DE1075386B

DE1075386B - Dichte Verbindung zwischen einer zwei Medien mit verschiedenen Drücken trennenden Wand und einer Welle od. dgl., die diese Wand durchdringt

Info

Publication number: DE1075386B
Application number: DENDAT1075386D
Authority: DE
Inventors: Malakoff Seine Michel Pequignot (Frankreich)
Original assignee: Quartex Societe pour !'application des hautes temperatures, Paris
Publication date: 1960-02-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf dichte \^rerbindungen zwischen einer zwei Medien mit verschiedenen Drükken trennenden Wand und einer Welle, Stange oder einem anderen Organ, die diese Wand durchdringt und längs ihrer Achse eine Relativbewegung gegenüber dieser Wand ausführt.

Für derartige Verbindungen sind bereits Dichtungsringe in Schalenform aus einem plastischen, chemisch neutralen Material mit guten Gleiteigenschaften bekannt, wie z. B. Superpolyamide oder Polytetrafluoräthylen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, an derartigen Verbindungen eine ausgezeichnete Dichtigkeit während eines längeren Zeitraumes zu erzielen, ohne daß ein Nachstellen beim Abnutzen oder Ersetzen der abgenutzten Teile erforderlich wird, und zwar auch unter den schwierigsten Arbeitsbedingungen in bezug auf Druckunterschiede, die auf die Verbindungen einwirken, und unabhängig von dem Charakter der zu trennenden Medien.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Büchse auf der Welle vorgesehen ist, deren mindestens äußerer Teil aus geschmolzener Kieselsäure, keramischem Material oder anderem extra hartem Material mit einer äußerst feinen polierten Oberfläche und einem sehr niedrigen Reibungskoeffizienten besteht. Die Büchse ist hierbei auf einen Absatz der Welle aufgezogen, welche Welle die erwähnte Trennwand durchdringt. Die Diehtungsschalen bilden hierbei einen Stapel, dessen fluchtende und kalibrierte Löcher ohne Spiel von der Büchse durchdrungen werden. Die konkaven Oberflächen der Schalen sind erfindungsgemäß dem Raum zugekehrt, in dem der niedrigere Druck herrscht. Die Kanten dieser Schalen werden zwischen zwei auf die Trennwand aufgebrachte Ringe gepreßt.

Die Büchse kann nach der Erfindung auch einstückig aus geschmolzener Kieselsäure, keramischem Material oder einem anderen Material großer Härte bestehen. Die Büchse kann auch zusammengesetzt sein. Sie kann dann nach der Erfindung aus einem metallischen, rohrförmigen, außen konischen Innenfutter gebildet sein, auf dem eine innen konische Hülse aus extra hartem Material mittels einer Schicht eines plastischen Bindemittels aufgeklebt ist. Dieses Bindemittel kann aus einem wärmehärtenden Harz bestehen, vorzugsweise aus einem Äthoxylinharz, dem gegebenenfalls eine inerte Beimischung zugegeben ist.

Erfindungsgemäß kann auch zur Lagerung der Büchse, in der die Welle geführt ist, ein Hilfsring vorgesehen sein. Der Ring besteht zweckmäßigerweise aus einem plastischen Material, das dem der aufgereihten Schalen analog ist.

Die vorstehend erwähnten Schalen aus plastischem Dichte Verbindung zwischen einer

zwei Medien mit verschiedenen Drücken trennenden Wand und einer Welle od. dgl.,

die diese Wand durchdringt

Anmelder:

ίο Quartex Societe pour !'application des hautes temperatures, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. B. Wehr, Dipl.-Ing. H. Seiler,

Berlin-Grunewald, Lynarstr. 1, und Dipl.-Ing. H. Stehmann, Nürnberg, Patentanwälte

Michel Pequignot, Malakoff, Seine (Frankreich), ist als Erfinder genannt worden

Material können zu Platten geringer Dicke zugeschnitten und ausgebaucht sein. Der Durchmesser der Löcher in den Schalen ist zweckmäßigerweise geringer gehalten als der der Büchse. Hierbei kann der Unterschied in der Größenordnung von etwa V₁₀ mm liegen. Die Querflächen der Ringe können nach der Erfindung profiliert ausgestattet sein, wobei der Innendurchmesser der Ringe den Außendurchmesser der betreffenden Büchse nur um einen Betrag in der Größenordnung zwischen 1 und einigen Millimetern übersteigt.

Schließlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, den äußeren Teil der Büchse aus einem derart gewählten und behandelten keramischen Material herzustellen, daß er für Elektrizität leitend wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäß gestaltetes Lager und

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Schale gemäß Fig. 1.

Auf die drehende oder schwingende Welle 1 mit einem Abschnitt 2 geringeren Durchmessers ist eine zusammengesetzte Manschette 3 aufgezogen. Diese Manschette besteht aus einem inneren Futter 3", auf das mit einer Schicht 3^b aus einem plastischen Bindemittel eine Außenhülse 3^C aufgeklebt ist.

Die zusammengehörigen Oberflächen, die äußere des Futters und die innere der Hülse, können ent-

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weder zylindrisch oder konisch sein, wie dargestellt, um die Verteilung der plastischen Schicht 3^& zu erleichtern.

