DE69704804T2

DE69704804T2 - Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE69704804T2
Application number: DE69704804T
Authority: DE
Inventors: James Gilbert
Original assignee: John Crane UK Ltd
Current assignee: John Crane UK Ltd
Priority date: 1996-03-30
Filing date: 1997-03-20
Publication date: 2001-08-30
Anticipated expiration: 2017-03-21
Also published as: SG45539A1; EP0798499A1; US5725219A; JPH1026232A; KR100472395B1; GB9606815D0; CN1085312C; CN1174306A; RU2179676C2; KR970066228A; EP0798499B1; DE69704804D1; ATE201256T1; BR9701589A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Gleitringdichtungen wie sie durch den Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert sind.
Solche Gleitringdichtungen sind aus der Druckschrift US-A-3117793 bekannt.
Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung enthält eine Gleitringdichtung des oben genannten Typs auch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Merkmale.
Ferner sind detaillierte Ausführungsbeispiele in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 definiert.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Enden der Balgeinheit im Querschnitt relativ dick und sind durch einen relativ dünnen, flexiblen Mittelabschnitt miteinander verbunden. In seinem axial entspannten Zustand ist der Mittelabschnitt im großen und ganzen zylindrisch, wobei er sich von seinem an dem zweiten Bauteil befestigten Ende angrenzend an seinen Durchmesser der an dem zweiten Bauteil angreift und zu seinem an dem zweiten Dichtungsring befestigten Ende angrenzend an seine Oberfläche, die an dem zweiten Dichtungsring befestigt ist, erstreckt, so daß, wenn er auf seine Arbeitslänge axial zusammengedrückt ist, der Mittelabschnitt des Balgs angrenzend an den zweiten Dichtungsring in Anlage mit der hinteren Stirnfläche des Dichtungsringes und nach unten gegen das zweite Bauteil verformt wird, um ein glattes Profil ohne Falten oder Wellen zu bilden.
Der Mittelabschnitt des Balgs wird dadurch gegen das zweite Bauteil abgestützt, um den Strömungsmitteldruck auf der von dem zweiten Bauteil entfernten Seite des Balgs auszuhalten. Außerdem wenn zwischen dem zweiten Bauteil und der Balgeinheit Druck aufgebracht wird, stützen die teleskopierten Treibbänder den Mittelabschnitt der Balgeinheit ab, um ihn an der Ballonbildung zu hindern und die Dichtungsunversehrtheit zu wahren.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun nur anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Gleitringdichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Balgeinheit der in Fig. 1 dargestellten Dichtung;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Balgeinheit der in Fig. 1 dargestellten Dichtung in einem entspannten Zustand; und
Fig. 4 eine Schnittansicht ähnlich wie Fig. 1, bei dem die Balgeinheit von innen mit Druck beaufschlagt ist.
Wie in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, umfaßt die Gleitringdichtung zum Erzeugen einer strömungsmitteldichten Dichtung zwischen einer Welle 10 und einem Gehäuse 11 einen ersten Dichtungsring oder Sitz 12, der in einer ringförmigen Ausnehmung 13 in dem Gehäuse 11 angeordnet und mittels eines elastomeren Dichtungsringes 14 dagegen abgedichtet ist. Der Dichtungsring 14 dient auch dazu, die Drehstellung des Sitzes 12 mit Bezug auf das Gehäuse 11 festzulegen.
