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Stopfbuchspackung Die Erfindung betrifft eine axial anziehbare und
elastisch verformbare Stopfbuchspackung mit mindestens einem Dichtungselement in
Form eines Lippenringes, dessen gedrungenerStützteil mittels einesDruckringes axial
gegen einen Stützring gedrückt wird.
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Die bisher bekannten und zum Abdichten bzw. Abstreifen vorzugsweise
bei hin- und hergehenden Bewegungen angewandten Lippenringe können einzeln oder
zu mehreren hintereinander angeordnet sein. Sind sie einzeln angeordnet, so wird
der axiale Anzug auf den kürzeren, gedrungenen Stützteil des Lippenringes entweder
direkt oder über eine Zwischenlage ausgeübt. Diese Zwischenlage kann ein Rundgummi,
eine Weichpackung od. ä. sein. Beim axialen Anziehen drückt der Stützring selbst
oder über die Zwischenlage den Stützteil des Lippenringes gegen den Druckring, und
gleichzeitig drückt die Zwischenlage gegen die Lippe und preßt die Dichtkante bzw.
den Lippenrücken gegen den abzudichtenden Teil, beispielsweise einen Plunger oder
ein Rohr. Sind die Lippenringe zu mehreren hintereinander ohne starre Zwischenringe
angeordnet, so drückt beim axialen Anziehen jeweils der Rücken bzw. der an ihm anschließende
Teil die Dichtlippe des benachbarten Lippenringes gegen den abzudichtenden Teil,
und die Dichtlippe des dem Stützring am nächsten gelegenen Lippenringes wird wieder
über eine Zwischenlage - Rundgummi oder Weichstoffpackung - angepreßt. Die Fläche
des Stützteiles, auf die der axiale Druck ausgeübt wird, ist bei bisher bekannten
Lippenringformen schräg, und zwar derart, daß bei innenliegenden Dichtlippen der
axiale Abstand der Fläche von der durch den Lippenringrücken gehenden achsnormalen
Scheitelfläche von außen nach innen kleiner und bei außenliegenden Dichtlippen von
innen nach außen kleiner wird. Auf diese Fläche drückt, wenn mehrere Lippenringe
ohne Zwischenringe hintereinander angeordnet sind, der meist rund ausgebildete Rücken
des nächstfolgenden Lippenringes. Beim letzten Lippenring sowie auch in dem Fall,
wenn nur ein Lippenring angeordnet ist, drückt gegen diese Fläche die Zwischenlage,
die auch meist eine runde Form hat. Beim Einbau ist für diese Art der Dichtung ein
axiales Anziehen notwendig, ganz gleich ob sie als Abstreifelement oder als Dichtelement
verwendet werden, und zwar auch, wenn bei Anwendung als Dichtelement die Dichtung
nicht durch den Druck mittels der Stopfbuchsbrille erreicht wird, sondern durch
den eigenen Arbeitsdruck der Maschine, der hinter die Dichtlippe kommt und diese
an den abzudichtenden Teil preßt. Es ist auch eine Stopfbuchspackung bekannt, bei
der jeweils Paare von ringförmigen Dichtungselementen verwendet werden, von denen
ein Element des Paares in Form eines Lippenringes ausgebildet ist. Der verwendete
Lippenring hat einen Stützteil, dessen Rückseite achsnormal verläuft. Die Fläche
des Stützteiles, die dem dem Lippenring zugeordneten Element zugewandt ist, verläuft
schräg, und zwar derart, daß der axiale Abstand dieser Fläche von der Rückseite
des Stützteiles bei innenliegender Dichtlippe von innen nach außen kleiner wird.
Die Fläche des Elements, die der zuletzt genannten Fläche des Stützteiles zugewandt
ist, verläuft parallel zu dieser, so daß vom Beginn des axialen Anziehens an die
schräge Fläche des Stützteiles auf der ganzen Länge von der entsprechend schrägen
Fläche des zugeordneten Dichtungselementes berührt wird.
