DE1775954A1

DE1775954A1 - Dichtung zwischen einem aeusseren hohlkoerper und einem inneren organ

Info

Publication number: DE1775954A1
Application number: DE19661775954
Authority: DE
Inventors: Daniel John Douglas; Nigel Payne
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1965-10-28
Filing date: 1966-10-20
Publication date: 1973-04-19
Also published as: DE1525683A1; JPS4820494B1; SE343934B; DE1525683B2; SE375592B; DE1525683C3

Description

IMPBHIAL CHSMICAL INDUSTRIES LIMITED, London S.W. 1, Grossbritannien

"Dichtung zwischen (einem äusseren Hohlkörper und einem inneren Organ¹¹

aasgeschieden aus Patentanmeldung P 15 25 683.4-12

Prioritäten: 28. Oktober 1965» 11. Oktober 1966 und 7. Dezember 1965 - Grossbritannien

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung zwischen einem äusseren Hohlkörper und einem koaxial dazu angeordneten inneren Organ, um ein Lecken eines fliessfähigen Mediums von einer Seite der Dichtung auf die andere hin im wesentlichen zu verhindern, wobei das innere Organ eine Aussenschicht aus einem verformbaren Katerial und eine Vorrichtung aufweist, mit welcher die Aussenschicht radial nach aussen dehnbar ist, um den äusseren Hohlkörper zu berühren und abzudichten.

Dichtungen aus Polytetrafluoräthylen, bei denen eine Büchse aus Polytetrafluoräthylen zwischen den Aussenzylinder und das bewegliche Glied eingesetzt ist, sind bekannt und sind dort verwendet worden, wo eine chemisch inerte Stopfbüchse notwendig

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ist. Solche Dichtungen, aus Polytetrafluorethylen süigsen zur Erzielung einer guten Abdichtung massgerecht bearbeitet werden. Da sie im Zylinder eng passen, können sie beim. Ein- 04er Ausbau, z.B. bei der Reinigung, leicht beschädigt werden. Jm Betrieb neigt das Polytetrafluoräthylen zum Kriechen, so dass die Wirksamkeit der Dichtung verringert wird. In einem solchen Fall kann eine zweite, z.B. aus Gummi bestehende Büchse notwendig sein, um die Abdichtung aufrechtzuerhalten, wobei aber gerade der Vorteil des chemisch inerten Polytetrafluoräthyleng verloren geht. Sei der Stopfbuchse nach der Erfindung brauchen die beweglichen Teile nicht so massgerecht bearbeitet zji werden, und die. Stopfbüchse bleibt wirksam, ohne dass eine zweite Dichtungsvorrichtung aus einem chemisch weniger beständigen Material notwendig wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in ihrem Aufbau besonders einfache und dennoch möglichst wirksame Dichtung des oben erwähnten Typs zu schaffen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das innere Organ, welches in "bezug auf den äusseren Hohlkörper bei 'Aufrechterhaltung der Dichtung bewegbar ist, eine Aussenflache aufweist, die sieh um eine Seite der Ausdehnvorrichtung als eine kontinuierliche Fläche erstreckt, welche die Äusdehnvorriehtung von dem fliessfähigen Medium trennt und dass die kontinuierliche Vorrichtung aus einem fluorhaltigen Polymer besteht. Dadurch, wird eine gute Abdichtung erreicht, auch wenn eine Längs- oder Drehbewegung des Dichtungsteils gegenüber dem Aussengefass stattfindet» Das bewegliche Glied kann z.j$, ein Sperrhahn oder eine Spinae^ fines Ventils oder ein Kolben z.3. eines hin- und hergehenden Mechanismus oder einer Pumpe oder eine Drehwelle s:e±nvv .-..-...

Das Material des dünnwandigen rohrförmigen Dic&tun£steils muss

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verformbar sein, d.h. es nuss radial nach aussen dehnbar sein, so dass es gegen das Aussengefäss gedruckt werden kann. Auch nuss es genügend weich sein, un eine gute Abdichtung zu erzielen. Die bevorzugten Materialien sind die fluorhaltigen Polymere, insbesondere Polytetrafluorethylen, Polyehlortrifluoräthylen, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid und Copolymere aus Polytetrafluoräthylen, die eine kleinere Menge von Äthylen oder Hexafluorpropen enthalten. Diese haben den Verteil, dass sie chemisch sehr inert sind und dass sie eine niedrige Reibungszahl aufweisen. Vor,allen wird Polytetraflucräthylen bevorzugt.