Ein zweiter Dichtungsring 20 ist gegen die Welle 10 mittels einer Balganordnung 21 abgedichtet. Eine Balganordnung 21 enthält eine elastomere Balgeinheit 22, die einen ersten Endabschnitt 23, einen relativ dünnen, flexiblen Mittelabschnitt 27 und einen zweiten Endabschnitt 25 hat. Der erste Endabschnitt 23 hat einen Innendurchmesser 24, der an dem Umfang der Welle 10 angreift. Der zweite Endabschnitt 25 hat einen Innendurchmesser 26, der an dem Außendurchmesser des Dichtungsringes 20 angreift. Der Mittelabschnitt 21 hat eine im großen und ganzen zylindrische Form, wobei er sich von angrenzend an den Innendurchmesser 24 des Endabschnittes 23 erstreckt und sich nach außen in Richtung auf den Endabschnitt 25 erweitert, um sich mit dem Endabschnitt 25 an dessen Innendurchmesser 26 zu verbinden.
Ein Paar rohrförmiger Treibbänder 30, 31 umfassen jeweils einen Endabschnitt 32 mit einem großen Durchmesser und einen Abschnitt 33 mit einem kleinen Durchmesser. Die den kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitte 33 der Treibbänder 30 und 31 haben den gleichen Durchmesser und sind mit axial verlaufenden Kronierungen 34 versehen. Die Kronierungen 34 an jedem der Treibbänder 30 und 31 haben die gleiche Breite und die Breite der Kronierungen 34 an jedem Treibband 30, 31 ist gleich oder etwas kleiner als die Spalte 35 zwischen den Kronierungen 34.
Die Treibbänder 30, 31 sind coaxial zu der Balgeinheit 22 angeordnet. Der den größeren Durchmesser aufweisende Abschnitt 32 des Treibbandes 30 greift an dem Außendurchmesser des Endabschnittes 23 der Balgeinheit 22 an, wobei er den Endabschnitt 23 radial in Dichtungseingriff mit der Welle 10 drückt und ihn in seiner Drehstellung relativ dazu festlegt. Ebenso greift der den größeren Durchmesser aufweisende Abschnitt 32 des Treibbandes 31 an dem Außendurchmesser des Endabschnittes 25 der Balgeinheit 22 an, wobei er den Endabschnitt 25 radial in Dichtungseingriff mit dem Außendurchmesser des Dichtungsringes 20 drückt und die Drehstellung des Dichtungsringes 20 bezüglich des Endabschnittes 25 auch festlegt.
Die den kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitte 33 der Treibbänder 30 und 31 sind aufeinanderzugerichtet, wobei die Kronierungen 34 des einen Treibbandes 30 und die Kronierungen 34 des anderen Treibbandes 31 teleskopartig ineinandergreifen. Auf den Dichtungsring 20 aufgebrachte Torsionsbeanspruchungen werden somit über den Endabschnitt 25 der Balgeinheit 22, das Treibband 31, das Treibband 30 und den Endabschnitt 23 der Balgeinheit 22 von der Welle 10 übertragen.
Eine Schraubendruckfeder 35 wirkt zwischen den den größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitten 32 der Treibbänder 30 und 31, wobei sie sie auseinanderdrängt und eine Dichtungsstirnfläche 36 an dem Dichtungsring 20 in Dichtungsanlage mit einer Dichtungsstirnfläche 37 an dem Sitz 12 drängt.
Die Balganordnung 21 ist axial bezüglich der Welle 10 mittels eines Sicherungsringes 40 angeordnet, der in eine Umfangsnut 41 an der Welle 10 eingreift und an einer Druckscheibe 42 angreift. Eine ringförmige Ausnehmung 43 ist in der Stirnfläche des Endabschnittes 23 der Balgeinheit 22 vorgesehen, um eine axiale Ausdehnung des Endabschnittes 23 zu gestatten und zu der gleichmäßigen radialen Belastung des Balgs auf die Welle beizutragen, wenn er radial zwischen dem Antriebsring 30 und der Welle 10 zusammengedrückt wird.
