DE3907103A1 - Abgedichtete durchfuehrung einer welle durch eine lagerausnehmung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine abgedichtete Durchführung einer Welle durch eine Lagerausnehmung, die sich durch eine Bereiche unterschiedlicher Drücke trennende Gehäusewand hindurch erstreckt, mit einer die Welle umschließenden und in einer konzentrisch zur Lagerausnehmung angeordneten Ringkammer aufge­ nommenen Dichtungsbuchse, die von ebenfalls in der Ringkammer aufgenommenen Federmitteln umschlossen und radial an die Welle angepreßt ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine abgedichtete Schalt­ wellendurchführung bei einem Kugelhahn.

Abgedichtete Wellendurchführungen dieser Art sind beispielsweise bei Armaturen bekannt, um die für die Übertragung von Dreh- oder Schwenkbewegungen auf innere Absperrorgane der Armaturen notwendigen Schaltwellen im Bereich ihrer Gehäusedurchführungen gegen Innendruck abzudichten.

Bei einer bekannten - druckschriftlich nicht belegbaren - Schaltwellendurchführung eines Kugelhahns ist innerhalb einer Ringkammer im Bereich einer sich durch eine Wand des Kugelhahngehäuses hindurch erstreckenden und die Schaltwelle drehbar, aber axialfest aufnehmenden Lager­ ausnehmung eine die Schaltwelle umschließende Dichtungs­ buchse aus polymeren Materialien angeordnet, die ihrer­ seits von einem als Federmittel in die Ringkammer einge­ preßten O-Ring aus Gummi oder einem anderen inkompressiblen Material umschlossen ist und dadurch an die Schaltwelle angepreßt wird.

Bei Schaltwellendurchführungen dieser Art hat sich gezeigt, daß an den Dichtungsbuchsen betriebsbedingt auftretender Verschleiß sehr schnell Undichtigkeiten nach sich zieht. Dies beruht darauf, daß angesichts der Inkompressibilität des O-Ring-Materials durch den Verschleiß nach und nach fortschreitend die An­ pressung der Dichtungsbuchse an die zugeordnete Welle gemindert wird. Insoweit hat sich die vorbekannte Schaltwellendurchführung insbesondere dann als un­ zulänglich erwiesen, wenn gegen sehr hohe Drücke abgedichtet werden muß.

Bei einer anderen vorbekannten Schaltwellendurch­ führung, die in der DE-PS 19 08 074 beschrieben ist, ist innerhalb einer Ringkammer eine die Schaltwelle umschließende Dichtungsbuchse mit einem mit der Welle zusammenwirkenden inneren Dichtungsumfang und einem die Abdichtung gegenüber einem Gehäuse vermittelnden äußeren Dichtungsbereich angeordnet. Den äußeren Dich­ tungsbereich bildet ein axial an einer Gehäuseschulter auf der von der Druckbeaufschlagungsseite abgewandten Seite angepreßter Radialflansch der Dichtungsbuchse, hingegen den die Abdichtung gegenüber der Welle ver­ mittelnden inneren Dichtungsumfang die der Druckbe­ aufschlagung zugewandte Seite eines die Welle im Be­ reich des axial mit der Gehäuseschulter verspannten Radialflanschs praktisch ohne Spalt umschließenden Abschnitts der Dichtungsbuchse.

Naturgemäß kommt es bei derartigen Wellendurchfüh­ rungen in den Ringspalten zwischen der Welle und der Dichtungsbuchse einerseits und zwischen letzterer und der diese aufnehmenden Ringkammer des Gehäuses andererseits zu einem Druckaufbau, der allerdings mit dem Abstand von der Druckbeaufschlagungsseite abnimmt. Voraussetzung für eine wirksame Abdichtung ist, daß der Dichtungsbereich zwischen der Gehäuse­ schulter und dem an diese angepreßten Radialflansch der Dichtungsbuchse einen größeren Abstand von der Beaufschlagungsseite hat als der zwischen der Welle und der Dichtungsbuchse wirksame innere Dichtungsum­ fang, weil nur dann die außenseitige Beaufschlagungs­ fläche der Dichtungsbuchse gegenüber deren innen­ seitiger Beaufschlagungsfläche überwiegt und die An­ pressung der Dichtungsbuchse an die Welle gewähr­ leistet ist.