Die Vorrichtung zur Hadialausdehnung des Dichtungsteils besteht- zweckTr.ässlg aus einen koaxial zum Dichtungsteil angeordneten Dehrjungsglied, das von einen kurzer. Abschnitt eines elasxomeren Schlauchs gebildet ist, wobei Kittel vorgesehen sind, nit denen das Dehnungsglied in der Längsrichtung gestaucht und aarrit radial nach aussen gedehnt werden kann. Das Dehnungsglied kann aus den verschiedensten elastoiaeren Stoffen bestehen, weil es durch den chemisch inerten Dich-■ runge teil vor- ehesischen. iinflüEsen geschützt ist. Gurjni ist sehr geeignet, ca es sowohl billig als auch leicht verfügbar ist. Der Schlauch kann zvecKrüssig mittels einer in der eicrJ.auchachse angeordneten Schraube gestaucht werden. Dann kann die Stauchung vor oder nach der. !Einbau der Dichtungseinheit in das Aussengefass, Verzügeweise- wird zunächst die Dichtungseinheit; in den Zylinder eir.gebracht und dann der Dichtungsteil raaiai ausgedehnt, damit er zur Erzielung der Abdichtung gegen die Inrenwandung des Zylinders gedruckt wird. Dadurch wird eine reschäaiguug des weichen Dichtungsteils beim Zinbau versieden. Die Einstellung wird zwe-ckiaässig dadurch errscVrlicht, dass die Zentr; !schraube lang genug gecacht wird, uni aus serhalb des Lechanisrr-us cedier.bar zu sein.

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Dies ist von besonderem Vorteil, wenn die Diehtungseinheit z.B. zu Beinigungszwecken häufig ausgebaut werden muss. Im Betrieb kriecht das Polytetrafluoräthylen, so dass die Stopfbuchse zum Verlust an Wirksamkeit neigt. Da man aber die Ausdehnung des" Dichtungsteils des zusammengebauten Ventils einstellen kann, ist es möglich, trotz dieser Neigung eine gute Abdichtung zu gewährleisten.

Der Dichtungsteil kann auch auf andere Weise, z.B. durch Flüssigkeitsdruck, gedehnt werden. Der Innenraum des rohrförmigen Dichtungsteils kann mit einer Flüssigkeit gefüllt werden, wobei der zur Dehnung des Dichtungsteils von der Flüssigkeit ausgeübte Druck z.B. mittels einer Schraube geregelt wird. Ss ist aber bei allen Ausführungsformen der Erfindung wesentlich, dass die gegebenenfalls auftretenden Axialkräfte daran verhindert werden, dass sie die dünnwandigen Teile ausstrecken.

Wird ein Steuer- oder Sperrventil aus inertem Material im Labor für chemische oder physische Verfahren benötigt, so ist eine^:Kombination aus Glas und Polytetrafluoräthylen besonders geeignet. Das starre Glas wird zur Bildung vom Gehäuse und Sitz des Ventils verwendet, während der Ventilstössel von dem flexibleren und weichen Polytetrafluoräthylen gebildet wird, das sich beim Aufdrücken auf den Ventilsitz dem Profil dieses leicht anpasst, so dass die Öffnung vollkommen abgeschlossen wird. Die ausserordentlich niedrige Reibungszahl von Polytetrafluoräthylen ist von grossem Vorteil, da dadurch die Verwendung von verunreinigenden Schmierstoffen bei den durch das Offnen und Schliessen des Ventils bedingten Gleitbewegungen unnötig gemacht wird.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

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Es zeigen:

Pig. 1,2 und 3 die Bestandteile, die nach, dem Zusammenbau ein Ventil "bilden, das eine erfindungsgemässe Stopfbuchse aufweist, wobei Pig. 1 das Ventilgehäuse zeigt, Fig. 2 eine Ventilspindel aus Polytetrafluoräthylen zeigt, die in ein Ventilgehäuse nach Fig. 1 einschraubbar ist, und Fig. 3 eine Dehnungsvorrichtung zeigt, die nach Einbau in eine Ventil— spindel nach Fig. 2 die Seiten der Spindel radial ausdehnen kann;

Fig. 4 eine zweite Äusführungsform der Dehnungsvorrichtung; Fig. 5 einen Kolben mit einer Stopfbuchse nach der Erfindung;

Fig. 6 eine Stopfbuchse nach der Erfindung, bei der der Dichtungsteil durch Flüssigkeitsdruck gedehnt wird;

Fig. 7· und 8 die auseinandergebauten Einheiten der Stopfbüchse nach Fig. 6;

Fig. 9 eine Antriebswelle mit einer Stopfbüchse nach der Erfindung und

Fig. 10 ein Ventil im zusammengesetzt en Zustand.

