DE3035865A1

DE3035865A1 - Packungsanordnung und dichtring hierfuer

Info

Publication number: DE3035865A1
Application number: DE19803035865
Authority: DE
Inventors: Edgar R. Nashua N.H. Bernier; Arthur W. Prides Crossing Mass. Chesterton
Original assignee: Chesterton AW Co
Current assignee: Chesterton AW Co
Priority date: 1979-09-27
Filing date: 1980-09-23
Publication date: 1981-04-16
Also published as: MX151408A; IT1166491B; GB2062776B; JPS5655757A; CA1134407A; FR2466684A1; FR2466684B1; US4327923A; IT8068493A0; GB2062776A

Description

A. W. CHESTERTON COMPANY Stoneham, Massachusetts o218o, V.St.A.

Packungsanordnung^ und Dichtring; hierfür

Die Erfindung betrifft eine Packungsanordnung und einen Dichtring nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 11.

Die Erfindung betrifft insbesondere einteilige Packungsanordnungen zum Abdichten von Wellen und Graphitpackungen für derartige Anordnungen.

Eine vollständig aus festen, verdichtbaren, unelastischen und niedrige Reibung aufweisenden Packungsringen, etwa Graphitringen, bestehende Packungsanordnung ergibt an der Welle eine verhältnismässig reibungsarme Dichtfläche für einen Höchtemperaturbetrieb. Jedoch sind Packungsringe aus Graphit oder ähnlichem Material hart und dicht und drücken

sich in axialer Richtung nicht leicht zusammen, um zur Bildung einer wirksamen Dichtung eine Welle axial zu berühren. Die hohe Kraft, die ein Stopfbuchsendeckel auf die Graphitpackungsringe zur Verringerung der Leckverluste auf eine annehmbare Höhe ausübt, kann übermässig hohe Wellentemperaturen auf Grund des Drucks auf die Welle verursachen, der nicht verringert werden kann, da es den festen Graphitringen an Elastizität mangelt. Dieser Mangel an Elastizität erschwert eine genaue Einstellung zur Erzielung einer angemessenen Abdichtung ohne unzulässigem Druck. Die Einführung von mit Graphitringen abwechselnden elastischen Packungsringen, z. B. aus geflochtenen Eingen aus Asbest oder dgl., in die Anordnung wurde angewendet, um für die Packungsanordnung eine Elastizität vorzusehen und eine wirksame Dichtung ohne unzulässig hohen Dichtungsdruck zu ermöglichen. Jedoch verursacht die Ungleichartigkeit der Reibungskoeffizienten der elastischen und der Graphitpackringe einen ungleichmässigen Wellenverschleiss, der in den Bereichen grosser ist, in denen die elastischen Packungsringe die Welle berühren, als in den Bereichen, die durch die Graphitpackringe berührt werden. Ein vorzeitiger Wellenverschleiss ist die Folge eines derartigen ungleichmässigen Verschleisses. Zusätzlich sind immer noch hohe axiale Druckkräfte erforderlich zur Erzeugung der radialen Verschiebung für die Wellenberührung.

Hauptaufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Packungsanordnung für eine Welle, die eine durchlaufende Dichtungsflache aus festem, verdichtbarem, unelastischem und eine niedrige Reibung aufweisenden Material an der Welle vorsieht zur Bildung eines gleichmässigen niedrigen Reibungskoeffizienten längs der Welle, während eine gewünschte Elastizität vorgesehen wird zur Ermöglichung einer genauen radialen Einstellung ohne unzulässig hohem Druck an der Welle. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines einteili-

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- 8 gen Graphitrings für eine derartige Packungsanordnung.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch die Gegenstände der Ansprüche 1 bzw. 11.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranspräche.

Gegenstand der Erfindung ist im allgemeinen eine Packungsanordnung mit abwechselnden Packungsringen aus festem, verdichtbarem, unelastischem, niedrige Reibung aufweisendem Material und aus elastischem Material. Die festen Ringe haben jeweils eine eine Dichtfläche bildende zylindrische Wand, wobei benachbarte Ringe aneinanderstossen zur Bildung einer durchlaufenden zylindrischen Graphitdichtfläche. Jeder feste Ring hat auch ein Paar von radialen Wänden, die sich zur Bildung von Zwischenräumen zwischen benachbarten Ringen konvergierend erstrecken. In den Zwischenräumen zwischen benachbarten festen Ringen sind elastische Ringe angeordnet. Gegenstand der Erfindung sind zusätzlich zur Packungsanordnung auch feste Ringe an sich, etwa Graphitringe.