In Abhängigkeit von betriebsbedingtem Verschleiß der Dichtungsbuchse kann es jedoch dazu kommen, daß der innere Dichtungsumfang eine von der Beaufschlagungs­ seite wegweisende allmähliche Axialverschiebung er­ fährt mit der Folge, daß die Dichtwirkung mehr und mehr nachläßt und schließlich dann weitgehend ver­ lorengeht, wenn der innere Dichtungsumfang von der Beaufschlagungsseite weg über den äußeren Dichtungs­ bereich hinauswandert.

Angesichts dieser Unzulänglichkeit des Standes der Technik besteht die Zielsetzung der Erfindung darin, eine abgedichtete Wellendurchführung zu schaffen, bei der auch noch nach großer Betriebsdauer eine wirksame Abdichtung gewährleistet ist und letztere weitgehend unabhängig von betriebsbedingtem Verschleiß der Dichtungsbuchse erhalten bleibt.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Stande der Technik ist die Erfindungsaufgabe dadurch gelöst, daß bei der abgedichteten Wellendurchführung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 als Federmittel ein unter der Wirkung einer axialen Vorspannkraft radial zwischen einer äußeren Ringkammerwand und der Dichtungsbuchse verspannter Federring aus expan­ diertem Reingrafit dient.

Betriebsbedingter Verschleiß der Dichtungsbuchse be­ wirkt notwendig eine Volumenvergrößerung des das Federmittel aufnehmenden Raumes innerhalb der Ringkammer. Da inkompressible Materialien sich einer Volumenände­ rung nicht anzupassen vermögen, führt derartiger Ver­ schleiß bei einem in eine Ringkammer eingepreßten O-Ring nach und nach fortschreitend zum Wegfall der durch die Einpressung erzeugten Vorspannung mit der Folge, daß die ursprünglich wirksame Anpreßkraft eben­ falls nach und nach abnimmt bis hin zum völligen Wegfall.

Federringe aus expandiertem Reingrafit hingegen sind in solchem Maße kompressibel, daß sie innerhalb der ver­ schleißbedingt möglichen Volumenvergrößerung ihres Auf­ nahmeraumes einer derartigen Volumenvergrößerung folgen können und die durch eine axiale Vorspannkraft erzeugte radiale Verspannung des Federringes zwischen der Dich­ tungsbuchse und einer äußeren Ringkammerwand praktisch unverändert bleibt. Demgemäß bleibt auch unabhängig von auftretendem Verschleiß die erfindungsgemäße Abdichtung praktisch unverändert wirksam.

Die erfindungsgemäße Wellendurchführung mit einem Feder­ ring aus expandiertem Reingrafit als Federmittel eignet sich insbesondere für abgedichtete Wellendurchführungen im Hoch- und Höchstdruckbereich. Dabei kann gegen um so höhere Drücke wirksam und dauerhaft abgedichtet werden, je höher die Dichte der Reingrafitpackung ist.

Derartige Federringe werden durch spiraliges Aufwickeln dünner Bänder aus expandiertem Reingrafit auf einen dem jeweils gewünschten Ringinnendurchmesser entsprechenden Dorn und axiales Verpressen der Wickelkörper hergestellt. Durch das Ausmaß der axialen Verpressung, die mit einer entsprechenden Minderung des Ausgangsvolumens der Wickel­ körper einhergeht, ist eine unproblematische Anpassung an den jeweiligen Druckbereich des vorgesehenen Einsatzfalles möglich. Bei Federringen aus expandiertem Reingrafit für extrem hohe Drücke kommen durchaus Verpressungen der Wickel­ körper bis zur Hälfte ihrer Ausgangsvolumina in Betracht.

Gemäß einer AusgestaItung der Erfindung kann der Federring aus expandiertem Reingrafit unmittelbar an der äußeren Ringkammerwand anliegen und dort sta­ tisch abdichten, während die radiale Anpressung der Dichtungsbuchse an der Welle eine statische und dy­ namische Abdichtung vermittelt.

Eine dazu alternative Ausgestaltung sieht vor, daß ein - an einer Stirnseite - offenes Dichtungsprofil als Dichtungsbuchse mit jeweils einem Schenkel von dem Federring aus expandiertem Reingrafit an die Welle und die äußere Ringkammerwand gepreßt und dadurch eine statische und dynamische Abdichtung an der Welle und der Ringkammerwand erzielt wird.

Neben den vorstehend dargelegten Vorteilen der Erfindung zeichnen sich Federringe aus expandiertem Reingrafit auch durch hohe Beständigkeit gegenüber aggressiven Substanzen aus.