Die hintere Stirnfläche 50 des Dichtungsringes 20 ist so profiliert, daß, wenn die Balganordnung 21 auf ihre Arbeitslänge zwischen dem Sicherungsring 40 und dem Sitz 12 zusammengedrückt ist, der Mittelabschnitt 27 der Balgeinheit 22 in Anlage mit der hinteren Stirnfläche 50 des Dichtungsringes 20 und nach unten gegen die Welle 10 verformt wird, um ein glattes Profil ohne Falten oder Wellen, wie in Fig. 1 dargestellt, zu bilden. Der flexible Mittelabschnitt 27 der Balgeinheit 22 wird dadurch gegen die Welle 10 abgestützt, wenn das unter Druck stehende Strömungsmittel auf den Außendurchmesser der Balgeinheit 22 aufgebracht wird. Außer die Verformung der Balgeinheit 22 zu lenken, vermeidet die profilierte Stirnfläche 50 des Dichtungsringes 20 scharfe Ecken, die die Balgeinheit aufreißen oder aufschneiden könnten und verringert auch Belastungen in der Balgeinheit.
Der Abschnitt der Balgeinheit 22, der gegen die hintere Stirnfläche 50 des Dichtungsringes 20 verformt wird, und die teleskopische Eigenschaft der Treibbänder 30 und 31 ermöglichen es dem Dichtungsring 20, sich bezüglich der Welle 10 axial zu bewegen, um eine Abnutzung der Dichtungsstirnflächen 36 und 37 des Dichtungsringes 20 und des Sitzes 12 jeweils aufzunehmen.
Wenn ein Strömungsmitteldruck auf den Innendurchmesser der Balgeinheit 22 aufgebracht wird, stützen die teleskopierten, einen kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitte 33 der Treibbänder 30 und 31 den Mittelabschnitt 27 der Balgeinheit 22 ab, wodurch sie daran gehindert wird, sich ballonartig nach außen zu beulen und die Unversehrtheit der Dichtung gewahrt wird.
Die Dichtungsringe 12 und 20 der vorliegenden Erfindung können aus irgendwelchen konventionellen Kombinationen von Werkstoffen hergestellt sein, die normalerweise bei Gleitringdichtungen verwendet werden, wie z. B. Kohle/Graphit gegen ein Metall, Keramik oder keramikbeschichtetes Material oder Metall gegen Keramik oder Keramik gegen Keramik. Irgendeine geeignete elastomere Masse kann für die Balgeinheit verwendet werden. Die Treibbänder werden vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gemacht, obgleich andere Metalle oder starre Kunststoffmaterialien verwendet werden könnten.
Der Sitz 12 kann gegenüber dem Gehäuse 11 auf irgendeine andere konventionelle Art und Weise abgedichtet werden, z. B. durch den Gebrauch eines O-Ringes oder eines PTFE-Ringes. Außerdem können ein oder mehrere Stifte vorgesehen werden, die an dem Sitz 12 und dem Gehäuse 11 angreifen, um eine Drehung zwischen ihnen zu verhindern, anstatt auf eine Reibung zu setzen, um den Sitz 12 in seiner Drehstellung bezüglich des Gehäuses 11 festzulegen.
Während bei der obigen Ausführungsform die Balganordnung 21 axial zu der Welle 10 durch den Sicherungsring 41 festgelegt ist, können andere konventionelle Verfahren zum Festlegen der Balganordnung 21 verwendet werden. Zum Beispiel kann die Balganordnung 21 an einem Absatzgebilde an der Welle oder an einem Kragen oder einem Hülsengebilde, das an der Welle auf eine geeignete Art und Weise befestigt ist, anstoßen.
Während bei der obigen Ausführungsform die Balganordnung 21 an der Welle 10 angeordnet ist und der Sitz 12 an dem Gehäuse 11 angeordnet ist, kann die Balganordnung 21 als Alternative dazu bezüglich des Gehäuses 11 und der Sitz 12 bezüglich der Welle angeordnet sein.