In bevorzugten Ausführungsformen erstrecken sich die radialen Wände jedes festen Rings unter spitzen Winkeln zu einem Scheitel und bilden im Querschnitt ein gleichseitiges Dreieck. Der feste Ring besteht aus verdichteter Graphitfolie oder verdichtetem Graphitband. In der Packungsanordnung befindet sich an jedem Ende ein elastischer Ring und bilden die elastischen Ringe eine durchlaufende Fläche aus elastischem Material, die parallel im Abstand zur Dichtfläche des festen Rings verläuft. Jeder elastische Ring, mit Ausnahme der Endringe, bildet im Querschnitt ebenfalls ein gleichseitiges Dreieck. Die elastatischen Ringe bestehen aus geflochtenem Packungsmaterial.

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Die Erfindung betrifft kurz zusammengefasst eine Packungsanordnung mit mehreren aneinander grenzenden, festen, verdichtbaren, unelastischen und niedrige Reibung aufweisenden Packungsringen mit zylindrischen Dichtflächen, die längs der Welle eine durchlaufende Dichtfläche bilden, wobei jeder feste Ring zwei konvergierende im allgeminen radiale Wände aufweist zur Bildung eines Zwischenraums zwischen den benachbarten Wänden jedes Paars von benachbarten Ringen und von elastischen Ringen im Zwischenraum zwischen benachbarten festen Ringen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

!ig. 1 einen teilweise geschnittenen Längsschnitt einer Welle, die sich durch eine Stopfbuchse erstreckt und eine Packungsanordming nach der Erfindung aufweist;

Pig» 2 eine Schrägansicht eines in der Anordnung von Mg«, 1 verwendeten G-raphitpackungsrings;

Pig. 3 eine Schrägansicht eines in der Anordnung von Iig_o 1 verwendeten elastischen Packungsrings ;

Pig. 4 einen Schnitt einer Form zum Pormen der Packung 5

Pig. 5 eine graphische Darstellung des Verhaltens einer Packungsanordnung nach der Erfindung*

Pig. 1 zeigt eine Packungsanordnusg 10 nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Packungsanordnung 10 befindet sich zwischen einer Welle 12 und einem Gehäuse oder einer Stopfbuchse 14. Die Welle 12 erstreckt sich durch die Stopfbuchse 14. Die Stopfbuchse ist von der Welle zur Bildung eines Ringraums entfernt angeordnet, in dem sich die Packungsanordnung 10 befindet. Ein Ende der Stopfbuchse 14

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hat einwärts gerichtete Flansche Ί8. Die Packungsanordnung ist in der Stopfbuchse 14· durch einen Stopfbuchsendeckel eingeschlossen, der durch Schrauben 22 am anderen Ende der Stopfbuchse 14- einstellbar befestigt ist. Innerhalb der Stopfbuchse 14 enthält die Packungsanordnung 10 feste, verdichtbare, unelastische und niedrige Reibung aufweisende, Packungsring 24-, 26 und 28, die mit elastischen Ringen 30, 32, 34 und 36 abwechseln.

Die Ringe 24-, 26, 28 sind in Fig. 1 und 2 dargestellt und bestehen aus Graphit. Jeder Ring ist keilförmig, dreieckig im Querschnitt und hat eine in dichtender Berührung mit der Welle 12 stehende zylindrische innere Dichtfläche 38. Jeder Graphitring hat zwei konvergierende Seitenflächen 40, 42, die sich an einem Scheitel 44· schneiden. Die Reihe dieser Graphitringe ist um die Welle 12 gepackt und bildet eine durchlaufende Fläche aus verhältnismässig reibungsarmem selbstschmierendem Graphit an' der Welle 12. Andere Materialien als Graphit können verwendet werden, z. B. Polytetrafluoräthylen, die geringe Reibung haben und in eine gewünschte Form verdichtet werden können, wenn sie einer ausreichenden Kraft unterworfen sind, und die im Anschluss daran diese gewünschte Form unelastisch beibehalten, d» h. derart, dass sie bei einer Zusammendrückung oder Verdichtung in einer Stopfbuchse sich auf den Wellendurchmesser verdichten oder formen und diese Stellung beibehalten.