Anhand der beigefügten Zeichnung sollen nachstehend einige Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden. In schematischen Halbschnittansichten zeigen:

Fig. 1 eine Schaltwellendurchführung eines nicht weiter dargestellten Kugelhahns mit einer L-förmiges Profil aufweisenden Dichtungs­ buchse,

Fig. 2 eine Schaltwellendurchführung mit gegenüber Fig. 1 abgewandelter Ausführung der Dichtungs­ buchse und des Federrings,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit einer Dichtungs­ buchse in Form eines an einer Stirnseite offenen U-Profils und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Dichtungsbuchse in Form eines radial außen­ seitig offenen Profils.

Bei der gezeigten Schaltwellendurchführung 10 erstreckt sich in einer Lagerausnehmung 11 eines nur angedeuteten Kugelhahn-Gehäuses 12 eine drehbar gelagerte Schalt­ welle 13 vom Inneren des Gehäuses nach außen fort. Diese Schaltwelle, die der Betätigung eines Absperrorgans des - im übrigen nicht gezeigten - Kugelhahns zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungslage dient, ist in ebenfalls nicht dargestellter und im einzelnen hier auch nicht interessierender Weise drehbar, aber axialfest ge­ lagert und durch geeignete Mittel mit dem erwähnten Ab­ sperrorgan drehfest gekuppelt.

Geführt ist die Schaltwelle 13 mittels einer in der Lager­ ausnehmung 11 aufgenommenen Lagerbuchse 14, die in der Zeichnung nur angedeutet ist. Auf der vom Gehäuseinneren 15 abgewandten Seite der Lagerbuchse ist koaxial zu dieser eine Ringkammer 16 in das Kugelhahn-Gehäuse 12 eingedreht, die auf der zum Gehäuseinneren 15 hinweisenden Seite von einer sich radial erstreckenden Schulter 17 abgeschlossen ist. In dieser Ringkammer ist eine in ihrer Gesamtheit mit 18 bezeichnete Dichtungsanordnung aufgenommen.

Diese Dichtungsanordnung umfaßt eine die Schaltwelle 13 koaxial zur Lagerbuchse 14 eng umschließende Dichtungs­ buchse 20 mit einem sich auf der vom Gehäuseinneren 15 abgewandten Seite nach außen erstreckenden Radial­ flansch 21, der sich bis an die außenseitige Begrenzung der die Ringkammer 16 bildenden Eindrehung im Gehäuse heran­ erstreckt. Außenseitig ist die Dichtungsbuchse 20 von einem in der Ringkammer 16 aufgenommenen Federring 22 aus expandiertem Reingrafit umschlossen, der sich zwi­ schen der die Ringkammer auf der zum Gehäuseinneren hinweisenden Seite begrenzenden Schulter 17 und dem Radialflansch 21 der Dichtungsbuchse 20 erstreckt.

Auf der vom Gehäuseinneren 15 abgewandten Seite der Dichtungsbuchse 20 ist koaxial zu dieser ein Druck­ ring 24 angeordnet, der unter axialer Vorspannung an dem Radialflansch 21 der Dichtungsbuchse 20 anliegt und somit den aus expandiertem Reingrafit bestehenden Federring 22 zwischen dem genannten Radialflansch 21 und der axial davon entfernten Schulter 17 der Ring­ kammer 16 verspannt. Dies hat zur Folge, daß die Dich­ tungsbuchse 20 radial an die Schaltwelle angepreßt und dadurch eine statische und dynamische Abdichtung im Bereich der Welle erreicht wird, was bei 25 an­ gedeutet ist. Zwischen der die Schaltwelle 13 eng umschließenden Dichtungsbuchse 20 und dem Federring 22 einerseits und zwischen letzterem und der die Ringkammer 16 radial außenseitig begrenzenden Ring­ kammerwand andererseits wird infolge der durch Axial­ kraftbeaufschlagung bewirkten Radialverspannung des Federrings 22 jeweils eine statische Abdichtung er­ reicht, was in Fig. 1 bei 26 und 27 angedeutet ist.

Im Bereich der Lagerausnehmung ist außenseitig auf das Gehäuse 12 ein nur angedeuteter Lagerdeckel 30 aufge­ setzt und in nicht dargestellter Weise fest, aber lös­ bar, mit dem Gehäuse verbunden, beispielsweise ver­ schraubt. Der Lagerdeckel 30 besitzt eine mit der La­ gerausnehmung 11 des Gehäuses fluchtende Durchgangs­ bohrung und eine zu der Ringkammer 16 im Gehäuse koaxiale Eindrehung 31, in der ein sich nach außen forterstrec­ kender Flanschteil 32 des über dem Radialflansch 21 der Dichtungsbuchse 20 auf den Federring 22 wirkenden Druckringes 24 mit axialem Spiel gegenüber der dem Lagerdeckel zugewandten Kontaktfläche 33 des Gehäuses 12 aufgenommen ist.

