DE3310982A1

DE3310982A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE3310982A1
Application number: DE19833310982
Authority: DE
Inventors: James Joseph 43618 Oregon Ohio Gimple; Richard 43606 Toledo Ohio Weinstein
Original assignee: Champion Spark Plug Co Toledo Ohio; Champion Spark Plug Co
Current assignee: DeVilbiss Co
Priority date: 1982-04-14
Filing date: 1983-03-25
Publication date: 1983-10-27
Also published as: CA1208250A; MX153599A; JPS6343137B2; AU1277183A; IT8320557A1; US4406468A; AU553895B2; IT1161136B; JPS58186459A; BE896381A; GB2118280B; DE3310982C2; FR2525320B1; FR2525320A1; GB8308924D0; IT8320557A0; GB2118280A; BR8301893A

Description

Patentanwälte

Dr. rer. nat. Thomas Berendt

Di\-Ir.g. Hans Leyh Innere VVLisr Sir. 20 - D 8000 München 80

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

CHAMPION SPARK PLUG COMPANY
900 Upton Avenue
Toledo, Ohio, U.S.A.

Dichtungsanordnung

S A 14 642

Champion Spark Plug Co.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zum Abdichten des Umfangs eines zylindrischen Gegenstandes, insbesondere zum Abdichten des Umfangs der Nadel eines Nadelventiles.

Bei Vorrichtungen vielerlei Art ist es oft erforderlich, sich bewegende Teile abzudichten, um zu verhindern, daß eine Flüssigkeit von einem Bereich der Vorrichtung in den anderen strömt. Beispielsweise in der Farbspritzindustrie werden Spritzpistolen verwendet, die Abdichtungen um die Nadeln ihrer Nadelventile haben, um den Eintritt von Farbe oder anderer erodierender Stoffe ins Innere der Spritzpistole zu verhindern, was sonst zu starkem Verschleißen und zu Beschädigungen führen könnte. Diese Dichtungen sollen einen weiten Druckbereich aushalten und lange Lebensdauer haben.

Ein Typ einer gegenwärtig verfügbaren, handelsüblichen Dichtung ist die V-Stopfbüchse. Diese Dichtung hat die Form eines Winkels oder eines V und sie kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein. Normalerweise muß eine solche Dichtung von Hand eingestellt werden, wenn sie zum erstenmal in den Raum zwischen der Nadel oder Spindel des Ventiles und dem Gehäuse eingesetzt wird. Dieses Einsetzen und Einstellen bedingt das Anziehen einer Stopfbüchs-Mutter, wodurch die Dichtung zusammengedrückt und an Ort und Stelle gebracht wird, um eine Dichtwirkung zu erzielen. Die Stopfbüchs-Mutter wird dann gelockert, bis die Nadel des Ventils sich frei bewegen kann.

Nachteilig hierbei ist, daß eine vorherige Einstellung der Dichtung erforderlich ist und daß diese Einstellung abhängig von dem Gefühl und der Geschicklichkeit der Bedienungsperson ist.

Ein weiteres Problem besteht darin, eine dichte Abdichtung aufrechtzuerhalten, sobald die Stopfbüchse installiert ist. Die bestehenden V-förmigen Stopfbuchspackungen haben oft Taschen oder Hohlräume in Abständen längs ihres Innendurchmessers. Wenn sich das Packungsmaterial abnützt, muß das übrige Packungs-

material stärker zusammengepreßt werden, um eine dichte Abdichtung aufrechtzuerhalten. Bei einem Verschleiß der Dichtung kann Farbe in diese Taschen einwandern und darin eingeschlossen werden. Da die Nadel des Ventils sich weiterhin hin- und herbewegt, wird durch schmirgelartig wirkende Farbpartikel die Oberfläche der Nadel abgenutzt. Dies setzt sich fort, bis ein Leck entsteht, worauf und wodurch sowohl die Dichtungspackung als auch die Nadel beschädigt werden können.

Andere Arten von Dichtungen sind in den US-Patenten 3 096 096 und 3 085 628 beschrieben.