Zwischen den auf Graphit bestehenden Ringen 24-, 26 und 28 und in unmittelbarer Berührung hiermit befindet sich eine Reihe von elastischen, geflochtenen und aus Graphit oder Asbest bestehenden Ringen 30, 32, 34- und 36. Der obere Ring 30 ist mit einer ebenen Fläche versehen, die sich radial und senkrecht zur Wellenachse erstreckt und an der Unterseite des Stopfbuchsendeckels 20 anliegt. Eine gegenüberliegende geneigte Fläche 40 steht in unmittelbarer Berührung mit der geneigten Fläche des angrenzenden Rings 24- aus Graphit. In ähnlicher Weise ist der untere Ring 36 mit einer

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am Flansch 18 anliegenden ebenen Fläche und mit einer gegenüberliegenden geneigten Fläche versehen, die in unmittelbarer Berührung mit dem Ring 28 aus Graphit besteht. Die Ringe 32, 34 bestehen jeweils aus einem ringförmigen Körper mit dreieckigem Querschnitt, mit einer zylindrischen Aussenflache 46, die in unmittelbarer Berührung mit der Stopfbuchse 14 steht, und mit zwei konvergierenden Seitenflächen 48, 50, die sich in einem Scheitel 52 schneiden und zwischen den konvergierenden Flächen 40, 42 des Graphits ausgerichtet sind. Die elastischen Ringe bilden an den Stopfbuchsenringen eine durchlaufende Fläche. Die elastischen Ringe sind vorzugsweise aus geflochtenen Graphitfasern hergestellt. Jedoch halten aus Asbestfasern geflochtene Ringe, die mit herkömmlichen Imprägnierungsmitteln getränkt sind, wie Polytetrafluoräthylen und einem Petroleumfett, ihre Form besser und können bei Anwendungen bevorzugt werden, bei denen die Temperatur den Flammpunkt des Imprägnierungsmittels nicht übersteigt. Andere Materialien, wie elastomere Materialien, eignen sich für besondere Anwendungen.

Jeder feste Graphitring wird hergestellt durch Wickeln von Graphitfolie oder -band 62 um einen Dorn 60 (Fig. 4) und durch Verdichten des Bands in einer geeigneten Form auf 50-60 % seines ursprünglichen Volumens. Im nun geformten, im Querschnitt dreieckigen Graphitring verbleiben etwa 10 % Verdichtbarkeit. Der Graphitring wird vorzugsweise auf etwa 10 % seiner maximalen Verdichtbarkeit verdichtet, um noch eine weitere Verdichtung zuzulassen, während seine axiale Verschiebung begrenzt ist, die zur Erzielung der gesamten Verdichtung bei Gebrauch erwünscht ist. Jeder elastische Ring wird hergestellt durch Wickeln einer Länge von herkömmlicher geflochtener Packung um einen Dorn und durch deren Verdichtung zu einem im Querschnitt dreieckigen Ring in einer Form. Eine geeignete Form zur Formung der Packungsringe ist in Fig. 4 gezeigt und enthält zusätzlich aum Dorn 60 eine den Dorn 60 tragende Bodenplatte 64 und einen äusseren

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Zylinder 66. Ring- und keilförmige !ormeinsätze 68, 70 werden über und unter dem Packungsmaterial 62 angeordnet. In der Oberseite der Form ist ein Kolben 72 vorgesellen, der von einer Presse beaufschlagt wird und den oberen IPormeinsatz 68 zum Verdichten und Eormen des Packungsmaterials gegen dieses drückt. Wahlweise kann Graphitpulver in einer ϊοπα vorzugsweise bis zu einer minimalen Dichte geformt werden.

Im Betrieb ist die Packungsanordnung 10 in der Stopfbuchse um die Welle 12 eingebaut, wobei die Graphitringe 24, 26, eine durchlaufende Graphitdichtfläche längs der Welle 12 innerhalb der Stopfbuchse 14 bilden. Der Stopfbuchsendeckel 20 wird dann angebaut und zum Zusammendrücken der Packungsanordnung 10 mit Schrauben 22 angezogen. Die Welle wird dann im normalen Betrieb gedreht, wobei die Schrauben zur Steuerung der beobachteten Leckverluste eingestellt werden.