Bei den Ventilen gemäss Fig. 1 bis 4 ist die allgemeine Forn des Ventilgehäuses (Fig. 1) bekannt. Die Ventilspindel (Fig. 2) ist hohl und besteht aus Polytetrafluoräthylen. In die Ventilspindel wird eine Dehnungsvorrichtung (Fig. 3 oder 4) eingesetzt, so dass eine kurze Zone der Spindel eng gegen die Innenwandung des Ventilgehäuses zur Erzielung einer guten Ab-

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dichtung angedrückt werden kann. Bei einem Ventilgehäuse aus Glas sieht der angedrückte Teil der Ventilspindel so aus, als ob etwas Flüssigkeit vorhanden wäre, denn das Polytetrafluoräthylen "benetzt" die Glasoberfläche.

Bei den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Dehnungsvorrichtungen wird ein Gummisehlauehstück 1 innerhalb der Ventilspindel gestaucht, wobei die Stauchung durch Einstellen einer Schraubenmuffe 2 geregelt werden kann. Dadurch wird das Polytetrafluoräthylen gegen die Wandung des Ventilgehäuses angedrückt, wobei die Wirkung des "kalten Flusses" ausser acht gelassen werden kann. Die Ausführungsform nach Fig. 4 enthält eine Druckfeder 3, die mit einer Schraubenmuffe zusammenwirkt, so dass beim Anziehen der Schraubenmuffe eine gleiehmässigere Belastung erzielt wird, ohne Rücksicht auf etwaiges "Kriechen" des Polytetrafluorethylene.

Es ist wesentlich, dass eine längsausdehnung der Seiten der Stopfbuchse aus Polytetrafluoräthylen vermieden wird. Dies wird aber durch die Ausbildung der Dehnungsvorrichtung verhindert, denn der in den Fig. 3 und 4 gezeigte Dorn 4 wird in. den massiven Seil der Spindelnase eingeschraubt, während die Schraubenmuffe zur Stauchung des G-uamischlauch.es am Dorn freibeweglich ist, so dass die entstehenden Axialspannungen nur in der Dehnungsvorrichtung auftreten und die Spindel aus Polytetrafluoräthylen nicht beeinflussen. Auf der anderen Seite dient der Metalleinsatz zur Verstärkung der verhältnismassig dünnwandigen Eohlspindel.

Fig. 5 zeigt einen Kolben nach der Erfindung, der in einem Zylinder gleitbar angeordnet ist. Der Kolben besteht aus einem dünnwandigen Hohlzylinder 10 aus Polytetrafluoräthylen, der an einem Ende durch einen massiven Boden geschlossen ist.

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In dem Eohlzylinder 10 ist ein stauchbares Gummischlauchstück 11 angeordnet, dessen Stauchung durch Drehung einer Einstellmutter 12, die über eine Druckfeder 13 wirkt, geregelt werden kann. Die Kolbenstange ist einstückig mit dem Dorn 14, der in den massiven Boden 10 des Eohlzylinders aus Polytetrafluoräthylen befestigt ist.

Bei der Dehnungsvorrichtung geniäss Fig. 6 hat die hohle Ventilspindel aus Polytetrafluoräthylen ein Gehäuse 30 aus Polytetrafluoräthylen, in das ein Kern 31 eingesetzt ist, der einen Kanal 32 aufweist, der in eine Druckkammer 33 des Gehäuses 30 mündet, die von einem dünnwandigen Diehtungsacschnitt 34 umgeben ist. Der Kern hat Schraubenzonen 35 und 36, die an beiden Seiten der Druckkammer 33 mit dem Gehäuse in Singriff kommen, wobei ein O-Ring 37 zur 3rzielung einer druckfesten Abdichtung zwischen Gehäuse und Kern dient. Der Kern kann auch aus Polytetrafluorethylen oder aus jedem anderen geeigneten "werkstoff, wie z.B. Messing oder einem anderen Metall oder einem hitzehärtbaren oder thermoplastischen Stoff wie Nylon oder Acetalpolymer, bestehen.

Die Druckkammer 33 ist mit einem Fluid, vorzugsweise einer Flüssigkeit, gefüllt, und die Druckwirkung wird über den Kanal 32 übertragen. So kann der Kanal 32 z.i3. ein Innengewinde aufweisen, in das ein Gewindestift eingeschraubt wird, um das Fluid unter Druck zu setzen. Der Druck des in der Druckkammer befindlichen Fluids bewirkt eine radiale Ausdehnung des dünnwandigen Abschnitts 34. Dadurch, dass der Kern 31 an beiden Seiten der Druckkammer 33 mix dem Gehäuse 30 verschraubt ist, kann eine Ausdehnung des dünnwandigen Abschnitts 34 in Längsrichtung wegen des auf die anderen Wände der Druckkammer wirkenden Drucks des fluids nicht erfolgen.