Die plastische Schicht 3^& besteht aus einem wärmehärtbaren Harz, dem ein inertes Mittel zugegeben sein kann. Man kann sehr vorteilhaft ein Äthoxylinharz" verwenden, z. B. das von der Schweizer Gesellschaft Ciba entwickelte »Araldit«.

Die äußere Hülse 3^C ist sehr hart und besteht aus geschmolzener Kieselsäure, extrahartem keramischem oder anderem Material, dessen zylindrische Oberfläche mit einer Diamantschleifscheibe derart poliert ist, daß sie die Eigenschaften einer »optisch polierten« Oberfläche hat.

Das Futter 3", das den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie die Welle 1 aufweist, wird mit leichter Reibung auf die Welle aufgezogen.

Der Abschnitt 2 der Welle und die Innenbohrung und das Futter 3^fl können zylindrisch sein oder einen bestimmten Konus bilden; der Abschnitt 2 der Welle könnte sogar eckig ausgebildet sein, wenn das Loch des Futters 3" die gleiche Form hat.

Die zusammengesetzte Manschette 3 wird durch eine Mutter 4 und eine Gegenmutter 5 gehalten, die auf ein Gewinde 6 der Welle geschraubt sind. Eine Dichtungsscheibe, beispielsweise eine metalloplastische Scheibe 7, ist zwischen der zusammengesetzten Manschette 3 und einer Schulter 8 der Welle eingesetzt. Weitere Scheiben9undlO sind zwischen der Mutter 4 und der zusammengesetzten Manschette 3 und einer Schulter 10 der Welle vorgesehen.

Die Welle kann in einem Lager mit einer Buchse, mit Kugeln, Rollen, Nadeln usw. gelagert sein.

In dem dargestellten Beispiel wird ein Hilfsring 11 aus Polytetrafluoräthylen verwendet, den die Manschette 3 trägt. Dieser Ring ist in einem Flansch 12 gelagert, der auf dem Bauteil 13 der Vorrichtung befestigt ist.

Es wird angenommen, daß der Raum oder das Medium zur Linken der Wand 13 unter atmosphärischem Druck steht, während der rechts liegende Raum unter höherem Druck steht. Es ist dann das Ziel der erfindungsmäßigen Dichtungsvorrichtung, das Entweichen von rechts nach links längs der zusammengesetzten Manschette 3 zu verhindern.

Zu diesem Zweck umfaßt die zusammengesetzte Manschette einen Stapel dünner Dichtungsschalen 14 aus plastischem Material mit den obenerwähnten Eigenschaften, wobei die konkave Seite dieser Schalen dem unter niedrigerem Druck stehenden Raum zugekehrt ist, d. h. nach links in dem dargestellten Beispiel, während ihre Umfangskanten zwischen zwei Ringen 15 und 16 zusammengepreßt sind. Der Ring 15 stützt sich auf den Führungsring 11, während der Ring 16 auf den Stapel durch eine Schulter 17 einer Mutter 18 gedruckt wird, die auf ein Gewinde des Flansches 12 aufgeschraubt ist.

Die Querflächen der Ringe 15 und 16 sind derart geformt, daß sie konische Oberflächen 15^a und 16^a aufweisen, die dem konischen Teil 19 (Fig. 2) der Schalen 14 aus plastischem Material entsprechen. Der Scheitelwinkel dieses konischen Teiles beträgt beispielsweise etwa 120°.

Der Durchmesser der Löcher 20 der Schalen 14 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser der zusammengesetzten Büchse 3 (wobei der Unterschied der Durchmesser beispielsweise etwa 0,1 mm beträgt), derart, daß das Einführen der Büchse eine gewisse Verformung der Innenkante und der Schalen bewirkt. Die Schalen 14 sind vorzugsweise aus Platten aus Superpolyamid oder Polytetrafluoräthylen mit einer Stärke in der Größenordnung von einem Millimeter ausgeschnitten und ausgebaucht.

Der Schalenstapel wird zwischen den Ringen 15 und 16 zusammengepreßt. Lediglich eine innere Ringkante bleibt in einer Höhe von beispielsweise etwa 1 mm frei. Auf diese Weise sind die konischen Teile der Schalen eingeschlossen und in ihrer ursprünglichen Form festgehalten.

ίο Die durch die Einführung der zusammengesetzten Büchse 3 verformten aufeinanderliegenden plastischen Schalen liegen auf der sehr harten Hülse 3 ^c der Büchse dicht auf; der von rechts nach links wirkende Druck trachtet danach, sie auf die Büchse um so

iS stärker zu drücken, je höher dieser Druck ist. Der niedrige Reibungskoeffizient der verwendeten Materialien und die selbstschmierende Eigenschaft der plastischen Schalen verringern die Verluste durch Reibung und Wärmeentwicklung.

ao Es wurde festgestellt, daß die Abnutzung derart gering ist, daß die Dichtigkeit mehrere hundert Arbeitsstunden lang ohne Wartung und ohne Nachstellung aufrechterhalten werden kann.