In einem Versuch wurde eine Packungsanordnung mit einer gehärteten verchromten Wellenhülse aus nichtrostendem Stahl 440 und mit einem Durchmesser von 44,4 mm zusammengebaut. In der Stopfbuchse wurden abwechselnd vier Asbestringe und drei Graphitringe angeordnet. Die Graphitringe wurden auf eine Dichte von etwa 1,3 bis 1,5 verdichtet. Die Singe wurden einzeln eingebaut und in die Stopfbuchse gestopft, wobei die Stosstellen um 90° um die Welle versetzt waren (die Binge waren zum leichten Einbau um die Welle geschlitzt). Beim Anfahren der Maschine unter einem Druck von 2,46 atü Wasserdruck, einer Wellendrehzahl von 1800 TJ/min und einer Umfangsgeschwindigkeit von 251 m/min mussten zum Einführen von Leckverlusten die Schrauben des Stopfbuchsendeckels um 120° (2 Abflachungen) zurückgesetzt werden. Nach dieser anfänglichen Einstellung begannen die Leckverluste bei 1 Tropfen/min oder 0,8 ml/min, die dann gemäss Jig. 4 während der anfänglichen Einbrechdauer zunahmen und schwankten. Es war jedoch keine weitere Einstellung erforderlich» Fach 10 Tagen hatten sich die Leckverluste auf etwa 3 Tropfen/min

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oder 0,25 ml/min stabilisiert. Während des Versuchs betrugen die durchschnittlichen Leckverluste 0,50 ml/min bei einer durchschnittlichen Temperatur des Stopfbuchsendeckels von 38,9 °C.

In vorteilhafter Weise ermöglichen die geneigten Flächen der jeweiligen Graphit- und Asbestringe nicht nur die Ausübung eines radialen Drucks auf die Graphitringe für das Abdichten auf der Welle, verbunden mit der Elastizität der Asbestringe, sondern ermöglichen auch ein radiales Ausdehnen der Graphitringe zur Entlastung von innerem Überdruck, wodurch die Gefahr des Fressens der Welle vermindert wird. Ferner vermindert die durchlaufend längs des Aussendurchmessers der Stopfbuchse erfolgende Verwendung der Asbestringe die Leckverluste am Aussendurchmesser.

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/m-

Leerseite

Claims

BEETZ-UAMPRECHT-BEETZ München 22 - Stolnsdorfitr. 10

o21-31.45oP(31.451H) 23. Sept. 198o

Ansprüche

Λ.J Packung s anordnung aus mehreren festen, ver dicht bar en, unelastischen und niedrige Reibung aufweisenden Ringen und aus mehreren elastischen Ringen, wobei zwischen jedem Paar von festen Ringen ein elastischer Ring angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet ,

- dass die festen Ringe (24, 26, 28) jeweils eine eine Dichtfläche bildende zylindrische Wand (38) und ein Paar von sich im allgemeinen radial von der zylindrischen Wand (38) aus konvergierend erstreckenden Wänden (40, 42) aufweisen,

*- dass die festen Ringe (24, 26, 28) aneinanderstossen, wodurch ihre zylindrischen Wände (38) eine durchlaufende Dichtfläche aus den festen Ringen (24, 26, 28) über deren axiale Erstreckung bilden, wobei die im Winkel verlaufenden Verlängerungen des Paars von Wänden (40, 42) der festen Ringe (24, 26, 28) zwischen benachbarten festen Ringen (24, 26, 28) von deren zylindrischen Wänden (38) entfernte Zwischenräume bilden, und · <

- dass in jedem Zwischenraum zwischen benachbarten festen Ringen (24, 26, 28) ein elastischer Ring (32, 34) angeordnet ist, wodurch eine auf die Packungsan-

