DE19623360C1 - Verfahren zur Herstellung einer Stopfbuchsenabdichtung sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Stopfbuchsenabdichtung insbesondere an Regelventilen, bei dem eine Stopfbuchse axial gegen eine Stopfbuchsenpackung gepreßt und in der Endstellung von einem Halteelement fixiert wird. Die Erfindung betrifft desweiteren eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung dieses Verfahrens mit einer Stopfbuchsenabdichtung zwi­ schen einem Gehäuse und einem axial beweglichen Element, insbe­ sondere zwischen einem Ventilgehäuse und einer Ventilstange, wo­ bei das Gehäuse und das axial bewegliche Element einen Ringraum einschließen, in den eine Stopfbuchsenpackung sowie eine an die­ ser stirnseitig anliegende Stopfbuchse wenigstens teilweise ein­ gesetzt sind, wobei die Stopfbuchse eine wenigstens teilweise freiliegende äußere Stirnfläche aufweist und in der Endstellung von wenigstens einem Halteelement gegen die Stopfbuchsenpackung gepreßt wird.

Stopfbuchsenabdichtungen bestehen im wesentlichen aus einer Stopfbuchsenpackung, einer Stopfbuchse und einem Halteelement. Die Stopfbuchsenpackung setzt sich aus einer Mehrzahl von über­ einandergelegten, aus elastischem Material bestehenden Stopf­ buchsenringen zusammen, die in einem Ringraum eingelegt werden, der außenseitig von einem Gehäuse und innenseitig von einem axial beweglichen Element, in Sonderheit von einer Ventilstange begrenzt wird. Der Ringraum ist nach oben offen, so daß eine Stopfbuchse eingesetzt werden kann, deren untere Stirnseite an der Stopfbuchsenpackung unter axialer Vorspannung anliegt. Auf­ grund dieser Vorspannung schmiegen sich die Stopfbuchsenringe innen an der Ventilstange und außen am Gehäuse abdichtend an. Dabei wird angestrebt, daß die radiale Druckverteilung über die Länge der Buchse gleichmäßig ist.

Die Stopfbuchsen selbst sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Es gibt sogenannte Stopfbuchsenbrillen, die einen in den Ringraum hineinragenden und an der Stopfbuchsenpackung an­ liegenden Hülsenabschnitt und außenliegend angeformte Brillenab­ schnitte aufweisen, die mit Durchgangslöchern versehen sind. Über in diese eingesetzte, als Halteelemente dienenden Schrau­ ben kann die Buchsenbrille in Richtung auf die Stopfbuchsenpak­ kung verspannt werden. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Stopfbuchse als Stopfbuchsenspannmutter ausgebildet, die in ein Gewinde in den Ringraum für die Stopfbuchsenpackung einge­ schraubt ist. Bei dieser Ausführungsform sind Stopfbuchse und Halteelement in einem Spannelement vereint.

Beim Verspannen der bekannten Stopfbuchsen ist es unvermeid­ lich, daß das Anzugsmoment nicht vollständig in Vorspannkraft umgesetzt wird. Bei einer Stopfbuchsenbrille wirken Reibungs­ kräfte zwischen den Anlageflächen der Spannschrauben an der Stopfbuchsenbrille und in den Gewinden der Spannschrauben. Bei einer Stopfbuchsenmutter treten Reibungskräfte im Gewinde und an der Anlagefläche zwischen Stopfbuchsenmutter und Stopfbuch­ senpackung auf. Dabei hängen die Reibwerte sehr stark von den Werkstoffpaarungen, der Qualität der Oberflächen und davon ab, ob Schmiermittel eingesetzt werden. Schon rein rechnerisch können bei gleichem Anzugsmoment Vorspannkraftabweichungen von mehr als 100% auftreten. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Reibung zwischen Stopfbuchsenmutter und Stopfbuchse höher ist als zwischen Stopfbuchse und Packung. Dies hat zur Folge, daß beim Anziehen der Stopfbuchsenmutter sich die Stopfbuchse an der Packungsseite mitdreht. Dies kann zu einer Beschädigung oder aber auch bei geteilten Packungsringen zum Aufreißen der Packung führen.