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Stopfbuchspackungen mit Lippenringen der erwähnten Formen haben den
Nachteil, daß durch axiales Anziehen beim Einbau die zwischen Dichtlippe und abzudichtenden
Teilen erzeugte Reibungskraft unkontrollierbar ist. Außerdem ist die Charakteristik
zwischen axialem Anzug und entstehender Reibungskraft sehr steil, d. h., bei relativ
geringem Anzug nimmt die Reibungskraft verhältnismäßig stark zu. Somit kann beim
Einbau leicht durch etwas zu starkes Anziehen die auf den abzudichtenden Teil auszuübende
Durchschubkraft sehr groß werden, und es ist Gefahr des Heißlaufens und des »Anfressens«
gegeben. Da das Ausmaß des Anziehens vom
Gefühl, d. h. von der Erfahrung
des Monteurs abhängt, ist die jeweilige Größe der Reibungskraft mehr oder weniger
zufällig.
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Die Erfindung ermöglicht, diese Nachteile zu vermeiden. Es wird erreicht,
daß die Charakteristik zwischen axialem Anzug und der entstehenden Reibungskraft
weniger steil verläuft. Das ist beim Einbau vorteilhaft, denn durch axiales Anziehen
nimmt die Reibungskraft zwischen Dichtlippe und abzudichtendem Teil weniger stark
zu. Außerdem kann durch weiteres axiales Anziehen die Reibungskraft nur bis zu einer
bestimmten Größe gesteigert werden. Erreicht die Reibungskraft diese Größe, so wird
durch noch weiteres Anziehen diese Kraft wieder geringer. Damit wirkt eine solche
Stopfbuchspackung in dieser Weise »selbstsichernd«, d. h., durch Anziehen der Stopfbuchsbrille
kann die Reibungskraft eine bestimmte Größe nicht überschreiten.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Fläche des gedrungenen Stützteiles
und die dieser zugewandte Fläche des Stützringes gegeneinander geneigt verlaufen,
in der Weise, daß sich zu Beginn des axialen Anziehens diese Flächen zuerst an der
zur Dichtlippe gelegenen Seite berühren und somit an der von der Dichtlippe entfernt
gelegenen Seite ein Hohlraum vorhanden ist und daß sich die zu Beginn des axialen
Anziehens auftretende achsparallele Resultierende der Reaktionskräfte in dem sich
berührenden Teil der Fläche des Stützteiles und der Fläche des Stützringes in bezug
auf die achsparallele Resultierende der Reaktionskräfte in dem sich berührenden
Teil der Fläche der Rückseite des Stützteiles und der Fläche des Druckringes an
der zur Dichtlippe gelegenen Seite befindet.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Stützring
an der dem Stützteil des Lippenringes zugewandten Seite durch eine achsnormale Ebene
begrenzt sein. Eine angestrebte verhältnismäßig geringe Zunahme der zwischen Dichtlippe
und abzudichtendem Teil auftretenden Anpreßkraft mit dem axialen Anzug wird erreicht,
wenn die Stützfläche des Stützteiles mit der achsnormalen Fläche einen Winkel von
40 bis 50° und die dem Stützteil zugewandte Fläche des Stützringes mit der
achsnormalen Fläche einen Winkel von 20 bis 25° einschließen.
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Bei Anordnung von mehreren Lippenringen hintereinander in Form einer
Gruppe kann der zwischen zwei Lippenringen liegende starre Ring aus einem Teil bestehen,
der so ausgebildet ist, daß er für den einen als Druckring und für den anderen als
Stützring wirkt.
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Die dem Lippenteil zugewandte Begrenzung des Stützteiles kann achsparallel
verlaufen, sie kann aber auch parallel zur inneren Begrenzung des Lippenteiles sein.
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Die Herstellung und Anwendung der Lippenringe ist nicht an ein bestimmtes
Material gebunden. So kann als elastischer Werkstoff z. B. Gummi, Gummi mit Gewebeeinlage
oder auch Kunstpreßstoffe, wie Nylon od. ä., dienen, während die Zwischenringe bzw.
Druck- oder Stützringe vorzugsweise aus Metall hergestellt werden.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch einen
Lippenring mit Druck- und Stützring und Fig.2 einen Querschnitt durch einen Teil
einer Stopfbuchse, bei der zwei Gruppen von Lippenringen angeordnet sind.
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Der aus einem Lippenteil 2 und einem Stützteil 3 bestehende Lippenring
hat eine Rückseite 9, die hier rund ist, aber auch gerade sein kann. Die dem Lippenring
zugewandte Fläche 12 des Druckringes 1 ist der Form der Lippenringrückseite angepaßt.