Die vorliegende Erfindung schafft hingegen eine neuartige Dichtungsanordnung mit einem Einsatz oder Anschlag und einer Packung, welche das Nadelventil umgeben. Zum Zwecke der Erläuterung ist die Dichtung in der Zeichnung in Verbindung mit einer Spritzpistole und als Teil eines Absperrventil es dargestellt. Dies dient jedoch nur zur beispielsweisen Erläuterung, die Erfindung ist aber auf diese dargestellten Ausführungsformen nicht beschränkt.

Das Material für den Einsatz oder den Anschlag ist weitgehend abhängig von der Konstruktion der Anlage, innerhalb welcher die Dichtungsanordnung verwendet wird. Bei den beschriebenen Ausführungsformen besteht dieser Einsatz aus Messing. Die äußere Form des Einsatzes kann beliebig sein, sie ist an die Abmessungen der Anlage angepaßt, innerhalb welcher die Dichtung angeordnet ist. An der Innenseite hat der Einsatz eine abgeschrägte ringförmige Fläche, welche die Dichtungspackung aufnimmt.

Der Winkel der abgeschrägten ringförmigen inneren Fläche hängt von der Art des verwendeten Packungsmaterials ab, den Kaltfließeigenschaften dieses Materials und der Preßkraft, die auf das hintere Ende der Dichtungspackung ausgeübt wird, um diese in Kontakt mit der Nadel des Ventiles zu drücken. Eine Anzahl von Packungsmaterialien ist hierzu geeignet, z.B. Polyäthylen, Polypropylen, Vinyl, Filz, sowie Fluor-Kohlenstoffe, wie z.B. Teflon und mit Teflon imprägnierter Filz. Bei den beschriebenen Ausführungsformen wird Fluor-Kohlenstoff verwendet. Es wurde gefunden, daß bei einem Teflonmaterial der bevorzugte Schrägungswinkel des Einsatzes oder Anschlages etwa 15° zur

Längsachse der Nadel des Nadelventiles beträgt.

Das Packungselement selbst hat zweckmäßigerweise einen konstanten Innendurchmesser, der etwas größer als der Außendurchmesser der Nadel ist, so daß die letztere sich bewegen kann und trotzdem eine dichte Abdichtung beibehalten wird. Die Außenseite des Packungselementes ist zweckmäßigerweise abgestuft oder zweistufig, wobei der Außendurchmesser an der Vorderseite der Dichtungspackung kleiner ist als der an der Hinterseite.

Die Vorderseite der Dichtungspackung, welche in die abgeschrägte Ringfläche des Anschlages paßt, hat vorzugsweise ein scharf abgeschnittenes rohrförmiges Ende. Hinter der Dichtungspackung ist eine Unterlagscheibe oder ein Stützring und eine Feder angeordnet. Die Feder drückt gegen den Stützring, der seinerseits die Dichtungspackung axial vorspannt und gegen die kegelförmige Ringfläche des Einsatzes oder Anschlages andrückt, um die Packung in Kontakt mit der Nadel zu bringen und damit eine dichte Abdichtung zu erzeugen.

Die erfindungsgemäße Dichtung hat mehrere Vorteile. Sie kann sehr leicht eingebaut und ausgewechselt werden. Eine vorherige Einstellung ist nicht erforderlich, weshalb Fehler durch Bedienungspersonen vermieden werden. Die Dichtung braucht nur eingebaut zu werden und die Feder übt kontinuierlich die zur Erzeugung einer guten Dichtung erforderliche Kraft aus. Während der Standzeit oder Gebrauchszeit der Dichtung ist damit keine Nachstellung notwendig. Wenn die Dichtung das Ende ihrer Gebrauchszeit erreicht hat, braucht sie nur herausgenommen und eine neue eingesetzt werden.