Aufgrund der vorerwähnten Nachteile muß die Stopfbuchse je­ weils individuell von den Monteuren eingestellt werden. Dies ist nicht unproblematisch, denn gerade die Einlaufphase ist für die Standzeit einer Stopfbuchsenpackung außerordentlich entscheidend. Bei einer nicht ausreichend vorgespannten Stopfbuchse kann das Medium in den Stopfbuchsenringraum ein­ dringen und für einen vorzeitigen Ausfall der Stopfbuchsen­ packung sorgen. Bei einer zu stark angezogenen Stopfbuchsen­ mutter besteht die Gefahr, daß die Gleitfläche der Stopf­ buchsenpackung verbrennt. Eine zu hohe Vorspannung der Stopfbuchsenpackung führt zudem zu einer so unterschiedlichen Haft- und Gleitreibung, daß im Zusammenhang mit pneumatisch aktivierten Membranstellantrieben eine stufenlose Bewegung der Ventilstange nicht mehr möglich ist.

In der DE 44 04 919 A1 wird daher vorgeschlagen, zum Auf­ bringen der Vorspannung auf die Stopfbuchsenpackung eine besondere Hydraulikeinrichtung vorzusehen, die auf die Stopfbuchse ausschließlich in Preßrichtung wirkende Axial­ kräfte ausübt und bei der somit das Auftreten von Reibungs­ kräften vermieden wird. Auf diese Weise kann zwar mit hoher Sicherheit die gewünschte Vorspannkraft erzielt werden, je­ doch ist die hierzu vorgesehene Hydraulikeinrichtung sehr aufwendig.

Die Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Stopfbuchsenab­ dichtung anzugeben, mit denen sich die Stopfbuchsenpackung zuverlässig in einfacher und reproduzierbarer Weise auf einen vorgegebenen Wert einstellen läßt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß zunächst dadurch gelöst, daß als Preßeinrichtung der Antrieb des Ventils verwendet wird. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine be­ sondere Preßeinrichtung somit entfallen, da für das Aufbrin­ gen der Axialkraft der ohnehin vorhandene Antrieb des Ventils herangezogen wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ist in entsprechender Weise dadurch gekennzeichnet, daß ein axial beweglicher Preßstempel vorgesehen ist, der stirnseitig derart an dem frei liegenden Teil der äußeren Stirnfläche der Stopfbuchse angepaßt ist, daß der Preßstempel an dieser zur Anlage bringbar ist, und daß der Antrieb des Ventils als Preßeinrichtung über seine Antriebsstange auf den Preßstempel einwirkt.

Der Preßstempel ist vorzugsweise als mehrteiliger Hohlstempel ausgebildet, damit er über das axial bewegliche Element, bei­ spielsweise die Ventilstange, stülpbar ist. Vorzugsweise sollte an geeigneter Stelle, beispielsweise zwischen Preßein­ richtung und Preßstempel, eine Kraftmeßeinrichtung vorgesehen sein, über die die Vorspannkraft kontrolliert werden kann.

Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Stopfbuchse als reine Hülse und das Halteelement als die Hülse übergrei­ fende Überwurfmutter ausgebildet ist. Dies kann in der Weise geschehen, daß die Hülse außenseitig einen Absatz aufweist, an dein die Überwurfmutter zur Anlage bringbar ist.

Nach der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß die Ober­ seite der Überwurfmutter wie auch die Unterseite nach außen hin ab­ fallend ausgebildet sind. Dies hat den Vorzug, daß Flüssigkeit nach außen ablaufen kann, wobei an der Unterseite eine vom Ge­ winde entfernt liegende Tropfkante gebildet wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 den oberen Teil eines Ventils mit Teilschnitt­ darstellung und

Fig. 2, 3 und 4 den Vorgang des Verspannung der Stopfbuchsen­ packung bei dem Ventil gemäß Fig. 1.

Das in Fig. 1 teilweise dargestellte Ventil 1 weist ein Ventil­ gehäuse 2 auf, von dem hier nur der obere Teil zu sehen ist. Das Ventilgehäuse 2 wird - was nicht näher dargestellt ist - in üblicher Weise von einem Durchflußkanal durchsetzt, in den ein Ventilsitz eingesetzt ist. Der Ventilsitz wirkt mit einem Ven­ tilverschlußglied zusammen, über das der freie Querschnitt im Bereich des Ventilsitzes je nach Stellung des Ventilverschluß­ glieds eingestellt werden kann.

