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Stopfbüchsendichtung für unter hohem Gasdruck stehende Apparate und
Maschinen Es ist bekannt, daß Stopfbüchsen gegen hohen Druck von Gasen, besonders
leichten Gasen, wie z. B. Wasserstoff, nicht völlig dicht zu bekommen sind.
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Bisher hat man diesen Übelstand dadurch zu beseitigen versucht, daß
man eine Sperrflüssigkeit vor die Stopfbüchse brachte. Die Anordnung wurde so getroffen,
daß die Sperrflüssigkeit einen Raum zwischen zwei Packungen vollständig ausfüllte.
Der Austritt der Sperrflüssigkeit nach der Seite, woher der Gasdruck kommt, wurde
durch die innere Packung und der Austritt der Flüssigkeit ins Freie durch die äußere
Packung verhindert. Die Sperrflüssigkeit sollte dann den engen Spalt zwischen der
Packung und der Welle bzw. Stange ausfüllen und vermöge ihrer Viskosität, wohl in
Verbindung mit kapillarer Wirkung, dem Gasdruck widerstehen. Der Raum zur Aufnahme
der Sperrflüssigkeit wurde allgemein so gebildet, daß in der langen, ungeteilten
Grundbüchse zwei Packungen durch eine Zwischenbüchse auseinandergehalten waren.
Die durch die Bewegung der Welle bzw. Stange in die Sperrflüssigkeit gelangenden
Gasblasen bleiben in der verhältnismäßig geringen Menge Flüssigkeit gemischt und
gelangen nicht nur in den Spalt zwischen Welle (Stange) und Packung, sondern auch
in den Spalt zwischen Packung und Grundbüchse, also nach dem äußeren Umfang der
Stopfbüchsenbrille und damit ins Freie. Besonders bei stehenden Stopfbüchsen steigen
Gasblasen vermöge ihrer Leichtigkeit nach oben zur äußeren Packung.
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Um die Abdichtung zu vervollkommnen; hat man Pumpen und Pressen angeordnet,
die die Sperrflüssigkeit unter einen wesentlich höheren Druck setzen, als dem Gasdruck
entspricht. Dadurch soll ein Durchtritt der Gasblasen nach dem Raum der Sperrflüssigkeit
überhaupt verhindert werden, weil die Sperrflüssigkeit vermöge ihres Überdruckes
durch die innere Packung tritt und den Eintritt des Gases in die Packung verhindert.
Werden solche Maschinen stillgesetzt, während der Gasdruck bestehen bleibt, so tritt
alsbald Gas ins Freie, weil die mit der Maschine verbundene Pumpe den Flüssigkeitsüberdruck
nicht mehr erzeugt.
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Obgleich alle derartigen Einrichtungen nicht völlig gasdicht waren,
hat man sich damit bisher geholfen. Bei Hochdruckapparaturen tritt hin und wieder
eine Gasblase heraus, die mit hörbarem Knacken die Ölhaut sprengt.
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Man hat auch vor die Kammer mit Sperrflüssigkeit zwischen zwei Packungen
nach der Seite des Gasdruckes hin noch eine zweite Kammer zwischen zwei Packungen
angeordnet, um durchtretende Gase teils abzusaugen, teils in einer durch die Kammer
gepumpten
Absorptionsflüssigkeit zu absorbieren bzw., soweit es
sich um Dämpfe handelt, sie zu kondensieren. Auf diese Weise verhütet man, daß das
Gas überhaupt in die Sperrflüssigkeit gelangt.
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Die Mißstände der bisherigen verwickelten und unvollkommenen Einrichtungen
werden durch die Stopfbüchsendichtung der vorliegenden Erfindung beseitigt.
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Diese Stopfbüchsendichtung besteht im wesentlichen aus einer Kammer,
die nur teilweise mit einer Sperrflüssigkeit. angefüllt ist, so daß die Zugänge
zu den beiden die Kammer abschließenden Packungen ständig unterhalb des Spiegels
der Sperrflüssigkeit liegen. Der Gasdruck wirkt dann auf den Flüssigkeitsspiegel.