Die Dichtlippe 2 wirkt durch Anpressen ihres Rückens 17 an die Fläche 15 des abzudichtenden,
beweglichen Rohres 18 dichtend oder abstreifend und soll ein übertreten von gasförmigem
oder flüssigem Medium aus dem Raum 14 in den Raum 34 verhindern. Der Stützteil 3
hat eine dem Stützring 5 zugewandte Fläche 4, die schräg verläuft und in diesem
Ausführungsbeispiel kegelstumpfförmig ist. Der axiale Abstand der Fläche 4 von der
achsnormalen Scheitelfläche 13-13 durch die Lippenringrückseite 9 an der der Dichtlippe
zugewandten Begrenzung 6 des Stützteiles 3 ist mit a und der axiale Abstand der
Fläche 4 an der von der Dichtlippe 2 abgewandten Begrenzung 7 des Stützteiles 3
ist mit b bezeichnet. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Abstand a größer als der Abstand b. Der Stützring 5 hat eine dem Stützteil 3 zugewandte
Fläche 8, die auch schräg verläuft und in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls kegelstumpfförmig
ist.
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Es versteht sich, daß in einem anderen Ausführungsbeispiel die dem
Stützring zugewandte Fläche 4 des Lippenringes und die dem Lippenring zugewandte
Fläche 8 des Stützringes 5, im Querschnitt gesehen, auch gekrümmt verlaufen können,
wobei nur die Berührung beider Flächen beim Anziehen zuerst an der zur Dichtlippe
gelegenen Seite erfolgen muß, nämlich so, daß zu Beginn des Anziehens die auftretende
achsparallele Resultierende der Reaktionskräfte in dem sich berührenden Teil dieser
Flächen in bezug auf die achsparallele Resultierende der Reaktionskräfte in dem
sich berührenden Teil der Fläche 9 und 12 an der zur Dichtlippe 2 gelegenen Seite
befindet.
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Der axiale Abstand der Fläche 8 von der achsnormalen Scheitelfläche
13-13 der Lippenringrückseite 9 an der der Dichtlippe zugewandten Begrenzung 10
ist c; der axiale Abstand an der von der Dichtlippe abgewandten Begrenzung 11 des
Stützringes 5 ist d, und in dem dargestellten Beispiel ist der Abstand c größer
als d. Zwischen der Fläche 4 und der Fläche 8, die gegeneinander geneigt verlaufen,
wird an der von der Dichtlippe 2 abgewandten Seite ein Hohlraum 16 gebildet.
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Bei Anordnung von mehreren Lippenringen hintereinander (Fig.2) sind
zwischen den Lippenringen 19,19' starre Ringe 20; 20' angeordnet. Die Lippenringe
19 bilden eine Gruppe und sollen ein übertreten von gasförmigem oder flüssigem Medium
vom Raum 21 in den Raum 22 verhindern, und die Lippenringe 19', die eine weitere
Gruppe bilden, die der ersten entgegengesetzt ist, sollen übertreten von gasförmigem
oder flüssigem Medium aus dem Raum 23 in den Raum 22 verhindern. An den einzelnen
Lippenringen bzw. an jeder Gruppe vorbeileckendes Medium wird in bekannter, nicht
gezeichneter Weise abgeführt. Im feststehenden Gehäuse 24 befindet sich ein Zylinder
25, der zwischen den Flächen 32 und 33 radial verschieblich ist, um ein Zentrieren
zu ermöglichen. Der Zylinder 25 hat in seinem inneren Teil eine der Rückseite des
Lippenringes angepaßte
Fläche 26. Der zwischen zwei Lippenringen
19 angeordnete starre Zwischenring 20 wirkt für einen Lippenring vermittels
seiner Fläche 27 als Stützring und vermittels einer weiteren, der Rückseite des
Lippenringes angepaßten Fläche 28 für den anderen Lippenring als Druckring. Der
Zylinder 25 hat an seinem einen Ende ein Innengewinde 30, in das ein in einem Ring
25 vorhandenes Gewinde eingreift. Die dem Lippenring zugewandte Fläche 31 des Ringes
29 ist entsprechend ausgebildet wie die Fläche 27 der Zwischenringe. Durch Anziehen
des Ringes 29 wird ein axialer Druck auf die Lippenringe ausgeübt, und die Lippen
werden an die äußere Fläche des abzudichtenden Rohres 32 angepreßt. Dadurch wird
eine Abstreif- oder Dichtwirkung erreicht. Hierbei kann auch wie bei bisher bekannten
