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Selbstdichtende Metallstopfbüchse.
Als Packung für Metallstopfbüchsen für Kolbenstangen oder dgl. hat man bisher zusammenwirkende Büchsen oder Ringe verwendet, von welchen je ein Innenring mit seiner Innenfläche an dem Umfang der Kolbenstange oder dgl. und mit einer Stirn-oder kegelförmigen Mantelfläche an einer entsprechenden Fläche eines Aussenringes anliegt, der seinerseits mit seiner äusseren Zylinderfläche die Bohrung des Stopfbüchsenhalses ausfüllt.
Werden dabei ungeteilte, geschlossene Ringe verwendet, so kann man wohl bei genauer Herstellung eine gute Abdichtung erreichen, allein man kann eintretender Abnutzung nicht oder nicht in genügendem Masse durch Nachstellung Rechnung tragen. Verwendet man dagegen geschlitzte und federnde Ringe, so hat man eine dauernd befriedigende Abdichtung aus dem Grunde nicht, weil nun jeder einzelne Ring eine vom inneren bis zum äusseren Umfang der Packung bzw. umgekehrt durchlaufende Fuge besitzt, wodurch die Abdichtung beeinträchtigt und im wesentlichen von der an sich veränderlichen Genauigkeit des Fugenschlusses abhängig wird.
Derartige Ringgruppen, bestehend aus zwei kegelförmigen Ringen, haben nun ihrerseits bei weitem pichet die gewünschte Nachstellbarkeit, welche durch die Anwendung eines zwischengefügten dritten Keilringes erreicht wird. Diese Keilwirkung zur Erhöhung der Nachstellbarkeit ist allerdings durch ähnliche Ausführung an sich bekannt geworden, aber bisher in praktisch einwandfreier Weise noch nicht zur Ausführung gelangt, da dazu nur mehrteilige und starre Ringkörper verwandt wurden. Solche Ringe haben aber den Nachteil, bei eintretender Abnutzung und Nachstellung der Ringe Abweichungen von der zylindrischen Kreisform durch an den Teilfugen entstehende zwickelartige Hohlräume zu zeigen.
Während man demnach bei Metallstopfbüchsen der bisher gebräuchlichen Art den Vorteil der Nachstellbarkeit bei Anwendung geteilter Ringe nur erreichen konnte, wenn man gleichzeitig eine veränderliche Unsicherheit der Abdichtung in Kauf nahm, deren Nachteile leicht die erhofften Vorteile der Nachstellung überwiegen konnten, ist durch die den Gegenstand des Patentes bildende Erfindung die Möglichkeit einer weitgehenden Nachstellung gegeben.
Durch Vereinigung der an sich bekannten einteiligen, federnden Ringkörper mit der besonderen, aus drei Ringen bestehenden Keilringgruppien ng wird in geeigneter Weise des weiteren eine Unterstützung der Abdichtung durch den Gasdrack und eine Verminderung des schädlichen Einflusses der Trennfuge an den Ringen erreicht, indem die aus drei besagten Ringen bestehenden Ringgruppen je einen zentralen Hohlrar. m fi trapez- förmiger Gestalt dauernd dicht abschliessen, in welch letzterem sich gegebenenfalls durchschleichende Ga8e ansammeln und entsprechende radiale und axiale Verschiebungen im Sinne der Abdichtung bewirken.
Im einzelnen sei zunächst der Erfindungsgegenstand an dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Gesamtanordnung einer Stopfbüchse mit eingeschalteter
Schmierkammer, Fig. 2 eine Ringgruppe dieser Stopfbüchse in grösserem Massstabe, in nicht abgenutztem Zustand, Fig. 3 dieselbe Ringgruppe nach erfolgter Abnutzung bzw. Nachstellung.
Die Fig. 4 und 5 zeigen den mittleren Ring der Ringgruppe allein, die Fig. 6 und 7 den äusseren
Ring allein, je in den der Fig. 2 bzw. 3 entsprechenden Endstellungen.