Claims

1. Gleitringdichtung zum Schaffen einer Strömungsmitteldichten Dichtung zwischen zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen (10, 11), mit einem ersten Dichtungsring (12), der axial- und drehfest bezüglich eines ersten Bauteils (11) angeordnet und dagegen abgedichtet ist, und einem zweiten Dichtungsring (20), der drehfest bezüglich eines zweiten Bauteils (10) angeordnet ist, wobei der zweite Dichtungsring (20) bezüglich des zweiten Bauteils (10) mittels einer elastomeren Balgeinheit (22) abgedichtet ist, wodurch der zweite Dichtungsring (20) bezüglich des zweiten Bauteils (10) axial beweglich ist, wodurch zwei rohrförmige Treibbänder (30, 31) koaxial zu der Balgeinheit (22) im axialen Abstand voneinander angeordnet sind, wobei das äußere Ende (32) von einem Treibband (30) an einem Ende (23) der Balgeinheit (22) angreift und einen Radialdruck darauf ausübt, der es in einen Treib- und Dichtungseingriff mit einer Umfangsfläche des zweiten Bauteils (10) klemmt, und das andere Ende (32) des anderen Treibbandes (31) an dem anderen Ende (25) der Balgeinheit (22) angreift, wobei die inneren Enden (33) der Treibbänder (30, 31) Kronierungen (34) haben, wobei die Kronierungen (34) des einen Treibbandes (30) und die Kronierungen (34) des anderen Treibbandes (31) ineinandergreifen, wodurch die Treibbänder (30, 31) teleskopierbar sind und Torsionsbeanspruchungen zwischen dem zweiten Bauteil (10) und dem zweiten Dichtungsring (20) von den Enden (23, 25) der Balgeinheit (22) und den Treibbändern (30, 31) entgegengewirkt wird, wobei ein federndes Mittel (35) zwischen den Treibbändern (30, 31) wirkt, um sie auseinanderzuspannen und einander entgegengesetzte Dichtungsflächen (36, 37) des ersten und zweiten Dichtungsringes (12, 20) in Dichtungsanlage zu drängen, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Enden (33) der Treibbänder (30, 31) den gleichen Durchmesser haben, die Kronierangen (34) an beiden Treibbändern (30, 31) axial verlaufen und das äußere Ende (32) des anderen Treibbandes (31) einen Radialdruck auf das andere Ende (25) der Balgeinheit (22) ausübt, um es in Treib- und Dichtungseingriff mit einer Umfangsfläche des zweiten Dichtungsringes (20) zu klemmen.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Balgeinheit (22) zwei Endabschnitte (23, 25) aufweist, die durch einen relativ dünnen, flexiblen Mittelabschnitt (27) miteinander verbunden sind.

3. Gleitringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Balgeinheit (22) auf ihre Arbeitslänge zusammengedrückt ist, der Mittelabschnitt (27) der Balgeinheit (22) gegen die hintere Stirnfläche (50) des zweiten Dichtungsringes (20) und in Anlage mit dem zweiten Bauteil (10) verformt wird, um ein glattes Profil ohne Falten oder Wellen zu bilden.

4. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Stirnfläche (50) des zweiten Dichtungsringes (20) profiliert ist.

5. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (11) ein Gehäuse und das zweite Bauteil (10) eine Welle ist.

6. Gleitringdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Balgeinheit (22) einen ersten Endabschnitt (23), dessen Innendurchmesser (24) an der Welle (10) angreift, einen zweiten Endabschnitt (25), dessen Innendurchmesser an dem Außendurchmesser des zweiten Dichtungsringes (20) angreift, und einen relativ dünnen flexiblen Mittelabschnitt (27) aufweist, wobei der Mittelabschnitt (27) eine im großen und ganzen zylindrische Form hat, die sich von dem ersten Endabschnitt (23) neben dessen Innendurchmesser (24) ausstreckt, wobei das Ende des Mittelabschnittes (27) neben dem zweiten Endabschnitt (25) konisch nach außen erweitert und mit dem zweiten Endabschnitt (25) an dessen Innendurchmesser verbunden ist.

7. Gleitringdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden (32) der Treibbänder (30, 31) erweiterte Durchmesser haben, die an den Außendurchmessern des ersten und zweiten Endabschnittes (23, 25) der Balgeinheit (22) angreifen.

8. Gleitringdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schraubendruckfeder (35) zwischen den einen erweiterten Durchmesser aufweisenden Endabschnitten (33) der Treibbänder (30, 31) wirkt, um sie auseinanderzuspannen.

9. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Balgeinheit (22) an der Welle (10) mittels eines Sicherungsringes (40), der in eine Umfangsnut (41) in der Welle (10) eingreift, und einer Druckscheibe (42), einem Schultergebilde an der Welle oder einem Bund oder einem an der Welle (10) befestigten Hülsenteil axial festgelegt ist.

10. Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenn ein unter Druck stehendes Strömungsmittel auf den Innendurchmesser der Balgeinheit (22) aufgebracht wird, der Mittelabschnitt (27) der Balgeinheit (22) an dem Innendurchmesser der teleskopierten Treibbänder (30, 31) angreift.

11. Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Ausnehmung (43) in der Stirnwand des Endes (23) der Balgeinheit (22) vorgesehen ist, das an dem zweiten Bauteil (10) angreift, wobei die ringförmige Ausdehnung (43) eine Entlastung für eine axiale Ausdehnung von diesem Ende (23) der Balgeinheit (22), wenn es radial in Anlage mit dem zweiten Bauteil (10) zusammengedrückt wird, schafft.