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Der der druckfest en Abdichtung zwischen den beiden Einheiten dienende O-Ring ist besonders notwendig, wenn ein Kern aus Messing verwendet wird, weil die Wärmeausdehnungszahlen von Messing und Polytetrafluoräthylen sehr unterschiedlich sind. Ss ist möglich, einen freien Kolben wie bei den Ausführungsformen nach Pig· 5 und 6 jedoch ohne Kolbenstange auszubilden. In diesem Pail muss beim Vorhandensein von zerfressenden !Flüssigkeiten der Kolben an beiden Enden durch Polytetrafluoräthylen verschlossen sein. Die Vorrichtung nach Fig. 5 kann auch für ein Ventil verwendet werden^ wobei die Kolbenstange mit dem Ventilgriff verbunden werden kann und der massive Boden des Hohlzylinders aus Polytetrafluorethylen die Käse des Ventils wie bei Pig. 2 bilden kann. Diese Konstruktion unterscheidet sich von der in den Pig. 2 bis 4 gezeigten Ausführung, indem der Griff mit dem Boden direkt über den Dorn und nicht über den dünnwandigen Abschnitt aus Polytetrafluoräthylen verbunden ist.

Es ist aber für die Erfindung nicht wesentlich, dass die Stopfbüchse längsbeweglich ist. Beispielsweise ist in Fig. 9 eine Antriebswelle gezeigt, die eine Stopfbüchse gemäss der Erfindung aufweist. Ein Glied 20 aus. Polytetrafluoräthylen, das mit' einem Ende der Antriebswelle verbunden ist oder den Vorderteil dieser bildet, geht in einen dünnwandigerisHöhlzylinder über, in dem ein kurzes stauchbares Gummischlauchstück 21 angeordnet ist, dessen Stauchung durch Drehen einer über eine starre Muffe 23 wirkenden Einstellmutter 22 geregelt werden kann. Der Rest der Antriebswelle ist einstückig mit dem in dem Glied 20 aus Polytetrafluoräthylen befestigten Dorn 24.

Eine Antriebswelle dieser Art kann zur Übertragung einer Drehbewegung, insbesondere bei einem niedrigen Drehmoment;,

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zu einer in einem Gefäss angeordneten Vorrichtung dienen, wobei der Gefässinhalt nach aussen abgeschlossen sein muss. Beispielsweise mag das Gefäss: z.B. giftige, zerfressende oder radioaktive Stoffe enthalten, die in die Aussenluft nicht entweichen dürfen, oder das Gefassinnere mag unter Vakuum stehen oder auch Stoffe enthalten, wie z.B. sterile mikrobiologische Kulturen oder Gewebekulturen, die von aussen nicht verunreinigt werden dürfen.

Eine erfindungsgemässe Stopfbüchse arbeitet einwandfrei sowohl bei Über- als auch Unterdruck. Bei der Herstellung eines

-4 Vakuums können Druckwerte von weniger als 10 Sorr bei einer Einsickerungsgeschwindigkeit von wesentlich weniger als 10~ Torr dm /see erzielt werden.

Bei einer Stopfbuchse aus Polytetrafluorethylen ist eine Wanddicke von etwa 0,75 ami geeignet, wenn das bewegliche Glied einen Durchmesser von etwa 7,5 mm aufweist. In einem solchen ?all braucht die Dehnungszone nicht langer als etwa 3 Ma zu sein.

Der Grundgedanke lässt sich auch auf eine Metallspindel anwenden, die mit Polytetrafluorethylen oder einem anderen geeigneten Dichtungsstoff umkleidet ist, was besonders bei grösseren Vorrichtungen günstig ist. Bei einer Metallspindel muss das Metall vor dem Dichtungsabschnitt enden oder dort genügend verformbar (ζ·Β· dünnwandig) sein, dass die Stopfbüchse ausgedehnt werden kann.

Patentansprüche

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Claims

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1· Dichtung zwischen einem äusseren Hohlkörper ■ und einem koaxial dazu angeordneten inneren Organ, um ein Lecken eines fliessfähigen Mediums von einer Seite der Dichtung auf die andere hin im wesentlichen zu verhindern, wobei das innere Organ eine Aussenschicht aus einem verformbaren Material und eine Vorrichtung aufweist, mit welcher die Aussenschicht radial nach aussen dehnbar ist, um den äusseren Hohlkörper zu "berühren und dadurch abzudichten, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Organ, welches in bezug auf den äusseren Hohlkörper bei Aufrechterhaltung der Dichtung bewegbar ist, eine Aussenf lache aufweist, die sich um eine Seite der Ausdehnvorrichtung als eine kontinuierliche Fläche erstreckt, welche die Ausdehnvorrichtung von dem fix essfähigen Medium trennt und dass die kontinuierliche Vorrichtung aus einem . fluorhaltigen Polymer besteht.

2· Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein ringförmiger Abschnitt der Aussenschicht radial nach aussen gedehnt ist, um den Hohlkörper zu berühren.

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