DE20107960U1 - Dichtungselement für eine Gleitringdichtungsanordnung - Google Patents

Description

Dichtungselement für eine Gleitringdichtungsanordnung

Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement für eine Gleitringdichtungsanordnung und insbesondere ein solches Dichtungselement, das den Bau einer Gleitringdichtungsanordnung mit besonderer, jedoch nicht ausschliesslicher Eignung für aggressive Medien ermöglicht.

Aus der WO 99/53227 ist ein Dichtungselement bekannt, das einen zentralen Balgabschnitt umfasst, der demzufolge axial und radial beweglich ist und beiderendseitig durch steife Montageabschnitte begrenzt ist. Das Dichtungselement kann gänzlich aus einem gegenüber dem abzudichtenden Medium beständigen Kunststoffmaterial gebildet sein. Obschon mit Hilfe dieses Dichtungselementes eine aussenbeaufschlagbare, unkompliziert aufgebaute Gleitringdichtungsanordnung zum Einsatz bei aggressiven Medien bereitgestellt werden kann, konnte bislang das Problem nicht befriediglend gelöst werden, wie ohne Einbusse an chemischer Beständigkeit der Anordnung und/oder deren Betriebszuverlässigkeit die Montage des Dichtungselementes an dem betreffenden Bauteil der Gerätschaft zu erfolgen hat, bei der die Gleitringsdichtunganordnung zum Einsatz kommen soll. Die in diesem Zusammenhang in der Druckschrift vorgeschlagenen Massnahmen, obschon sie vergleichsweise kompliziert sind und daher die Montage- und Wartungsarbeiten erschweren, können oftmals eine dauerhafte sichere Fixierung des Dichtungselementes gegenüber dem betreffenden Bauteil, z.B. der Antriebswelle eines Pumpnelaufrades nicht gewährleisten.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Dichtungselement der gattungsgemässen Art zu schaffen, das bei zumindest gleicher chemischer Beständigkeit gegenüber dem abzudichtenden Medium wie das bekannte Dichtungselement eine vereinfachte Montage mit verbesserter Betriebszuverlässigkeit ermöglicht.

Bezüglich der Lösung dieser Aufgabe wird auf den Anspruch 1 verwiesen. Danach umfasst das Dichtungselement nach der Erfindung einen Balgabschnitt mit endseitigen Montageabschnitten, von denen einer zur drehfesten Montage an einem Bauteil und der andere zur Halterung eines Gleitrings ausgelegt ist, wobei wenigstens die dem abzudichtenden Medium ausgesetzten Oberflächen des Dichtungselementes, vorzugsweise jedoch dessen gesamten Aufbauteile, in an sich bekannter Weise aus einem gegenüber dem Medium im wesentlichen beständigen Kunststoffmaterial gebildet sind. Erfindungsgemäss ist in einer Gewindebohrung an dem der drehfesten Montage dienenden Montageabschnitt ein Gewindestift zur Verspannung des Montageabschnittes gegenüber dem Bauteil eingeschraubt, der aus einem keramischen Material gebildet ist. Mit diesen Massnahmen ist nicht nur die chemische Beständigkeit des Dichtungselementes selbst, sondern auch der Stelle uneingeschränkt gewährleistet, an der die Montage an dem betreffenden Gerätebauteil erfolgen soll. Insbesondere kommt das erfindungsgemässe Dichtungselement ohne dem Medium ausgesetzte metallische Teile aus. Nicht nur ermöglicht die Montage mit Hilfe des keramischen Gewindestiftes, dass der Fachmann in einer ihm grundsätzlich vertrauten Art und Weise vorgehen kann, sondern es wird ferner hierdurch eine wesentlich verbesserte Betiebszuverlässigkeit des Dichtungselementes erhalten, obschon dieses gänzlich aus einem Kunststoffmaterial bestehen kann. Die Härte des keramischen Materials des Gewindestiftes ermöglicht nämlich nicht nur eine, wie gewohnt, rein kraftschlüssige Klemmkupplung des Dichtungselementes gegenüber dem Gerätebauteil, sondern zusätzlich auch ein formschlüssige und damit dauerhafte zuverlässige Verbindung, indem der Gewindestift gemäss einer Weiterbildung der Erfindung mit Mitteln, z.B. in Gestalt einer Ringschneide versehen sein kann, die in die Oberfläche des Bauteils einschneiden können, d.h. sich quasi damit „verzahnen". Durch die Kombination eines im Vergleich zu einem Stahlmaterial „weichen" Kunststoffmaterials mit einem extrem harten keramischen Material können daher in überraschend einfacher Weise die bislang bei gattungsgemässen Dichtungselementen bestehenden Probleme behoben werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

in längsgeschnittener fragmentarischer Ansicht eine Gleitringdichtungsanordnung mit einem Dichtungselement gemäss der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Einsatz bei einer Pumpe,