Bisherige Dichtungen erfordern periodische Nachstellungen, da Dichtungsmaterial, das durch Verschleiß verschwunden ist, dadurch ersetzt wird, daß die Dichtung weiter zusammengepreßt und neues Material in die sich durch den Verschleiß bildende Hohlräume hineingepreßt wird. Bei den vorhandenen V-förmigen Dichtungen wird der Innendurchmesser der Dichtungspackung entsprechend dem Verschleiß reduziert, wobei eine solche Reduzierung nur dann eintritt, wenn jeder Packungsabschnitt entsprechend verformt wird. Von den Dichtungsherstellern wird dabei ein Festsitz zwischen dem Außendurch-

-JT-

messer der Packung und dem Gehäuse vorgeschrieben. Dieser feste Sitz verhindert oder hemmt jedenfalls die Bewegung bzw. Verformung der Packungsabschnitte, was zu einer frühen Leckage führt. Ist dies der Fall, so sind weitere Nachstellungen der Stopfbuchs-Mutter notwendig.

Die Dichtung nach der Erfindung benötigt eine solche Bewegung im Bereich ihres Außendurchmessers nicht für eine ordentliche Abdichtung. Alle auf das Dichtungsmaterial ausgeübten Kräfte sind auf die hin- und hergehende Nadel zu gerichtet. Dies wird erreicht, indem der Kontaktbereich zwischen der Packung und dem Einsatz sehr klein gehalten wird, durch Verwendung der abgeschrägten ringförmigen Fläche des Einsatzes und das scharf abgeschnittene rohrförmige Stirnende der Packung. Die entstehende Dichtung zwischen der Teflonpackung und der Metallnadel tritt über einen sehr kleinen Längsabschnitt der Nadel auf. Dies hat zur Folge, daß die hauptsächlichen Dichtungskräfte nur am vordersten Ende der Dichtung auftreten, wodurch die Reibung längs des übrigen Teils der Dichtungspackung reduziert wird.

Im Gegensatz hierzu ist bei der V-förmigen bekannten Dichtungspackung die Kraft gleichmäßig längs jeder Seite der Packung verteilt. Dies führt zu einer höheren Reibung über die gesamte Länge der Dichtungspackung und eine niedrigere Dichtkraft je Flächeneinheit der Nadel bei gleicher Federkraft.

Die erfindungsgemäße Dichtungspackung hat ferner eine höhere nutzbare Lebensdauer als bekannte Packungen, die das 2bi$ 5-fache der Lebensdauer der letzteren betragen kann.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Dichtungsanordnung nach der Erfindung in Verbindung mit einer Farbspritzpistole zeigt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt die Dichtungsanordnung nach der Erfindung, eingebaut in ein Absperrventil.

Fig. 3 zeigt vergrößert einen Teil des Schnittes nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Farbspritzpistole 10 bekannter Bauart mit einer Dichtungsanordnung 12 nach der Erfindung. Die Dichtungsanordnung 12 hat einen Anschlag oder einen Einsatz 13» eine Dichtungspackung 14, eine Stutzscheibe und eine Feder 16, wobei alle diese Teile eine Ventilnadel 18 der Spritzpistole 10 umschließen.

Wie Fig. 3 zeigt, hat der Einsatz 13 eine äußere Oberfläche 19, die in das Gehäuse paßt, in welchem die Dichtungsanordnung 12 angeordnet ist. Ein vorderer innerer Rand 20 des Einsatzes 13 hat einen nur etwas größeren Durchmesser als der Außendurchmesser der Ventilnadel 18, so daß diese sich frei bewegen kann. Direkt hinter dem vorderen Rand 20 beginnt eine abgeschrägte Fläche 21, die in der dargestellten Ausführungsform eine kegelförmige Aussparung 22 bildet. Die kegelförmige Aussparung 22 öffnet bzw. erweitert sich zum Innenraum 23 des Einsatzes 13. Der letztere hat eine Innenwand 24, eine Außenwand 25 und eine Stirnfläche 26.