Tritt innerhalb des Apparats oder der Maschine ein hoher Gasdruck auf, so entweicht
zunächst eine geringe Menge Gas an der Kolbenstange oder Welle entlang in die Dichtungsflüssigkeit
und steigt dort senkrecht auf dem kürzesten Wege über den Flüssigkeitsspiegel. Ist
nun der Gasdruck über dem Flüssigkeitsspiegel so groß geworden wie im Apparat, dann
treten keine Gasblasen in die Dichtungsflüssigkeit, weil dem Gasdruck ein Flüssigkeitsdruck
entgegenwirkt, der gleich dem Gasdruck ist vermehrt um den geringen hydrostatischen
Druck der Flüssigkeit Es ist hierbei wichtig, die Vorrichtung so auszubilden, daß
die Gasblasen einen möglichst kurzen, senkrechten Weg zum Flüssigkeitsspiegel nehmen
können, und daß ihre Austrittsstelle weit genug vom Zugang zur äußeren Packung entfernt
ist. Daher wird zweckmäßig die Grundbüchse vollständig unterbrochen. Die innere
und äußere Pahkung brauchen nicht einzeln für sich gespannt zu werden, wenn eine
Zwischenbüchse angeordnet wird, die auf einem Teil ihrer Länge eine größere Bohrung
besitzt, zu der die Sperrflüssigkeit durch Öffnungen der Büchse Zutritt hat. Es
lassen sich auch noch andere Einrichtungen treffen, die die Gasblasen zwingen, ihren
Weg über den Flüssigkeitsspiegel zu nehmen. Auf diese Weise ist, wie Versuche gezeigt
haben, die Welle oder Kolbenstange absolut gasdicht abgedichtet, ganz gleich, ob
sich die Welle oder Stange bewegt oder sich in Ruhe befindet.
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Es ist im folgenden gezeigt, wie der Erfindungsgedanke nicht nur bei
horizontalen, drehenden Wellen und hin und her gehenden Stangen, sondern auch bei
vertikalen, drehenden Wellen und auf und ab gehenden Stangen durchgeführt wird.
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In der Abb. i ist i die Kolbenstange eines Gaskompressors. Eine geringe
Menge Gas kann durch die knetbare oder eine andere elastische Packung 2 in die Aussparungen
3 der Zwischenbüchse q. in den Flüssigkeitsraum 5 treten. Dieser Flüssigkeitsraum
ist mit Öl oder einer anderen Flüssigkeit gefüllt. Das Gas steigt in Blasen sofort
zum Flüssigkeitsspiegel, und der Flüssigkeitsraum kommt unter Druck. Ein Austritt
von Flüssigkeit wird durch eine zweite elastische Packung 6 verhindert, die durch
die Stopfbüchsenbrille 7 in der üblichen Weise gespannt wird. Wird die Packung 6
undicht, so tritt Flüssigkeit ins Freie, niemals aber Gas, solange der Flüssigkeitsspiegel
oberhalb der Packung liegt und am Schauglas 3 zu sehen ist. Eine Schraube g dient
zum Einfüllen, eine andere Schraube io zum Ablassen der Flüssigkeit. Wird der Kompressor
stillgesetzt, so kann das Gas aus der Kammer 5 durch eine Rohrleitung i i und Rückschlagventil
12 in die entlastete Druckleitung des Kompressors 13 entweichen, damit nicht Öl
langsam in den Zylinder gedrückt wird, wenn die Maschine längere Zeit stillsteht.
Man könnte auch durch eine kleine Bohrung 14 die Kammer 5 mit dem Kompressionsraum
verbinden und so auf einfachste Weise gleiche Drucke dauernd erhalten, doch empfiehlt
sich das nicht, weil der Gasraum der Kammer 5 dann als zusätzlicher schädlicher
Raum wirkt, der den Wirkungsgrad des Kompressors herabsetzt.
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Abb. 2 zeigt schematisch, wie die Kolbenringe eines zweistufigen Kompressors
durch Stopfbüchsen mit Flüssigkeit ersetzt werden können. Mit i ist wieder der Kolben,
der hier die Stelle der Kolbenstange vertritt, bezeichnet, 2 und 6 sind die elastischen
Packungen, die durch die Zwischenbüchsen .I mit den Aussparungen 3 auseinandergehalten
werden. Die vordere Stopfbüchsenbrille ist mit 7 bezeichnet, die hintere Stopfbüchse
kann beispielsweise mittels Büchse 15, elastischer Packung 16, Ring 17 und Schrauben
18 gespannt werden. Der Flüssigkeitsraum 5 würde in diesem Falle Öl enthalten; es
erübrigt sich dann auch jegliche Schmierung des Kompressors. Außerdem kann die große
Ölmenge zum Kühlen dienen und die Wärme durch Rippen ig und (oder) Kühlrohre 2o
abgeführt werden, oder das warme Öl kann durch einen Kühler umgepumpt werden. Den
Flüssigkeitsspiegel zeigt wieder Schauglas 8, Schraube g dient zum Einfüllen, Schraube
io zum Ablassen des Öles. Beim Stillsetzen des Kompressors kann das Gas aus Raum
5 durch Rohrleitung i i usw. seinen Druck ausgleichen.
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Es werden auch in der Industrie umlaufende Gebläse gebraucht, welche
die Gase nicht komprimieren, sondern eine Gasmenge unter hohem Druck umwälzen sollen.
Die Wellendurchführung eines derartigen Gebläses ist z. B. in Abb. 3 dargestellt.