Fig. 2

in einer geschnittenen Detailansicht das Dichtungselement nach Fig. 1 mit Darstellung von Mitteln zur Fixierung des Dichtungselementes an einem Bauteil gemäss einer Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 3

in einer Ansicht ähnlich Fig. 2 das Dichtungselement nach Fig. 1 mit Darstellung von Mittel zur Fixierung des Dichtungselementes an einem Bauteil gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Obschon die Erfindung in Verbindung mit der Abdichtung der Antriebswelle eines Pumpenlaufrades gegenüber einem Pumpengehäuse gezeigt ist, versteht es sich, dass die Erfindung auf dieses Anwendungsgebiet nicht beschränkt ist, sondern immer dann vorteilhaft zum Einsatz kommen kann, wenn es gilt, Medien, insbesondere solcher chemisch aggressiver Art, wie Säuren oder Laugen, mittels einer einfach aufgebauten Gleitringdichtungsanordnung gegenüber der Aussenumgebung wirksam abzudichten.

In Fig. 1 trägt das Pumpengehäuse das Bezugszeichen 1, die Antriebswelle das Bezugszeichen 2 und ein auf der Antriebswelle befestigtes Pumpenlaufrad das Bezugszeichen 3. Das Pumpenlaufrad 3 rotiert in einem Pumpenraum 4. Auf der Welle 2 ist eine Hülse 5 aufgesetzt, auf der eine Gleitringdichtungsanordnung mit einem Dichtungselement nach der Erfindung angeordnet ist. Die Gleitringdichtungsanordnung umfasst eine Gleitringpaarung, bestehend aus einem drehfest am Gehäuse 1 gehaltenen Gleitring 6 und einem damit zusammenwirkenden rotierenden Gleitring 7, der zusammen mit der Antriebswelle 2 rotiert. Zwischen den zugewandten Gleitflächen der Gleitringe 6, 7 bildet sich bei Betrieb ein Dichtspalt, um einen Raum A aussenumfänglich der Gleitringdichtungsanordnung gegenüber einem Raum B abzudichten, der mit innenumfänglichen Bereichen der Gleitringdichtungsanordnung in

Fluidverbindung steht. Der aussenumfängliche Raum A ist mit dem zu pumpenden Medium beaufschlagt.

Der rotierende Gleitring 7 ist von einem Dichtungselement gehalten, das das allgemeine Bezugszeichen 8 trägt. Das Dichtungselement 8 umfasst einen Balgabschnitt 10, der beiderendseitig je mit einem Montageabschnitt 9, 11 verbunden ist. Einer der Montageabschnitte 9, 11, in Fig. 1 der linksseitige Montageabschnitt 9, dient zur drehfesten Fixierung des Dichtungselementes 8 gegenüber der Antriebswelle 2, während der andere, in Fig. 1 rechtsseitige Montageabschnitt 11, Träger des rotierenden Gleitrings 7 ist. Die Befestigung des Gleitrings 7 am Montageabschnitt 11 kann vorzugsweise über einen Pressitz, z.B. Schrumpfsitz erfolgen.

Der Balgabschnitt 10 kann in verschiedener Weise ausgebildet sein, vorausgesetzt er schafft eine elastische Verbindung zwischen den auf Grund ihrer Formgebung steiferen Montageabschnitten 9, 11. Die Montageabschnitte 9,11 können sich daher relativ zueinander axial und radial bewegen. Ferner beaufschlagt der Balgabschnitt 10 den rotierenden Gleitring 7 mit einer axialen Vorspannkraft, um den Gleitring 7 gegen den stationären Gleitring 6 zu drücken. Der Balgabschnitt 10 hat vorzugsweise eine schlangenlinienförmige Querschnittskonfiguration, was sein federnde Eigenschaft fordert.

Das Dichtungselement 8, bestehend aus dem Balgabschnitt 10 und den endseitigen Montageabschnitten 9,11, ist so ausgebildet, dass es beständig gegenüber dem abzudichtenden Medium ist. Vorzugsweise ist das Dichtungselement 8 aus diesem Grund aus einem chemisch beständigen Kunststoffmaterial geformt oder wenigstens damit oberflächenbeschichtet. Obschon andere Kunststoffmaterialien in Frage kommen können, wird vorzugsweise ein Material aus der Gruppe der Polyetheretherketon (PEEK) und Äthylen-Chlorotrifluor-Copolymer (ECTFE) umfassenden Materialien vorgesehen. PEEK ist unter dem Handelsnamen TECAPEEK bei der Firma Ensinger GmbH & Co., D-93413 Cham, und ECTFE unter dem Handelsnamen HALAR bei der Firma Green, Tweed & Co., Kulpsville/USA, PA erhältlich. Beide Kunststoffmaterialien zeichnen sich durch eine hohe Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Laugen und Säuren und einer thermischen Beständigkeit bis ca. 25O⁰C (PEEK) bzw. 160⁰C (ECTFE) aus.

