DE4125647A1 - Stopfbuechsdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Stopfbüchsdichtungen zur Abdichtung zwischen einer Gehäusebohrung und einer in dieser angeordneten, schwenk- oder drehbaren Welle, mit Blähgraphit od. dgl. ent­ haltenden Packungsringen, die mit Außen- und Innenmantel an der Gehäusebohrung bzw. an der Welle dichtend anliegen. Solche Dichtungen finden vielfach Anwendung, insbesondere bei Armaturen an drehbaren und gegebenenfalls zusätzlich axial bewegten Betätigungsspindeln. Da Blähgraphit bei relativ geringer Festigkeit ein großes Adhäsionsvermögen aufweist, besteht die Gefahr, daß Graphitteilchen an der Gegenfläche, z. B. Betätigungsspindel haften bleiben und bei weiterer Drehbewegung den gleitend zusammenwirkenden Mantel des Packungsrings beschädigen; dies gilt auch für andere Weichstoffe großer Adhäsion und geringer Festigkeit. Bei normalen Anwendungen ergeben sich aber zumeist keine Probleme, wohl aber dort, wo besondere Dichtheiten ge­ fordert sind. Insbesondere beim Umweltschutz muß der Austritt von giftigen Medien in die Atmosphäre sicher unterbunden werden. Dabei sind Faltenbälge nicht in allen Fällen an­ wendbar, abgesehen davon, daß bei Brüchen dann plötzlich große Undichtheiten auftreten können.

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, Stopf­ büchsdichtungen der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß eine hohe Dichtheit über eine lange Lebens­ dauer sicher gewährleistet ist.

Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß an dem mit der Gegenfläche gleitend zusammenwirkenden Mantel jedes Packungsrings eine oder mehrere über den Umfang verteilte, auf die Gegenfläche einwirkende Abstreif­ einrichtungen vorgesehen sind, welche die während einer Doppelschwenkung oder einer vollen Drehung vom Packungs­ ring überstrichene Fläche mindestens einmal abstreifend beaufschlagen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß gegebenenfalls an der Gegenfläche haftende Graphitteilchen durch die Abstreifeinrichtungen losgelöst werden, worauf sie sich wieder an der Mantelfläche der Packungsringe absetzen. Dabei reicht eine Abstreifung während einer vollen Drehung bzw. Doppelschwenkung, d. h. einer Hin- und Her­ schwenkung aus, um hohe Dichtheiten lange aufrechtzu­ erhalten.

Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß in jedem Packungsring mehrere, am Umfang verteilte Abstreifeinrichtungen vorgesehen sind, deren gegenseitiger Winkelabstand nicht größer als der Verdrehwinkel der Welle ist.

Jede dieser Abstreifeinrichtungen wirkt also über den Dreh­ winkel der Welle, so daß mehrere Einrichtungen vorgesehen sein müssen, damit die gesamte zylindrische, vom Packungs­ ring überstrichene Gegenfläche der Welle abstreifend beauf­ schlagt wird.

Eine andere sehr günstige Ausführungsform besteht darin, daß der Packungsring eine Neigung gegen die Radialebene aufweist und an den beiden geneigten Stirnflächen je eine auf die Gegenfläche einwirkende ringförmige Abstreifeinrichtung vorge­ sehen ist. Dabei wird während einer Doppelschwenkung die vom Packungsring überstrichene Fläche zum Teil von der Abstreifeinrichtung der einen Stirnfläche und zum Teil von der Abstreifeinrichtung der anderen Stirnfläche abstreifend beaufschlagt, wobei die zulässige Dicke des Packungs­ rings von seiner Neigung gegen die Radialebene abhängt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind aus den Patentansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert.

In Fig. 1 ist ein Packungsring einer erfindungsgemäßen Stopfbüchsdichtung im Grundriß und im Aufrißschnitt darge­ stellt, die Fig. 2 zeigt eine Stopfbüchspackung nach der Erfindung mit einem eine Neigung gegen die Radialebene aufweisenden Packungsring, wobei in Fig. 3 die dabei auftretenden Berührungsverhältnisse an der schwenkbaren Welle dargestellt sind.

Der in Fig. 1 dargestellte Packungsring 1 für eine Stopf­ büchsdichtung nach der Erfindung besteht aus Blähgraphitpulver, das in einer Preßform bis zu einer Dichte von 1,8 g/cm² verpreßt worden ist.

In diesen sind von den Stirnflächen 6, 7 aus radial und axial verlaufende, aus PTFE bestehende Abstreifleisten 2 bzw. 3 eingesetzt, die vom Innenmantel 5 bis zum Außenmantel 4 des Rings 1 verlaufen und also im eingebauten Zustand nicht in Radialrichtung verschoben werden können. Für den Fall, daß dieser Ring mit dem Außenmantel 4 dichtend in eine Gehäusebohrung eingesetzt ist und mit dem Innenmantel 5 mit der Gegenfläche einer schwenkbaren Welle gleitend zusammenwirkt, bilden die inneren Stirnflächen 2′, 3′ der Abstreifleisten 2, 3 Ab­ streifkanten. Diese streifen bei Verdrehung der Welle die an dieser haftenden Graphitteilchen ab, die sich dann wieder im Innenmantel einnisten.