In Fig. 2 sind für gleiche Teile wie in Fig. 1 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Bei dieser Ausfüh­ rungsform unterscheidet sich die Dichtungsanordnung insofern von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, als die Dichtungsbuchse 20′ und in Anpassung an diese der Federring 22′ aus expandiertem Reingrafit abge­ wandelt sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist außenseitig an den Radialflansch 21′ ein sich kon­ zentrisch um den die Schaltwelle 13 umschließenden Abschnitt der Dichtungsbuchse herum und in Richtung zum Gehäuseinneren 15 hin erstreckender Ringbund 34 angeordnet. Der in der Ringkammer 16 aufgenommene Federring 22′ ist im Bereich des Ringbundes 34 mit einer diesem angepaßten umlaufenden Ringnut versehen.

In funktionaler Hinsicht ist die Ausführungsform nach Fig. 2 gleichwirkend mit der Ausführungsform nach Fig. 1. Angesichts der Aufbringung einer axialen Vorspannkraft auf den Federring 22′ erfährt dieser eine radiale Verspannung und vermittelt bei 25 eine statische und dynamische Abdichtung zwischen der Dichtungs­ buchse 20′ und der Schaltwelle 13, während bei 27 zwischen dem Gehäuse 12 und dem Federring 22′ und zwischen letzterem und der Dichtungsbuchse bei 26 statische Abdichtung erfolgt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Dichtungs­ buchse 40 der Dichtungsanordnung als zu der stirnsei­ tigen Gehäuseschulter 17 stirnseitig offenes U-Profil ausgeführt, in dem der Federring 42 aus Reingrafit auf­ genommen ist. Infolge der durch Axialkraftbeaufschla­ gung des Federringes bewirkten Radialverspannung findet somit eine statische und dynamische Abdichtung bei 43, 44 im Bereich der Welle 13 und des Gehäuses 12 statt.

Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist eine Dichtungsbuchse 40′ in Form eines U-förmigen Profils eingesetzt, das jedoch mit seinem Steg die Schalt­ welle 13 eng umschließt und zwischen den sich im Abstand voneinander radial erstreckenden Schenkeln den Federring 42′ aus expandiertem Reingrafit aufnimmt. Wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist infolge Axialkraftbeaufschlagung der Federring radial zwischen dem Gehäuse 12 und dem die Schaltwelle 13 umschließenden Abschnitt der Dichtungsbuchse 40 ra­ dial verspannt, wodurch zwischen Gehäuse und Feder­ ring bei 44′ eine statische und zwischen Dichtungs­ buchse und Schaltwelle bei 43′ eine statische und dynamische Abdichtung verwirklicht ist.

Claims (3)

1. Abgedichtete Durchführung einer Welle durch eine Lagerausnehmung, die sich durch eine Bereiche unter­ schiedlicher Drücke trennende Gehäusewand hindurch erstreckt, mit einer die Welle umschließenden und in einer konzentrisch zur Lagerausnehmung angeordneten Ringkammer aufgenommenen Dichtungsbuchse, die von ebenfalls in der Ringkammer aufgenommenen Federmitteln umschlossen und radial an die Welle angepreßt ist, insbesondere abgedichtete Schaltwellendurchführung eines Kugelhahns, dadurch gekennzeichnet, daß als Federmittel ein unter der Wirkung einer axialen Vorspannkraft radial zwischen einer die Ringkammer (16) radial außen begrenzenden Gehäusewand und der Dichtungs­ buchse (20, 20′; 40, 40′) verspannter Federring (22, 22′; 42, 42′) aus expandiertem Reingrafit dient.

2. Wellendurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Federring (22, 22′, 42′) aus expandier­ tem Reingrafit unmittelbar an der die Ringkammer (16) radial begrenzenden Gehäusewand anliegt und dort statisch abdichtet, während die radiale Anpressung der Dichtungsbuchse (20, 20′, 42′) an die Welle (13) eine statische und dynamische Abdichtung vermittelt.

3. Wellendurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein - an einer Stirnseite - offenes Dich­ tungsprofil als Dichtungsbuchse (40) mit jeweils einem Schenkel von dem Federring (42) aus expandiertem Rein­ grafit an die Welle (13) und die äußere Ringkammerwand gepreßt und dadurch eine statische und dynamische Ab­ dichtung an der Welle und der Ringkammerwand erzielt wird.