Ein weiterer Vorteil von PEEK und ECTFE sind deren guten federelastischen Eigenschaften selbst bei höheren Temperaturen. Balgabschnitte 10 aus diesen Materialien sind daher geeignet, die vorerwähnte Vorspannkraft aufzubringen, ohne dass auf separate Vorspannmittel, z.B. in Gestalt von Vorspannfedern, zurückgegriffen werden muss. Werden höhere Anforderungen im Hinblick auf. die abzudichtenden Drücke gestellt, so kann der zentrale Balgabschnitt 10 ein in dem Kunststoffmaterial eingebettetes Metallteil, z.B. aus einem Federstahl, umfassen, der in geeigneter Weise flüssigkeitsdicht mit den Montageabschnitten 9, 11 verbunden ist. Die Montageabschnitte 9, 11 können separate Formteile aus den erwähnten Kunststoffmaterialien sein.

Das Kunststoffmaterial für die Montageabschnitte 9, 11 und den zwischenliegenden

Balgabschnitt 10 kann ferner in geeigneter Weise, z.B. durch SiC-Fasern, Glasfasern,

keramische Fasern oder Graphitfasern verstärkt sein, d.h. einen faserverstärkten Verbundwerkstoff darstellen.

Der Gleitring 7 kann aus irgendeinem geeigneten gegenüber chemisch aggressiven Medien beständigen Material, wie beispielsweise Siliciumcarbid, keramisches Sintermaterial, wie Aluminiumoxid, Kohlenstoffmaterial oder dgl. bestehen. Der Gleitring 7 kann ein separates Bauteil sein, das am zugehörigen Montageabschnitt 11 des Dichtungselementes 8, wie vorbeschrieben, befestigt ist, oder integrales Bestandteil des Montageabschnittes 11 darstellen, indem der Gleitring 7 am Montageabschnitt 11 z.B. angesintert ist. Der vorbeschriebene Aufbau des Dichtungselementes ist grundsätzlich aus der eingangs erwähnten WO-Schrift bekannt. Bezüglich weiterer Details kann daher hierauf verwiesen werden.

Fig. 2 und 3 zeigen Ausfuhrungsformen von Mitteln zur Fixierung des Montageabschnittes 9 gegenüber der Antriebswelle 2 bzw. Hülse 5. Gemeinsames Merkmal beider Ausführungsformen ist ein am Basisteil 12 des jeweiligen Montageabschnittes 9 vorgesehener rohrförmiger Ansatzbereich 13, der vom Basisteil 12 axial absteht und eine Bohrung mit einer inneren Abmessung definiert, die der Aussenabmessung der Hülse 5 angepasst ist, so dass der

Ansatzbereich 13 die Hülse 5 bündig umgreifen kann. Der rohrförmige Ansatzbereich 13 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das des Basisteils 12 des Montageabschnittes 9 und ist vorzugsweise integrales Teil des Montageabschnittes 9.

Auf dem äusseren Umfang des rohrförmigen Ansatzbereiches 13 ist ein Montagering 14 mit einer radialen Gewindebohrung 15 - oder mehreren, umfänglich verteilt angeordneten radialen Gewindebohrungen - aufgesetzt, in die ein Gewindestift 16 eingeschraubt werden kann. Der Montagering 14 besteht ebenfalls aus einem geeigneten chemisch und thermisch beständigen Kunststoffmaterial, das dem des Montageabschnittes 9 entsprechen kann.

Der Gewindestift 16 ist erfindungsgemäss aus einem keramischen Material mit zumindest ebenso hoher chemischer Beständigkeit gegenüber aggressiven Substanzen, wie Säuren oder Laugen, gebildet, wie die des Kunststoffmaterials, das bei dem Dichtungselement im Übrigen vorgesehen ist. Bevorzugte keramische Materialien für den Gewindestift 16 sind Zirkonoxyd und Aluminiumoxyd. Andere geeignete keramische Materialien können ebenfalls zur Anwednung kommen. Eine bevorzugte Methode zur Ausbildung derartiger Gewindestifte aus keramischem Material ist das Pressformen, wie es dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist, so dass sich eine nähere Beschreibung erürbrigt.

Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft des keramischen Materials ist dessen deutlich höhere Härte im Vergleich nicht nur zu dem Kunststoffmaterial des Dichtungselementes, sondern auch zu einem metallischen Material, wie Stahl, aus dem die Antriebswelle 2 oder die Hülse 5 gebildet sein kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 kann der Gewindestift 16 in unmittelbarem Eingriff mit der Oberfläche der Hülse 5 treten, indem im rohrförmigen Ansatzbereich 13 in einer ausgerichteten Beziehung zur Gewindebohrung 15 eine Bohrung oder Ausnehmung 17 vorgesehen ist, durch die sich der Gewindestift 16 hindurcherstrecken kann. Der Gewindestift 16 kann an seiner der Hülse 5 zuweisenden Endfläche Mittel, z.B. in Gestalt einer Ringschneide 18 aufweisen, die aufgrund der Härte des keramischen Materials in die Oberfläche der Hülse 5 um

ein geringes Ausmass eindringen bzw. sich eingraben können. Bezüglich einer geeigneten Ausbildung einer Ringschneide 18 kann z.B. auf DIN 916 verwiesen werden. Auf diese Weise kann eine sowohl kraft- als auch formschlüssige feste Verbindung zwischen dem Gewindestift 16 - und damit dem Dichtungselement - und der Hülse 5 erhalten werden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, die ausgelegt ist, dass der Gewindestift 16 eine radiale Klemmkraft auf lokale Bereiche des rohrförmigen Ansatzbereiches 13 ausüben kann, so dass diese gegen die Oberfläche der Hülse 5 gedrückt werden, um zwischen dem Ansatzbereich 13 und der Hülse 5 eine Klemmverbindung zu schaffen. In diesem Fall ist die dem Ansatzbereich 13 zugewandte Enfläche des Gewindestifftes 16 vorzugsweise eben ausgebildet. Diese Ausführungsform schafft eine Verbindung zwischen dem Dichtungselement 8 und der Hülse 5, um die Drehbewegung der Antriebswelle 2 und auftretende Axialschübe auf den Gleitring 7 zu übertragen, ohne dass die Oberfläche der Hülse 5 beschädigt wird

Das Dichtungselement nach der Erfindung kann zusammen mit der Gleitringdichtungsanordnung oder als separates Bauteil zur nachträglichen Montage bereitgestellt werden. Vorzugsweise sind die Einbaumasse so, dass eine aussen mit dem abzudichtenden Medium beaufschlagbare Gleitringdichtungsanordnung erhalten werden kann, die für enge Normeinbauräume geeignet ist. Bei den vorbeschriebenen und in Fig. 1 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung ist der Gewindestift aus keramischem Material in Gewindebohrungen in einem Montagering eingeschraubt. Der Montagering und der damit zusammenwirkende rohrförmige Ansatzbereich könnten, wenn erwünscht, auch wegfallen und der Gewindestift unmittelbar in einer Gewindebohrung eingeschraubt sein, die durch den Basisteil des Montageabschnittes geführt ist.

Claims (6)

1. Dichtungselement für eine Gleitringdichtungsanordnung mit einem Balgabschnitt mit endseitigen Montageabschnitten, von denen einer zur drehfesten Montage an einem Bauteil und der andere zur Halterung eines Gleitrings ausgelegt ist, wobei wenigstens die dem abzudichtenden Medium ausgesetzten Oberflächen des Dichtungselementes aus einem gegenüber dem Medium im wesentlichen beständigen Kunststoffmaterial gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Gewindebohrung (15) an dem der drehfesten Montage dienenden Montageabschnitt (9) ein Gewindestift (16) aus einem keramischen Material zur Verspannung des Montageabschnittes gegenüber dem Bauteil eingeschraubt ist.

2. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindestift (16) mit Mitteln (18) zur formschlüssigen Eingriffnahme mit einer Oberfläche des Bauteils versehen ist.

3. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageabschnitt (9) einen die Gewindebohrung (15) und den Gewindestift (16) untergreifenden, gegen das Bauteil verformbaren Ansatzbereich (13) umfasst.

4. Dichtungselement nach einem der vorhergehenden Anspüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebohrung (15) und der Gewindestift (16) in einem am Montageabschnitt (9) gehaltenen Montagering (14) aus dem Kunstoffmaterial vorgesehen sind.

5. Dichtungselement nach einem der vorhergehenden Anspüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Montageabschnitte (9, 11), vorzugsweise auch der Balgabschnitt (10) gänzlich aus dem Kunststoffmaterial geformt sind.

6. Dichtungselement nach nach einem der vorhergehenden Anspüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kunststoffmaterial PEEK oder ECTFE umfasst.