Jede Ringgruppe besteht aus einem äusseren Ring a, welcher sich mit seiner zylindrischen Aussenfläche an die Wand der Bohrung der Stopfbüchse g anlegt, einem inneren Ringe c, welcher die Kolbenstange f oder dgl. umschliesst und einem mittleren, einfachen Keilring b, der mit seinen kegelförmigen Flächen an entsprechenden Kegelflächen des inneren und des äusseren Ringes anliegt.
Sämtliche Ringe sind einteilig, geschlitzt und federnd. Es ist jedoch auch möglich, wenngleich weniger vorteilhaft, den äusseren Ring ungeteilt auszuführen. Zweckmässig werden sämtliche Ringe auf fertiges Mass gedreht und in bekannter Form beispielsweise mit Z-förmigem Halbstoss versehen.
Zum Zwecke der Abdichtung der Stopfbüchse wird durch Anziehen der Stopfbüchsbrille h ein axialer Druck auf die Packung ausgeübt. Dadurch werden die mittleren Ringe b keilartig zwischen die äusseren und inneren Ringe a bzw. c getrieben, so dass die äusseren Ringe auseinandergespreizt, die inneren zusammengedrückt werden, wodurch die Abnutzung der Innenringe ausgeglichen wird.
Die gewählte Anordnung der Ringgruppe ergibt hiebei bei gleicher Keilsteigung ein ums
Doppelte grösseres Mass radialer Nachstellbarkeit als bei den bestehenden Konstruktionen mit
Ringgruppen aus nur zwei Ringkörpern, wie an Hand der Fig. 2 bis 5 leicht zu ermessen ist.
Andererseits ist hiebei die Aufrechterhaltung des dichten Abschlusses der aufeinanderliegenden Hinmächen nur möglich bei Verwendung selbstspannender, einteiliger und geschlitzter Ringe, wie eingangs bereits bemerkt wurde.
Was aber die vorliegende Ringgruppierung, aus drei federnden Ringkörpern je bestehend, mit einem dazwischengeschobenen Keilring besonders kennzeichnet, ist der erwähnte zentrale
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und flächendicht abgeschlossene Hohlraum o, in welchem sämtliche Teilfugen der Ringe auslaufen. Derselbe besitzt trapezförmige Gestalt mit nach vorn sich besonders erweiternder Stirnfläche. Hierin fangen sich gegebenenfalls durchschleichende Gase und üben ihre Pressung derart aus, dass zunächst unmittelbar die äusseren und inneren federnden Ringe unter Aufrechterhaltung ihrer Kreisform an die abzudichtenden Flächen der Kolbenstange und des Stopfbüchshalses angepresst werden.
In zweiter Linie treten durch die so geschaffene Flächendifferenz auf der Vorder-und Rückseite der Keilringe und durch die zusätzlichen Schrägflächen der äusseren und inneren Ringe Bewegungserscheinungen in axialer Richtung auf, und zwar im Sinne einer Ineinanderpressung der Ringkörper, wodurch die radiale Anpressung und Selbstdichtung vermöge des Gasdruckes mittelbar gewährleistet ist.
Von weiterer Bedeutung ist die Benutzung selbstspannender einteiliger Ringe durch die gleichzeitige Verwendung von axial-spitzwinkeligen Keilformen und dünnwandigen Ringen, wodurch eine Art Selbstsperrung, d. h. die Unfähigkeit der Ringkörper in den einzelnen Gruppen hervorgerufen wird, sich nach erfolgter und aufgehobener Anpressung von selbst zu lösen. Diese Selbsthemmung, welche durch den Gasdruck infolge der obigen Axialwirkung seitens des zentralen Raumes 0 ebenfalls unterstützt wird, erhöht naturgemäss die Selbstdichtung in vollkommener Weise. Sich durch Abnutzung oder Reibungskräfte einstellende Zwischenräume kommen erst sehr spät zur Geltung, so dass nachteilige Stosswirkung und Undichtigkeit sogar bei Unachtsamkeit ausgeschlossen sind.