Innerhalb des Einsatzes 13 ist die Dichtung 14 angeordnet, die die Nadel umschließt. Die Dichtung 14 hat gegenüberliegende bzw. entgegengesetzte Stirnflächen 27 und 30. Die Stirnfläche 27 liegt im wesentlichen senkrecht zur Längsachse 31 der Nadel 18. Die Innenfläche 32 der Dichtung 14 hat einen konstanten Durchmesser, der gerade etwas größer als der Außendurchmesser der Nadel 18 ist. Die Außenform der Dichtung wird aus einem ersten äußeren Abschnitt 33 und einem zeiten äußeren Abschnitt 34 gebildet. Der Abschnitt 33 hat einen kleineren Durchmesser als der Abschnitt 34 und er paßt bzw. erstreckt sich in die kegelige Aussparung 22 des Einsatzes 13 hinein.

Der Abschnitt 34 der Dichtung 14 hat einen Durchmesser, der ausreichend groß ist, um als Auflage für eine Stützscheibe 36 zu dienen. Wie Fig. 3 zeigt, ist der Durchmesser des Abschnittes 34 kleiner als der Durchmesser der Innenwand 24 des Einsatzes 13. In der dargestellten Ausführungsform ist zwischen der Außenfläche des Abschnittes 34 der Dichtung 14 und der Innenwand 24 des Einsatzes ein Zwischenraum gebildet. In anderen Ausführungs-

formen kann der Durchmesser des Abschnittes 34 weiter nach außen reichen und in Berührung mit der Innenwand 24 stehen.

Die Stützscheibe 36 liegt an der Stirnfläche 30 der Dichtung 14 an. Hinter bzw. auf der anderen Seite der Stützscheibe 36 ist eine Feder 38 angeordnet. Das andere Ende der Feder 38 kann sich an einer Wand 39 des Gehäuses abstützen.

Die Feder 38 liefert die erforderliche Kraft zur Erzeugung einer effektiven Abdichtung. Die Feder 38 übt eine Druckkraft gegen die Stützscheibe 36 aus, wie durch den Pfeil in Fig. 3 angezeigt ist. Die Stützscheibe 36 ihrerseits verteilt die Federkraft gleichmäßig auf die Stirnfläche 30 der Dichtung

Aufgrund der auf die Dichtung 14 wirkenden Kraft wird das Ende 27 der Dichtung 14 in die kegelige Aussparung 22 hineingedrückt. Zwischen der Dichtung 14 und der Kegelfläche 21 entsteht somit ein Linienkontakt und das Ende 27 der Dichtung 14 wird in dichten Kontakt mit der Nadel 16 gepreßt, wodurch eine zuverlässige Abdichtung erzeugt wird.

Wenn sich die Dichtung 14 abnutzt, wird das Ende 27 der Dichtung 14 weiterhin in die Aussparung 22 hineingedrückt, welche einen unbeschränkten Fließhohlraum bildet. Dies ist die Folge der konstanten Federkraft, die auf die Stirnfläche 30 der Dichtungspackung 14 ausgeübt wird. Durch Konzentration der Belastung bzw. der Kräfte auf den Linienkontakt 40 wird die Belastung je Flächeneinheit stark erhöht und damit eine bessere Abdichtung erzielt. Ferner wird durch Konzentration der Belastung auf das Ende 27 der Dichtung die Abnutzung längs der Innenfläche 32 der Dichtung 14 stark reduziert, wegen des Wegfalls einer Belastung längs des übrigen Teils dieser Fläche. Die kegelige Ausnehmung 22 bildet einen Raum für die Bewegung der Dichtung 14 bzw. des Dichtungsmaterials bei Verschleiß. In der beschriebenen Ausführungsform ist dieses Material ein Teflonmaterial. Die Feder 16 drückt somit das Ende 27 der Dichtung 14 in die Ausnehmung 22 und gegen die kegelige Fläche 21. Die hieraus resultierende Kraft preßt das Dichtungsmaterial in dichten Eingriff mit der Nadel 18.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei ein Absperrventil 50 verwendet wird. Das Ventil 50 hat eine Ventilnadel 18' und eine Dichtungsanordnung 20' gemäß der Erfindung. Die Dichtungsanordnung 20' hat einen Einsatz 13', der eine Aussparung 22' bildet·. Ein Ende einer Dichtung 14' ist in der Aussparung 22' aufgenommen. Durch eine Feder 16' wird das andere Ende der Dichtung 14' beaufschlagt und die letztere in die Aussparung 22' hineingedrückt, um eine Abdichtung zu bewirken, wie oben beschrieben wurde.