Lippenringen ein zusätzliches Anpressen der Lippe durch den Arbeitsdruck der Maschine
erfolgen. Die eine weitere Gruppe bildenden Lippenringe 19' weisen dieselben Merkmale
auf wie die aus den Lippenringen 19 gebildete Gruppe. Gleiche Teile haben das gleiche
Bezugszeichen, nur mit einem Strich versehen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch eine bestimmte
Form des Lippenringstützteiles, auf den der axiale Druck ausgeübt wird, und durch
eine bestimmte Form des Stützringes die Charakteristik zwischen axialem Anzug und
entstehender Reibungskraft geeignet gewählt werden kann. Dieses Verhalten wird an
einem einzeln angeordneten Lippenring mit innenliegender Dichtlippe erklärt. Für
einen Lippenring mit außenliegender Dichtlippe oder bei Anordnung von mehreren Lippenringen
hintereinander zu einer Gruppe erklärt sich das Verhalten sinngemäß. Zu Beginn des
axialen Anziehens berührt die kreisringförmige Fläche des Stützringes die zur Achsnormalen
schräge Fläche des Lippenringstützteiles auf einer kreisförmigen Linie. Diese kreisförmige
Berührungslinie hat denselben Durchmesser wie die innere Begrenzung des Stützteiles
(Fig.3). Mit zunehmendem axialem Anzug wird aus dem Berührungskreis eine kreisringförmige
Berührungsfläche, während zwischen Stützring und der diesem zugewandten Fläche des
Lippenringes an der von der Dichtlippe abgewandten Seite ein Hohlraum bleibt, sich
also Lippenring und Stützring in diesem Teil nicht berühren. Durch die in Axialrichtung
ausgeübte Kraft auf die Berührungsfläche werden Reaktionskräfte geweckt. Die Resultierende
der im Druckring auftretenden achsparallelen Kräfte und die Resultierende der mittels
des Anzugs achsparallelen angeleiteten Kräfte bilden in bezug auf die Querschnittsfläche
des Lippenringes ein Torsionsmoment, welches eine Verformung der Lippe radial nach
innen bewirkt. Der Dichtrücken der Lippe wird somit gegen eine im Lippenring befindliche
abzudichtende Fläche gedrückt. Wird der axiale Anzug vergrößert, so verformt sich
der Stützteil des Lippenringes weiter, und es vergrößert sich die kreisringförmige
Berührungsfläche zwischen Stützring und dem Stützteil. Die Resultierende der in
dem Lippenring eingeleiteten achsparallelen Kräfte verschiebt dabei ihre Wirkungslinie
radial nach außen. Absoluter Betrag und Abstand der Resultierenden, der eingeleiteten
und der durch sie geweckten Reaktionskraft verhalten sich dabei so, daß das auf
die Lippe ausgeübte Torsionsmoment bis zu einem bestimmten Größtwert zunimmt. Damit
nimmt die radial nach innen gerichtete Verformung und somit auch der Anpreßdruck
zwischen Lippenringrücken und abzudichtendem, bewegtem Teil bis zu einem bestimmten
Größtwert zu. Diese Zunahme geschieht weniger steil, als wenn die Dichtlippe allein
durch Druckwirkung des Stützringes gegen den abzudichtenden Teil gepreßt wird. Vergrößert
man bei der vorgeschlagenen Lippenform die eingeleitete achsparallele Kraft durch
weiteres Anziehen, so nimmt die Verformung des gedrungenen Lippenringteiles weiter
zu. Die Berührungsfläche zwischen Stützring und Stützteil vergrößert sich. Die Lage
der achsparallelen, eingeleiteten, resultierenden Kraft verschiebt sich noch weiter
radial nach außen, und das mit der achsparallelen, resultierenden Lagerkraft des
Druckringes gebildete Torsionsmoment wird kleiner, was eine sich verkleinernde Reibungskraft
zwischen Dichtlippe und abdichtendem Teil zur Folge hat, bis schließlich durch noch
weiteres axiales Anziehen das Torsionsmoment seine Drehrichtung umkehrt, was zum
Abheben der Dichtlippe vom zu dichtenden Teil führt (Fig. 4). Dabei ist es von dem
Zustand an, von dem an sich das Torsionsmoment verringert, gleichgültig, ob der
Stützring nunmehr überall die ihm zugewandte Fläche des Stützteiles berührt oder
ob weiterhin ein jetzt kleinerer Hohlraum zwischen beiden Flächen vorhanden ist.
Dadurch wird lediglich die Art der Abnahme des Torsionsmomentes beeinflußt.