Der dargestellte erfindungsgemäße Packungsring ist für eine Verschwenkung der Welle um 90° ausgebildet. Hierzu sind die je von einer Stirnfläche 6 oder 7 des Rings 1 aus einge­ setzten Abstreifleisten 2 bzw. 3 mit einer gegenseitigen Versetzung von 90° angeordnet. Die von der jeweils anderen Stirnfläche 7 bzw. 6 in den Ring hineinragenden Abstreif­ leisten 3 bzw. 2 weisen die gleiche Dimension auf, sind aber um 45° gegen die von der anderen Stirnfläche 6 bzw. 7 hinein­ ragenden Abstreifleisten 2 bzw. 3 versetzt, so daß kein eine Undichtheit bewirkender Schleichweg längs der Abstreif­ kanten möglich ist. Dabei übersteigt die Breite der Abstreif­ leisten 2, 3 die halbe Dicke des Rings, so daß eine Überdeckung der Abstreifbereiche gegeben ist. Bei einer Schwenkung um 90° wird die gesamte während einer Doppelschwenkung vom Ring überstrichene zylindrische Gegenfläche sowohl bei der Schwenkung in einer Richtung als auch bei der Gegenschwenkung von den Abstreifleisten 2, 3 abstreifend beaufschlagt.

Die Stirnflächen 6, 7 sind mit Ringscheiben 8, 9 aus PTFE abge­ deckt, wodurch die Abstreifleisten 2, 3 sicher positioniert sind und gegebenenfalls eine zusätzliche Abdichtung gegen Blähgraphit etwas durchdringende Medien erfolgt. Die Ringscheiben und die zugeordneten Abstreifleisten könnten auch einstückig aus einem gleitfähigen Werkstoff ausgebildet sein, z. B. als Spritz­ teil aus FEP. Im Vergleichsversuch (Helium-Lecktest, kalt) zwischen einem normalen Blähgraphit-Packungsring (mit PTFE-Ring­ scheiben abgedeckt) und einem erfindungsgemäßen Packungsring gleicher Dimension (70×50×12 mm) und gleicher Graphitdichte ergaben sich bei einer Druck­ differenz von 40 bar an der Niederdruckseite folgende Undicht­ heiten:

Bei der normalen Dichtung sind also die Undichtheiten bedeutend angestiegen und zwar soweit, daß giftige Gase sicher nicht mehr genügend abgedichtet wären. Außerdem fiel das Betätigungsmoment im drucklosen Zustand bei der normalen Dichtung von 100 Nm auf 15 Nm, bedingt durch den auf­ tretenden Abrieb, der sich auch durch eine Vertiefung des Innenmantels anzeigte. Bei der erfindungsgemäßen Dichtung verminderte sich das Drehmoment nur von 85 auf 45 Nm, was auf die Schmierwirkung des PTFE zurückzuführen ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Stopfbüchsabdichtung weist einen gegen die Radialebene der abzudichtenden schwenk­ baren Welle 10 um den Winkel α geneigten Packungsring 11 auf. An den Stirnflächen dieses aus Blähgraphit bestehenden Packungs­ ringes 11 sind Ringscheiben 12, 13 aus PTFE vorge­ sehen, die gemeinsam zylindrisch ausgebildete, koaxial zur Welle verlaufende Außen- und Innenmäntel bilden, die an der Gehäusebohrung 16 bzw. der Welle 10 dichtend anliegen. Der Packungsring 11 samt Ringscheiben 12, 13 ist zwischen zwei analog geneigte Schrägflächen aufweisenden Packungs­ ringen 14, 15 in der Gehäusebohrung gelagert und über eine Stopfbüchsbrille 17 nachspannbar.

Die Berühungsverhältnisse zwischen Welle 10 und Packungs­ ring 11 sind aus Fig. 3 entnehmbar. Die beiden Ringscheiben 12, 13 berühren mit ihrem Innenmantel die Oberfläche der Welle in der Abwicklung in Form von Sinuslinien 12′, 13′, wobei der zwischen den beiden Sinuslinien bzw. verlaufende Streifen die vom Packungsring 11 berührte Fläche darstellt.

Nach einer Verschwenkung der Welle 10 im Uhrzeigersinn um 90° bildet sich die Berührungsfläche des Packungsrings auf der abgewickelten Wellenoberfläche zwischen den Linien 12′′, 13′′ ab. Die sich so ergebende Außenbegrenzung der bei der Schwenkung vom Packungsring überstrichenen Berührungsfläche ist in Fig. 3 als dicke Linie 20 dargestellt. Die Ringscheiben 12, 13 aus PTFE wirken mit Abschnitten ihrer Innenmäntel als Abstreif­ einrichtungen, weil der in Bewegungsrichtung der Wellen­ oberfläche jeweils hintere Mantelflächeabschnit der Ringscheiben die auf der Wellenoberfläche haftenden Teilchen abstreift. Die bei der Verschwenkung der Welle im Uhrzeigersinn sich in der Abwicklung darstellenden Verhältnisse sind unter I dargestellt, wobei die schraffierten Flächen die von den Mantelflächenabschnitten abstreifend beaufschlagten Flächen darstellen. Unter II sind dann die Verhältnisse bei der Rück­ schwenkung um 90° dargestellt und unter III sind als Summe von I und II die während der Doppelschwenkung vom Packungsring 11 überstrichenen und mindestens einmal abstreifend beaufschlagten Flächen schraffiert dargestellt. Bei der dargestellten Neigung und Dicke s des Packungsrings ergeben sich kleine Restflächen 21, die nicht abstreifend beaufschlagt werden. Wollte man diese vermeiden, so müßte die Dicke s des Packungsrings 11 kleiner oder gleich r(1-cos ^ϕ/₂) · tgα sein, wobei r der Wellenradius und ϕ der Schwenkwinkel ist.

Es hat sich aber herausgestellt, daß dies nicht unbedingt der Fall sein muß, und schon eine etwa doppelt so große Dicke des Packungsrings ausreichende Abdicht- und Ab­ streifverhältnisse ergibt. Eine weitere Verbesserung des Abdichtverhältnisses ergibt sich dann, wenn ein Paket aus zwei oder mehreren der in Fig. 2 dargestellten Packungs­ ringe vorgesehen wird.

Bei Verwendung von zwei übereinander angeordneten Packungs­ ringen, die - durch eine Ringscheibe getrennt und an den freien Stirnflächen durch Ringscheiben abgedeckt - ergeben sich bei einer Dicke s eines Packungsringes von 3,5 mm, α = 15° und sonst Fig. 1 entsprechenden Verhältnissen im Vergleichsversuch folgende Ergebnisse:

Dabei ist zu erwähnen, daß sich nach der vorstehenden Formel für eine vollständige Abstreifung ohne Rest­ flächen 21 eine zulässige Dicke von 1,96 mm ergibt, daß also der Packungsring mit fast doppelter Dicke noch sehr gut abdichtet.

Es zeigt sich also, daß sich auch bei Dreh- oder Schwenk­ bewegungen einer Welle in Gehäusen od. dgl. mit Bläh­ graphit od. dgl. enthaltenden Packungsringen sehr gute Dichtheiten erzielbar sind, wenn in der Stopfbuchsab­ dichtung nach der Erfindung Abstreifeinrichtungen in richtiger Anordnung vorgesehen sind; die gilt auch dann, wenn der Schwenk- oder Drehbewegung eine Axialbewegung überlagert ist.

Claims (10)

1. Stopfbüchsdichtung zum Abdichten zwischen einer Gehäusebohrung und einer in dieser angeordneten, schwenk- oder drehbaren Welle, mit Blähgraphit od. dgl. enthaltenden Packungsringen, die mit Außen- und Innenmantel an der Gehäusebohrung bzw. an der Welle dichtend anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß an dem mit der Gegenfläche gleitend zusammenwirkenden Mantel jedes Packungs­ rings eine oder mehrere, über den Umfang ver­ teilte, auf die Gegenfläche einwirkende Ab­ streifeinrichtungen vorgesehen sind, welche die während einer Doppelschwenkung oder einer vollen Drehung vom Packungsring überstrichene Fläche mindestens einmal abstreifend beauf­ schlagen.

2. Stopfbüchsdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in jedem Packungsring mehrere, am Umfang verteilte Abstreifeinrichtungen vorge­ sehen sind, deren gegenseitiger Winkelabstand nicht größer als der Verdrehwinkel der Welle ist.

3. Stopfbüchsdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Richtung der Achse oder geneigt hierzu verlaufende Abstreifeinrichtungen vorge­ sehen sind, deren Wirkung sich über die Dicke des Packungsrings erstrecken.

4. Stopfbüchsdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstreifeinrichtungen von jeder der beiden Stirnflächen des Packungsrings bis über die halbe Dicke des Packungsrings verlaufen und die je einer Stirnfläche zugeordnete Abstreifeinrichtungen zu jener der anderen Stirnfläche am Umfang ver­ setzt angeordnet sind.

5. Stopfbüchsdichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einer Stirnfläche zugeordneten Abstreifeinrichtungen mit einer diese Stirnfläche zumindest teilweise abdeckenden Ringscheibe einstückig ausgebildet bzw. in Verbindung sind.

6. Stopfbüchsdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Packungsring eine Neigung gegen die Radialebene aufweist und an den beiden geneigten Stirnflächen je eine auf die Gegen­ fläche einwirkende ringförmige Abstreifein­ richtung vorgesehen ist.

7. Stopfbüchsdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanten von auf den geneigten Stirnflächen des Packungsrings aufliegenden Ring­ scheiben als Abstreifeinrichtungen ausgebildet sind.

8. Stopfbüchsdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheiben die Stirnflächen des Packungs­ rings völlig abdecken.

9. Stopfbüchsdichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifeinrichtungen aus gleitfähigem Metall, z. B. Silber, bestehen.

10. Stopfbüchsdichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifeinrichtungen aus gleitfähigem Kunststoff, z. B. PTFE oder FEP, bestehen.