Das Ventilverschlußglied sitzt am unteren Ende einer sich verti­ kal erstreckenden Ventilstange 3, die nach oben aus dem Ventil­ gehäuse 2 herausragt. Die Ventilstange 3 durchsetzt dabei eine Ventilstangenbohrung 4, die in ihrem oberen Endbereich zu einem Stopfbuchsenringraum 5 verbreitert ist. In dem Stopfbuchsenring­ raum 5 sitzt eine Stopfbuchsenpackung 6, die aus mehreren über­ einandergelegten Stopfbuchsenringen besteht und sich untensei­ tig auf einem Stützring 7 abstützt. An der oberen Stirnseite der Stopfbuchsenpackung 6 liegt eine hülsenförmige Stopfbuchse 8 an, die teilweise in den Stopfbuchsenringraum 5 hineinragt. Die Stopfbuchse 8 hat am äußeren Mantel einen ringförmigen Ab­ satz 9, an dem sich eine Überwurfmutter 10 abstützt. Die Über­ wurfmutter 10 ist hutförmig ausgebildet und hat ein Innengewin­ de 11, welches mit einem Außengewinde 12 am Ventilgehäuse 2 in Eingriff steht (Fig. 2 bis 4).

Auf dem Ventilgehäuse 2 sitzt ein Ventiljoch 13 mit zwei verti­ kalen Jochstreben 14, 15. Das Ventiljoch 13 wird mittels einer Spannmutter 16 gegen das Ventilgehäuse 2 gepreßt. Auf dem Ven­ tiljoch 13 sitzt ein Membranstellantrieb 17. Der Membranstell­ antrieb 17 hat eine obere Gehäuseschale 18 und eine untere Ge­ häuseschale 19, die über Flansche 20, 21 miteinander verbunden sind. Zwischen den Flanschen 20, 21 ist eine flexible Membran eingespannt, die den Innenraum des Membranstellantriebs 17 in einen oben liegenden Druckraum und einen unteren Rückstellraum aufteilen. In dem Rückstellraum sind Rückstellfedern angeord­ net. Der Druckraum ist mit Druckluft beaufschlagbar, wodurch die Membran gegen die Wirkung der Rückstellfedern nach unten be­ wegbar ist.

Im Mittenbereich der Membran ist eine Antriebsstange 22 befe­ stigt, die nach unten aus dem Membranstellantrieb 17 herausragt und koaxial zu der Ventilstange 3 verläuft. Die Ventilstange 3 ist über ein Gewindeendstück 23 mit dem unteren Ende der An­ triebsstange 22 verbindbar. Nach Herstellung der Verbindung kann die Stellung der Ventilstange 3 und damit des Ventilver­ schlußglieds über die Druckbeaufschlagung des Druckraums des Membranstellantriebs 17 eingestellt werden. Dies geschieht in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Stellungsreglers.

Im gezeigten Fall ist die Ventilstange 3 noch nicht mit der An­ triebsstange 22 verbunden. Auf die obenseitige Stirnseite der Stopfbuchse 8 ist ein Preßstempel 24 aufgesetzt, der hohl ausge­ bildet ist, so daß er den oberen Teil der Ventilstange 3 um­ gibt. Der Preßstempel 24 setzt sich aus drei übereinander ge­ setzten Stempelringen 25, 26, 27 und einem hutförmigen Stempel­ element 28 zusammen, das den Preßstempel 24 obenseitig ab­ schließt. Zwischen Stempelelement 28 und Antriebsstange 22 ist eine Kraftmeßdose 29 mit Meßarmatur 30 angeordnet. Eine von der Antriebsstange 22 über den Membranstellantrieb 17 auf die Kraft­ meßdose 29 wirkende Kraft kann von der Meßarmatur 30 quantita­ tiv abgelesen werden.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen detaillierter das Verfahren zum Ver­ spannen der Stopfbuchsenpackung 6. Dabei sind bei diesen Dar­ stellungen das Ventiljoch 13, der Membranstellantrieb 17 sowie Antriebsstange 22 und Kraftmeßdose 29 weggelassen.

Fig. 2 zeigt die Ausgangsstellung. In dieser Stellung sitzt die Stopfbuchse 8 ohne größere Vorspannung auf der Stopfbuchsen­ packung 6. Die Überwurfmutter 10 ist lediglich bis zur Anlage an den Absatz 9 verschraubt.