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ORIGINAL

Ordnung ausgeübte axiale Kraft bewirkt, dass durch, die elastischen Ringe (32, 34) auf die aus Graphit bestehenden festen Ringe (24, 26, 28) eine radiale Kraftkomponente ausgeübt wird.
2. Packungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass an jedem Ende der Packungsanordnung angrenzend an den dort befindlichen festen Ring (24, 28) ein elastischer Endring (30, 36) angeordnet ist.
3. Packungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass die elastischen Ringe (32, 34) jenseits der radialen Erstreckung der festen Ringe (24,26, 28) aneinanderstossen und eine aus dem elastischen Material bestehende durchlaufende zylindrische Fläche bilden, die parallel im Abstand .von der durchlaafenden Dichtfläche der festen Ringe (24, 26, 28) verläuft.
4. Packungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass das Paar von Wänden (40, 42) jedes festen Rings (24, 26, 28) einen Scheitel (44) bildet,

- dass die festen Ringe (24, 26, 28) einen dreieckigen Querschnitt haben und

- dass jeder zwischen den festen Ringen (24, 26, 28) angeordnete elastische Ring (32, 34) ein Paar von Wänden (48, 50) hat, das sich längs der konvergierenden angrenzenden Wände (40, 42) der festen Ringe (24, 26, 28) von einer zylindrischen Wand (46) radial zu einem Scheitel (44) erstreckt.
5. Packungsanordnung nach Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet,

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- dass die elastischen Binge (32, 34) jenseits der radialen Erstreckung der festen Ringe (24-, 26, 28) aneinanderstossen und eine aus dem elastischen Material bestehende durchlaufende zylindrische Fläche bilden, die parallel im Abstand von der durchlaufenden Dichtfläche der festen Ringe (24·, 26, 28) verläuft,
6. Packungsanordnung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet,

- dass die Paare von Wänden (4-0, 42; 4θ, 50) der festen und der elastischen Ringe (24, 26, 28; 32, 34) die Wände von gleichseitigen Dreiecken sind, während die zylindrischen Wände (38; 36) dieser Ringe deren Basen sind.
7. Packungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- dass an jedem Ende der Packungsanordnung angrenzend an den dort befindlichen festen Ring (24, 28) ein elastischer Endring (30, 36) angeordnet ist,

- dass jeder Endring (30, 36) enthält: eine Endwand, die sich unter einem Winkel erstreckt, der zum Winkel der angrenzenden radialen Wand des angrenzenden festen Rings (24; 28) komplementär ist, und eine weitere radiale Wand, die sich senkrecht zur Achse der Packungsanordnung erstreckt, und

- dass die radialen Wände jedes Endrings (30, 36) an einem Scheitel zusammenlaufen.
8. Packungsanordnung nach einem der vorhergehenden AndadurcM. gekennzeichnet,

- dass die festen Ringe (24, 26, 28) aus teilweise verdichtetem Graphit bestehen.
9. Packungsanoränung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

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- dass die elastischen Ringe (30, 32, 34, 38) aus geflochtenem Material bestehen.
10. Packungsanordnung nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet,

- dass die aus Graphit bestehenden Ringe (24, 26, 28) aus Graphitfolie oder -band bestehen und auf etwa Ί0 % ihrer maximalen Verdichtung verdichtet sind.
11. Dichtring aus einem aus verdichtetem Graphit bestehenden Ring mit einer eine Dichtfläche bildenden zylindrischen Wand und mit einem Paar von sich im allgemeinen radial von der zylindrischen ¥and erstreckenden Wänden, dadurch gekennzeichnet,

- dass sich das Paar von Wänden (40, 42) von der zylindrischen Wand (38) aus konvergierend erstreckt.
12. Dichtring nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

- dass das Paar von Wänden (40, 42) an einem Scheitel (44) zusammenläuft und

- dass der Ring einen dreieckigen Querschnitt hat.
13. Dichtring nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

- dass sich von dem Paar von Wänden (40, 42) jede Wand unter einem spitzen Winkel von der zylindrischen Wand (38) aus erstreckt.
14. Dichtring nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,

- dass das Paar von Wänden (40, 42) an einem Scheitel (44) zusammenläuft und

- dass der Ring einen dreieckigen Querschnitt hat.

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15. Diclitring nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

- dass das Paar von Wänden (40, 42) die Wand eines gleichseitigen Dreiecks darstellt, während die zylindrische Wand (38) dessen Basis ist.
16. Dichtring nach einem der Ansprüche 11 bis 15» dadurch gekennzeichnet,

- dass das Graphit teilweise verdichtete Folie oder Band ist.
17. Dichtring nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Dichtring auf etwa 10 % seiner maximalen Verdichtung verdichtet ist.