Die Ausführung
nach Abb. q. unterscheidet sich von derjenigen nach
Abb.3 nur durch ein eingebautes Kugellager 21. Erfindungsgemäß läßt sich häufig
Lagerung und Stopfbüchse verbinden, wenn als Dichtflüssigkeit Öl angewendet werden
kann. In Abb. 3 und .4 bezeichnet i die Welle; die anderen Bezeichnungen entsprechen
denjenigen von Abb.2. Bei solchen Gebläsen kann dem Gas aus dem Flüssigkeitsraum
5 der Durchtritt nach dem Gebläsezylinder durch Bohrung 14 ohne weiteres vermittelt
werden, um beim Stillsetzen der Maschine den Druckausgleich zu erreichen; denn der
geringe schädliche Raum spielt wegen des kleinen Kompressionsverhältnisses hierbei
keine Rolle. Abb. 5 zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens bei hängenden
Stopfbüchsen für drehende Wellen und auf und ab gehende Stangen. i i (Abb. 5) ist
eine Druckausgieichleitung für das Gas, wenn die Maschine stillgesetzt wird.
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Abb.6 stellt eine stehende Ausführung einer Stopfbüchse dar, die für
drehende Wellen und auf und ab gehende Stangen geeignet ist. Auf die elastische
Packung 2 drückt die Zwischenbüchse d., welche die Aussparungen 3 besitzt. Oberhalb
der Aussparungen 3 sind nochmals Aussparungen 22 angeordnet, deren Zweck sich aus
folgendem ergibt. Bei heftigem Gasblasenaustritt von unten her wird die Sperrflüssigkeit
aus den Aussparungen 3 herausgetrieben. so daß bei der Drehung der Welle i bzw.
beim Aufundabgehen der Stange i Gasblasen zerdrückt werden und Spuren von Gas in
den engen Spalt zwischen der Welle bzw. Stange i und Büchse 4. nach oben in die
Packung 6 und durch die Brille 7 ins Freie entweichen können. Durch die Aussparungen
22 tritt aber die Sperrflüssigkeit in den engen Spalt zwischen der Welle bzw. Stange
i und der Büchse .4 und fließt, vermöge ihres hydrostatischen Druckes, nach unten
in den Raum der Aussparungen 3, in dem sich Gasblasen befinden. Dadurch ist es dem
Gas unmöglich gemacht, nach oben in den engen Spalt zwischen Welle bzw. Stange i
und Büchse .I zu dringen. Dieser Zustand herrscht im Anfang, wenn der Apparat unter
Druck gesetzt wird. Ist der Gasdruck über dem Spiegel der Sperrflüssigkeit so groß
geworden wie -im Apparat, dann treten keine Gasblasen mehr in die Aussparungen
3 ein, weil dein Gasdruck im Apparat ein Flüssigkeitsdruck entgegenwirkt, der gleich
dem Gasdruck ist, vermehrt um den geringen hydrostatischen Druck der Flüssigkeit.
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Der Flüssigkeitsrauen 5 kann beim Stillsetzen des Betriebes durch
ein Rohr i i usw. seinen Druck ausgleichen. Der Raum 5 kann gegebenenfalls mit Kühlrippen
19 versehen sein. Eine stehende Stopfbüchse nur für drehende Wellen ist in Abb.
7 dargestellt. Die Packung 2 z. B. kann in eine Aussparung der Wellendurchführung
gelegt werden, da sie nur das Herablaufen von Flüssigkeit an der Welle i verhindern
soll: Ein beiderseits offener Zylinder mit Zwischenboden 23, der mit dem Zwischenboden
gasdicht auf der Welle i sitzt, hat den Zweck, die Gasblasen in der gezeigten Richtung
zu leiten und so die Büchse 24 und Packung 6 unter Flüssigkeit zu halten.
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Eine besondere Stopfbüchse z. B. für Dampfturbinen zeigt Abb.8 in
schematischer Darstellung. Die Zwischenbüchse 4 gestattet durch Aussparungen 3 dem
etwa durchtretenden Dampf in den Flüssigkeitsraum 5, der z. B. mit Öl gefüllt ist,
einzutreten. Die Wandung des Flüssigkeitsraumes kann mit Wasser gekühlt werden,
das durch Rohr 25 in den Kühlraum 26 eintritt und ihn durch Rohr 27 verläßt. Das
Kondenswasser sinkt durch das Öl nach unten. Ein Flüssigkeitsstand 28, der auch
ein größeres Gefäß sein kann, das durch Rohre 29 und 30 mit dem Flüssigkeitsraum
in Verbindung steht, läßt die Spiegel von Wasser und Öl erkennen. Das Wasser kann
durch Ventil 31 abgelassen werden, durch Ventil 32 kann Öl eingefüllt werden. Man
kann auch Öl und Wasser gemeinsam aus dem Flüssigkeitsraum mittels einer Pumpe durch
einen Kühler und Abscheidegefäß umpumpen, wodurch der Kühlraum 26 entbehrlich wird.
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Selbstverständlich läßt sich der Erfindungsgedanke auf viele andere
Fälle anwenden.