Aus dieser Anfangsstellung heraus wird über den Membranstellan­ trieb 17, die Antriebsstange 22 und die Kraftmeßdose 29 eine axial wirkende Kraft auf die Stopfbuchse 8 ausgeübt, so daß sie nach unten bewegt wird. Dabei wird die Stopfbuchsenpackung 6 verpreßt. Dieser Preßvorgang wird solange fortgesetzt, bis die Meßarmatur 30 die gewünschte Preßkraft anzeigt und damit die Endstellung der Stopfbuchse 8 erreicht ist. Diese Endstellung ergibt sich der Fig. 3. Während dieses Preßvorgangs bleibt die Überwurfmutter 10 in ihrer Ausgangsstellung mit der Folge, daß sich der Absatz 9 von ihr löst.

Nach Erreichen der Endstellung wird die Überwurfmutter 10 ange­ zogen, wodurch sie sich nach unten bewegt. Dies geschieht solan­ ge, bis sie mit ihrer innen liegenden Unterseite wieder auf dem Absatz 9 zur Anlage gekommen ist. Dabei soll keine zusätzliche Vorspannung aufgeprägt werden. Die Stopfbuchse 8 ist dann in der Endstellung fixiert. Der Spannvorgang ist damit abgeschlos­ sen.

Im Anschluß daran wird die Antriebsstange 22 des Membranstellan­ triebs 17 durch Druckentlastung des Druckraums zurückgezogen. Die Kraftmeßdose 29 sowie die Einzelteile des Preßstempels 24 werden entfernt, und die Ventilstange 3 wird über das Gewinde­ endstück 23 mit der Antriebsstange 22 verbunden. Die Stopfbuch­ senpackung 6 ist damit optimal für den Betrieb vorbereitet.

Das vorbeschriebene Verfahren sichert nicht nur eine optimale Verspannung der Stopfbuchsenpackung 6, sondern erlaubt zudem die Durchführung von Versuchen bei unterschiedlichen Betriebsbe­ dingungen, wobei die Versuche wegen der Reproduzierbarkeit der Vorspannkräfte aussagefähige Ergebnisse liefern.

Die Überwurfmutter 10 hat eine schräg nach außen abfallende Oberseite 31. Eventuell auf die Oberseite 31 auftreffende Flüs­ sigkeit kann auf diese Weise nach außen ablaufen. In entspre­ chender Weise ist auch die Unterseite 32 schräg nach außen ab­ fallend gestaltet. Hierdurch ergibt sich an der Außenkante eine Tropfkante, die verhindert, daß Flüssigkeit zu dem Außengewinde 12 gelangen kann.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer Stopfbuchsenabdichtung insbesondere an Regelventilen, bei dem eine Stopfbuchse (8) durch eine Preßeinrichtung (17) axial gegen eine Stopfbuchsenpackung (6) gepreßt und in der Endstellung von einem Halteelement (10) fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Preßeinrichtung der An­ trieb (17) des Ventils (1) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßkraft vom Antrieb (17) über dessen Antriebsstange (22) und einen an der Stopfbuchse (8) anliegenden Preßstempel (24) auf die Stopfbuchse (8) übertragen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Stopfbuchsenabdichtung zwischen einem Gehäuse (2) und einem axial beweglichen Element (3), ins­ besondere zwischen einem Ventilgehäuse (2) und einer Ven­ tilstange (3), wobei das Gehäuse (2) und das axial beweg­ liche Element (3) einen Ringraum (5) einschließen, in den eine Stopfbuchsenpackung (6) sowie eine an dieser stirn­ seitig anliegende Stopfbuchse (8) wenigstens teilweise eingesetzt sind, wobei die Stopfbuchse (8) eine wenig­ stens teilweise freiliegende äußere Stirnfläche aufweist und in der Endstellung von wenigstens einem Halteelement (10) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein axial beweglicher Preß­ stempel (24) vorgesehen ist, der stirnseitig derart an dem frei liegenden Teil der äußeren Stirnfläche der Stopfbuchse (8) angepaßt ist, daß der Preßstempel (24) an dieser zur Anlage bringbar ist, und daß der Antrieb (17) des Ventils (1) als Preßeinrichtung über seine Antriebs­ stange (22) auf den Preßstempel (24) einwirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (24) als Hohlstempel ausgebildet ist, der über das axial beweg­ liche Element (3) stülpbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kraftmeßeinrichtung (29, 30) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchse (8) als Hülse und das Halteelement als Überwurfmutter (10) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) außenseitig einen Absatz (9) aufweist, an dem die Überwurfmutter (10) zur Anlage bringbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (31) der Über­ wurfmutter (10) nach außen abfallend ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (32) der Über­ wurfmutter (10) nach außen abfallend ausgebildet ist.