7 wirken Elastomerring 29 und die Metallfeder 30 zusammen zum kraftschlüssigen Verbund von Dichtungsbal­ gen 31 und Gleitring 32.

In Fig. 8 besteht das elastische Bauteil 33 aus einem axial wirkenden Federring, der nach Verformung den axialen umhüllenden Vorsprung 34 des Dichtungsbalgens 35 in die Aussparung 36 des Gleitringes preßt.

In Fig. 9 ist der als elastisches Bauteil 37 dienende Federring mit der Umhüllung 38 des Dichtungsbalgens in eine keilförmige Nute 39 des Gleitringes 40 zum kraft­ schlüssigen Verbund eingepreßt.

In Fig. 10 besitzt der Dichtungsbalgen 41 einen keil­ förmigen axialen Vorsprung 42, der in eine entsprechend keilförmige Nut des Gleitringes 43 kraftschlüssig mit der Feder 44 eingepreßt ist.

In Fig. 11 besitzt der Dichtungsbalg 45 einen axialen Vorsprung 46, der auf dem Gleitring 44 am Außenumfang aufliegt. In der Ausnehmung des Vorsprungs 46 ist ein Elastomerring 47 angeordnet, der zusammen mit dem Vor­ sprung 46 durch das Spannband 48 radial gegen die Außen­ fläche des Gleitringes 49 kraftschlüssig gepreßt wird. Der radiale Schenkel 50 des Spannbandes 48 dient zur Be­ festigung des Federendes 51 zum axialen Anpressen des Gleitringes 49 an den Gegenring.

Claims (11)

1. Gleitringdichtung in bevorzugt außenliegender Aus­ führung, insbesondere für Pumpen zur Förderung chemisch aggressiver Medien oder für Rührwerke in chemischen Anlagen, mit einem Gleitring, einer Druckfeder zum axialen Anpressen des Gleitringes an den Gegenring und einem polymeren Formteil, bevor­ zugt in der Form eines Dichtungsbalgens, welcher mit seinem einen Ende mit dem Gehäuse beziehungsweise der Welle und mit seinem anderen Ende mit dem Gleit­ ring kraftschlüssig und dicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsbalgen (4, 20, 31, 35, 41, 45) aus einem fluorierten Polykohlenwasserstoff, wie bevorzugt Polytetrafluorethylen, besteht und an beiden axialen Enden über elastische Elemente (6, 10, 13, 14, 18, 28, 29, 30, 33, 37, 44, 47) kraftschlüssig mit der Welle (1) beziehungsweise dem Gehäuse und dem Gleitring (3, 24, 32, 43, 40, 49) verbunden ist.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elastischen Elemente aus Elasto­ merringen (6, 10, 13, 14, 18, 28, 29) bestehen.

3. Gleitringdichtung nach mindestens einem der An­ sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente aus metallischen Federringen (30, 33, 37, 33, 44, 47) bestehen.

4. Gleitringdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Dichtungsbalg (4) mit einem Ende (5, 15, 22) auf der Welle (1) aufliegt und daß das Ende (5, 15, 22) zusammen mit einem axial da­ hinter angeordneten Elastomerring (6, 13, 18) durch ein Spannband (7,16,19,23) auf der Welle (1) radial verspannt ist.

5. Gleitringdichtung nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerring (6′,6′′) in einer umlaufenden Nut (12) der Welle (1) zur Arretierung einliegt.

6. Gleitringdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Elastomerring (13) ein L-förmiges Profil besitzt.

7. Gleitringdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ende (17) des Dich­ tungsbalgens in einer Ausnehmung des Elastomer­ ringes (18) formschlüssig verknüpft.

8. Gleitringdichtung nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen Ende (22) des Dichtungsbalgene (20) und elastischem Formteil (6) eine Stützscheibe (21) von L-förmigem Querschnitt angeordnet ist, dessen einer Schenkel auf dem Ende (22) des Dichtungsbalgens (20) aufliegt.

9. Gleitringdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die dichtungsbalgseitige Stirnfläche des Gleitringes (3, 24, 32, 40, 43, 49) eine Ausnehmung in der Form einer Nut (8, 39) oder einer zur Welle (1) offenen Ausnehmung (25, 36) besitzt, in die das ein elastisches Element (10, 28, 29, 30, 33, 37, 44, 47) umhüllendes Ende (9, 27, 34, 38, 42, 46) des Dich­ tungsbalgens kraftschlüssig eingepreßt ist.

10. Gleitringdichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die axialen Wandungen (26) der Ausneh­ mungen (8, 25, 36, 39) keilförmig zur Gegenringseite abgeschrägt sind.

11. Gleitringdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ende (46) des Dich­ tungsbalgens (45) auf der Außenfläche des Gegen­ ringes (49) aufliegt und zusammen mit einem Ela­ stomerring (47) durch ein Spannband (48) radial auf den Gleitring (49) gepreßt ist.