Desgleichen erhalten solche selbstspannende Ringgruppen die Dichtigkeit auch bei erzwungenen Bewegungen seitens unrunder Kolbenstangen, exzentrischen Laufens oder Schiefstellens derselben. Eine derartige Beweglichkeit und Einstellungsmöglichkeit der Packung ist in der Verwendung besagter selbstsperrender und selbstspannender Ringe in sich begründet, da nicht nur die Möglichkeit freier gegenseitiger Verschiebung der inneren und äusseren Ringe, sondern auch gewisse Verdrehungsmäglichkeiten der spitzen und federnden Keilringe bestehen. Eine andere Folge der Ringformen ist die Beschränkung des radialen spezifischen Flächendruckes, wodurch die Abnutzung und Nachstellung der Stopfbüchsringe zeitlich begrenzt werden.
Natürlich muss die Ausgestaltung der Ringquerschnitte, der Fugenau8schnitte sowie die Herstellung der Ringe durch Präzision der beabsichtigten Wirkung angepasst sein. Zweckmässig werden die Ringe a und b aus einem einzigen Ring mit rechteckigem Querschnitt von planparallelen Seitenflächen hergestellt. Zum Ausgleich der Temperaturdehnungen bzw. unvermeidlicher Unebenheiten kann die Stopfbüchse am vorderen Ende gegebenenfalls noch einen Aus- gleichsring d aus weicherem Material oder eine elastische Feder erhalten. Die Anzahl der verwendeten Ringgruppen richtet sich nach der Höhe des Druckes, gegen welchen abzudichten ist. Die Anordnung einer Schmierkammer i ist nicht unbedingt erfoiderlich, jedoch zweckmässig.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf Metalistopfbüchsen im engsten Sinne des Wc'rtes, sondern ist auch für Packungsringe aus beliebigem anderen Stoff anwendbar, der sich ähnlich verhält und bearbeiten lässt.
Ferners ist die Erfindung überhaupt nicht auf Stopfbüchsen im engsten Sinne des Wortes beschränkt, sondern sie kann bei allen Abdichtungen bewegter Maschinenteile benutzt werden.
So zeigt die Fig. 8 die Anbringung der Dichtung als Liderung eines Hochdruckkolbens. Hiebei bleibt die Wirkungsweise im allgemeinen genau dieselbe, nur übernimmt, jetzt der äussere Ring jeder Gruppe die Rolle, welche vorher der innere Ring gespielt hatte. Für derartige Ausführungen erscheint die durch Selbstsperrung der Ringe gegebene Unempfindlichkeit gegen Stösse durch
Richtungswechsel bei mechanischen Reibungs-oder Massenkräften besonders vorteilhaft.
In allen Fällen I. it die Anwendung der Erfindung besonders empfehlenswert, wenn bewegte
Maschinenteile gegen hohen Druck, etwa von der Grössenordnung 200 Atmosphären, ebenso gegen leicht diffundierende Gase abgedichtet werden sollen und wegen der Beweglichkeit auch bei sehr hohen Tourenzahlen und für mobile Maschinen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Selbstdichtende Metallstopfbüchse mit an der Kolbenstange und an dem Stopfbüchsen- hals mittels zwischen sie eingefügter Keilringe anzupressenden Packungsringen. dadurch ge- kennzeichnet, dass die verwendeten Keilringe (b) gleichartig mit einseitig gerichteten, doppelten Keilsteigungen versehen und ebenso wie die äusseren und inneren Ringorgane (a, c) einteilig, geschlitzt und federnd ausgebildet sind, wobei die Nachstellung der Packung automatisch von dem Gasdruck unterstützt wird, insofern als die aus drei Teilen bestehenden Ringgruppen je einen zentralen Hohlraum (o) von bestimmter trapezförmiger Gestalt umschliessen,
der vermöge seiner Gestalt sowohl eine unmittelbare radiale als auch mittelbare Anpressung der Dichtung- flächen infolge axialer Verschiebung der Ringe ineinander hervorruft.