Claims

A 14 642

Champion Spark Plug Company

Patentansprüche

Dichtungsanordnung zum Abdichten des Umfangs eines zylindrischen Gegenstandes, mit einer Dichtung, die ein erstes und ein hierzu entgegengesetztes zweites Ende hat und die den zylindrischen Gegenstand umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (14) aus einem kalt-fließfähigem Material besteht, daß ein Einsatz (13) den zylindrischen Gegenstand umgibt, daß der Einsatz (13) eine Aussparung (22) aufweist, die eine abgeschrägte Fläche besitzt, die in Kontakt mit dem ersten Ende (27) der Dichtung (14) steht, daß das Ende (27) der Dichtung (14) innerhalb der Aussparung (22) des Einsatzes (13) liegt, daß die Dichtung (14) und der Einsatz (13) einen unbeschränkten Fließhohlraum angrenzend an den zylindrischen Gegenstand bilden, und daß eine Feder (16) angrenzend an die Dichtung (14) angeordnet ist, um diese in Richtung auf diesen Fließhohlraum zu beaufschlagen, wodurch die Dichtung (14) in diesen Fließhohlraum während des Betriebs hineingedrückt wird.
2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kalt-fließfähige Material ein Fluor-Kohlenstoff ist.
3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (13) aus Messing besteht.
4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Stützscheibe (36) zwischen der Feder (16) und der Dichtung (14).
5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschrägte Fläche (21) einen Winkel von etwa 15° zur Längsachse (31) des zylindrischen Gegenstandes bildet.
6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (14) einen zylindrischen Abschnitt (33) und einen zylindrischen

Abschnitt (34) aufweist, daß der Abschnitt (33) einen kleineren Durchmesser als der Abschnitt (34) hat, und daß der Abschnitt (33) innerhalb der Aussparung (22) des Einsatzes (13) liegt.
7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des zylindrischen Abschnittes (34) der Dichtung (14) einen Abstand von der Innenwand des Einsatzes (13) hat und daß zwischen der Dichtung (14) und dem Einsatz (13) ein Entlastungsraum gebildet ist.
8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (27) der Dichtung (14) im wesentlichen senkrecht zur Längsachse (31) des zylindrischen Gegenstandes liegt.
9. Dichtungsanordnung zum Abdichten des Umfangs einer Ventilnadel einer Spritzpistole, mit einer Dichtung mit einem ersten und einem hierzu entgegengesetzten zweiten Ende, welche die Ventilnadel umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einsatz (13) die Ventilnadel (18) umgibt, daß der Einsatz (13) eine kegelige Aussparung (22) bildet, welche eine abgeschrägte Fläche (21) aufweist, die in Kontakt mit dem Ende (27) der Dichtung (14) steht, daß ferner die Fläche (21) einen spitzen Winkel mit der Längsachse (31) der Nadel (18) bildet, daß das Ende (27) der Dichtung (14) innerhalb der kegeligen Aussparung (22) des Einsatzes (13) angeordnet ist, daß die Dichtung (14) und der Einsatz (13) einen unbeschränkten Fließhohl raum benachbart zu der Nadel (18) bilden, und daß durch eine Feder (16) die Dichtung (14) in Richtung zu diesem Fließhohlraum hin beaufschlagt ist, wodurch die Dichtung in diesen Fließhohlraum während des Betriebs hineingedrückt wi rd.
10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (14) aus einem kalt-fließfähigen Material besteht.
11. Dichtungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Abschnitt (34)'der Außenfläche der Dichtung (14) im Abstand von der Innenfläche (24) des Einsatzes (13) angeordnet ist und zwischen beiden ein Entlastungsraum gebildet ist.
12. Dichtungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (14) in dem Einsatz (13) aufgenommen ist und daß das Ende (27) der Dichtung im wesentlichen senkrecht zur Längsachse (31) der Nadel (18) verläuft.