Was die Ausdehnungsunterschiede infolge ungewohnlich hoher Temperatur betrifft, so ist der Ausdehnungskoeffizient von Stahl etwa 120· 10~⁷, während er bei keramischem Material zwischen 60Ί0"⁷ und 70-10-⁷ liegt und bei Quarz ungefähr 0,54· 10'⁷ beträgt; die erhöhte Temperatur bewirkt daher eine wesentlich größere Ausdehnung der Innenhülse 3", doch wird ihr Ausdehnungsunterschied durch ein radiales Zusammendrücken der plastischen Zwischenschicht 3^& ausgeglichen. Infolgedessen besteht für die Hülse 3^C keine Reiß- oder Platzgefahr.

Ein Entweichen des abzudichtenden Mediums an einer Schale 14 vorbei beeinträchtigt nicht die Dichtigkeit des gesamten Bauteiles. Die Schalen mit den Zwischenräumen bilden ein Labyrinth, welches ein Druckgefälle von einem Ende des Stapels zum anderen herstellt.

Ist das abzudichtende Medium entflammbar, kann es ratsam sein, die Entwicklung elektrischer Ladungen auf Grund der Reibung des plastischen Materials auf der Manschette aus keramischem Material zu verhindem. Um das Ableiten elektrischer Ladungen zu ermöglichen, kann man eine keramische Masse mit einer Titanoxydgrundlage verwenden, die man durch Wasserstoff bei hoher Temperatur teilweise reduziert, und zwar nach den bei der Herstellung von Fadenführungen und anderen Teilen aus keramischen Massen, wie sie in der Textilindustrie benutzt werden, bekannten Verfahren.

In dem Beispiel ist die Hülse 3 zusammengesetzt weidergegeben, doch kann die Manschette auch einstückig aus geschmolzener Kieselsäure, keramischem oder anderem extra hartem Material bestehen, wobei seine radiale Dicke in der Größenordnung der dargestellten zusammengesetzten Manschette bleibt.

Claims

Patentansprüche:

1. Dichte Verbindung zwischen einer zwei Medien mit verschiedenen Drücken trennenden Wand und einer Welle, Stange oder einem anderen Organ, die diese Wand durchdringt und längs ihrer Achse eine Relativbewegung gegenüber dieser Wand ausführt, wobei Dichtungsringe in Schalenform aus einem plastischen, chemisch neutralen Material mit guten Gleiteigenschaften, wie z. B. Superpolyamide oder Polytetrafluoräthylen, Verwendung finden, gekennzeichnet durch

eine Büchse (3), deren mindestens äußerer Teil aus geschmolzener Kieselsäure, keramischem Material oder anderem extra hartem Material mit einer äußerst feinen polierten Oberfläche und einem sehr niedrigen Reibungskoeffizienten besteht, wobei die derart gebildete Büchse auf den Absatz (2) einer Welle (1) od. dgl. aufgezogen ist, die die Wand (13) durchdringt, und daß die Dichtungsschalen einen Stapel (14) bilden, dessen fluchtende und kalibrierte Löcher (20) ohne Spiel von der Büchse (3) durchdrungen werden, wobei die konkaven Oberflächen der Schalen dem Raum zugekehrt sind, in dem der, niedrigere Druck herrscht, und ihre Kanten zwischen zwei auf die Wand (13) aufgebrachte Ringe (15,16) gepreßt sind.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (3) einstückig aus geschmolzener Kieselsäure, keramischem Material oder einem anderen Material großer Härte besteht.

3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (3^a bis 3^C) zusammengesetzt ist und aus einem metallischen, rohrförmigen, außen konischen Innenfutter (3^a) gebildet ist, auf welches eine innen konische Hülse (3^C) aus extra hartem Material mittels einer Schicht eines plastischen Bindemittels (3^&) aufgeklebt ist.

4. Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus einem wärmehärtenden Harz besteht und insbesondere aus einem Äthoxylinharz, dem gegebenenfalls eine inerte Beimischung zugegeben ist.

5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsring (11) vorgesehen ist, in dem die Büchse (3) gelagert und somit die Welle (1) geführt ist, wobei der Ring (11) aus einem plastischen Material besteht, das demjenigen der aufgereihten Schalen (14) analog ist.

6. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (14) aus plastischem Material zu Platten geringer Dicke zugeschnitten und ausgebaucht sind.

7. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Löcher (20) der Schalen (14) geringer ist als derjenige der Büchse (3), wobei der Unterschied in der Größenordnung von etwa ¹Ao mm liegt.

8. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querflächen der Ringe (15 und 16) profiliert sind und ihr Innendurchmesser den Außendurchmesser der Büchse (3) nur um einen Betrag in der Größenordnung zwischen 1 und einigen Millimetern übersteigt.

9. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der äußere Teil der Büchse (3) aus einem derart gewählten und behandelten keramischen Material besteht, daß er für Elektrizität leitend wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 834 305, 835 093;
USA.-Patentschrift Nr. 2 424 567;
britische Patentschrift Nr. 684 243;
Zeitschrift »Power« (III, 1954), S. 114, 115.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen