DE4338162A1

DE4338162A1 - Stopfbuchsverbindung

Info

Publication number: DE4338162A1
Application number: DE19934338162
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Kaestner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-11-02
Filing date: 1993-11-02
Publication date: 1995-05-04

Description

Die Erfindung betrifft eine Stopfbuchsverbindung, mindestens einen Dichtring aufweisend, der aus einem Metall-Werkstoff-Verbund besteht und beispielswei se als Kammerungsring in der Stopfbuchsverbindung eingesetzt wird.

Stopfbuchsverbindungen bestehen aus einer Vielzahl von Packungsringen, die sich einerseits am Dichtungsgehäuse und andererseits an einer bewegten Welle oder Stange dichtend anlegen, wobei mindestens ein Packungsring als Kamme rungsring ausgeführt ist.

Als Kammerungsringe für Stopfbuchspartien sind Graphitlamellen-Dichtringe bekannt, die aus in abwechselnder Folge aufeinandergestapelten Folienring scheiben aus Metall, insbesondere Edelstahl und Graphit, bestehen. So wird beispielsweise in der DE-OS 37 21 967 eine aus mehreren Packungsringen bestehende Stopfbuchsdichtung gezeigt, bei der mindestens einer der Packungsringe als Laminatring ausgeführt und aus geschichteten Ringscheiben aus einer Folie und expandiertem Graphit gepreßt ist. Ferner ist gemäß DE-OS 38 39 792 ein Stopfbuchs-Dichtungsring für die Abdichtung an axial bewegten Stangen oder rotierenden Wellen bekannt, bei dem die Folienscheiben einen unebenen Radialquerschnitt besitzen und in expandiertes Graphit eingelagert sind. Dadurch ist sein radialer Ringquerschnitt insgesamt durch axiale Kräfte veränderbar, so daß der Dichtring unabhängig von Fertigungstoleranzen auf funktionssichere Dichtweiten eingestellt sowie bei Verschleiß der sich bewegen den Bauteile nachgestellt werden kann. Die Profilierung der Folienscheiben gewährleistet ferner einen festen Verbund der Graphitlamellen mit den Metall folien. Der gleiche Effekt wird dadurch erreicht, daß aus der Metallfolie kleine Zungen, die an mindestens einer Seite noch mit der Folie verbunden sind, her ausgedrückt werden (DE U1 Gebrauchsmuster 89 15 328).

Nachteilig ist allerdings, daß die Stopfbuchsverbindungen relativ schnell ermü den, dadurch undicht werden und nachgestellt werden müssen. Zum Nachstel len des radialen Ringquerschnitts sind an der Stopfbuchsverbindung zusätzliche Nachstelleinrichtungen vorgesehen.

Ziel der Erfindung ist es, eine Stopfbuchsverbindung zu schaffen, die eine höhere Lebensdauer besitzt. Hierbei soll ein vorschnelles Ermüden der Stopf buchsverbindung vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die metallische Kompo nente des aus einem Metall-Werkstoff-Verbund bestehenden Dichtringes als Druckfeder ausgebildet ist, so daß der Dichtring in axialer Richtung elastisch verformbar ist.

Die metallische Komponente kann aus gebogenem oder profiliertem Material, ähnlich einem Federring, einer Feder- oder Zahnscheibe bestehen. Es ist aber auch möglich, die metallische Komponente als Strukturmetalleinlage auszubil den. Zur Erhöhung der Elastizität können die jeweils benachbarten Strukturme talleinlagen um einen bestimmten Winkel versetzt zueinander geschichtet sein. Als Dichtungsmaterial befindet sich zwischen den metallischen Komponenten Graphit. Es können aber auch andere Dichtungsmaterialien, wie z. B. PTFE, ver wendet werden. Dabei ist es unerheblich, ob der Dichtring als vorgepreßter bzw. verklebter Massivring oder als loser Verbund aus Einzelkreisringscheiben beste hend, die erst bei der Montage untereinander verpreßt werden, verbaut wird.

Ein in dieser Weise abwechselnd aus Weichstoffkreisringscheiben und profilier ten bzw. Strukturmetallringscheiben ausgebildeter Packungsring besitzt eine sehr hohe Scherfestigkeit und gewährleistet ein gutes Federverhalten der Stopf buchsverbindung. Das bedeutet, daß sich die Stopfbuchsverbindung bei Ermü dung selbst nachstellt und dadurch Relaxationserscheinungen selbständig ent gegenwirkt. Das eben beschriebene Rückfederverhalten ist dem einer Feder säule mit unterschiedlicher Tellerfederdicke vergleichbar. Gerade diese, für die Sicherheit von Stopfbuchsverbindungen gegen Undichtigkeiten wesentliche Eigenschaft wird von Anlagenbetreibern immer häufiger gefordert. Bisher wurde dieser Forderung durch die Anordnung zusätzlicher nachstellbarer Federsäulen entsprochen. Dabei handelt es sich um relativ aufwendige und teuere Konstruk tionen, die nunmehr durch Verwendung der erfindungsgemäßen Stopfbuchsver bindung bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen entfallen können.

Nachfolgend soll die Wirkungsweise der Erfindung am Beispiel eines Dichtrin ges mit gereckter Strukturmetalleinlage erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Dichtringes einer Stopfbuchsver bindung,

Fig. 2 die Darstellung des Versatzes der Strukturmetalleinlagen des Dichtringes,

Fig. 3 einen gefertigten Dichtring im vorverdichteten Zustand,

Fig. 4 den Dichtring unter Belastung und

Fig. 5 den Prinzipaufbau einer Stopfbuchsverbindung.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen, besteht der Dichtring im vorliegenden Beispiel aus abwechselnd geschichteten Strukturmetallkreisringscheiben 1, Reingraphitkreis ringscheiben 2 und jeweils zu den Strukturmetallkreisringscheiben 1 benachbar ten Strukturmetallkreisringscheiben 3, die bezüglich ihrer Hauptverformungsrich tung, im vorliegenden Beispiel bezüglich ihrer gereckten Ebene, um 90° zu ihren benachbarten Strukturmetallkreisringscheiben 1 versetzt angeordnet sind. Die Hauptverformungsrichtung der Strukturmetallkreisringscheibe 1 und 3 sind für einen kleinen Ausschnitt dx in Fig. 2 durch Pfeile dargestellt.

Die Strukturmetallkreisringscheiben 1 und 3 werden vorteilhafterweise aus einer strukturierten Metallplatte ausgestanzt. Nach dem Ausstanzen erfahren diese Strukturmetallkreisringscheiben 1 und 3 infolge des sich neu einstellenden Span nungszustandes Verwerfungen in der Senkrechten zur gereckten Ebene. Diese Verwerfungen sind gewollt und aus Fig. 3 erkennbar. In ihrer gegensätzlich gewölbten Anordnung sind sie mit einer speziellen Tellerfederanordnung ver gleichbar.

Die Bestandteile des Dichtringes sind verdichtet und bilden einen festen Ver bund, wobei die Reingraphitringscheiben 2 in die Zwischenräume der Struktur metallkreisringscheiben 1 bzw. 3 eingedrungen sind, die Strukturmetallkreisring scheiben 1, 3 jedoch nicht verformt wurden.

Der in Fig. 3 dargestellte Dichtring besteht aus insgesamt elf Schichten, d. h. aus drei Strukturmetallkreisringscheiben 1, deren Streckrichtung parallel, und zwei Strukturmetallkreisringscheiben 3, deren Streckrichtung senkrecht zur Darstel lungsebene verläuft. Zwischen den Strukturmetallkreisringscheiben 1 und 3 befindet sich jeweils eine Reingraphitringscheibe 2. Deckschicht 4 sowie Unter schicht 5 bestehen ebenfalls aus Reingraphit.

Erfährt der so aufgebaute Dichtring im Einbauzustand eine Belastung F, so wer den, wie aus der linken Ansicht der Fig. 4 ersichtlich, die Verwerfungen der Struk turmetallkreisringscheiben 1 und 3 abgeplattet. Die nichtmetallischen Dichtungs scheiben, im vorliegenden Beispiel die Reingraphitringscheibe 2, drücken sich weiter in die Zwischenräume der Strukturmetallkreisringscheiben 1 und 3 ein. Bei weiterer Zunahme der Belastung F federn dann schließlich auch die aus der Ebene hervortretenden Strukturelemente der Strukturmetallkreisringscheiben 1 und 3 in die ihnen gegenüberliegenden Fehlstellen der jeweils benachbarten Strukturmetallkreisringscheiben 1 bzw. 3 ein.

Fig. 5 zeigt den Prinzipaufbau einer erfindungsgemäßen Stopfbuchsverbindung mit zwei Dichtringen 6, zwischen denen ein Packungsring 7 eingekammert ist. Geht die Belastung F durch Spannungsrelaxation des Packungsringes 7 verlo ren, so wird, wie die rechte Ansicht der Fig. 4 zeigt, in gleichem Maße die Rück federung aus der elastischen Verformung der Strukturmetallkreisringscheiben 1 bzw. 3 wirksam und dadurch die Entlastung kompensiert. Der Betrag der Rückfe derung ist mit Δs gekennzeichnet.

Die Dichtungsringe 6 verlieren auch bei hohen Beanspruchungen der Stopf buchsverbindung ihre elastischen Eigenschaften nicht, da beim gegenseitigen Einfedern der Strukturmetallkreisringscheiben 3 in die Zwischenräume der benachbarten Strukturmetallkreisringscheiben 1 aufgrund der sehr kurzen Bie gelängen plastische Verformungen weitestgehend ausgeschlossen sind.

Claims

1. Stopfbuchsverbindung, mindestens einen Dichtring aufweisend, der aus einem Metall-Werkstoff-Verbund besteht, gekennzeichnet dadurch, daß die metallische Komponente als Druckfeder ausgebildet ist.

2. Stopfbuchsverbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die metallische Komponente aus gebogenen, profilierten oder Struktur metalleinlagen besteht.

3. Stopfbuchsverbindung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die jeweils benachbarten metallischen Komponenten um einen bestimm ten Winkel versetzt zueinander geschichtet sind.