DE69131526T2

DE69131526T2 - Graphitdichtung

Info

Publication number: DE69131526T2
Application number: DE69131526T
Authority: DE
Inventors: Ronald Ray Brestel; Ronnald James Funk; Wilbur Dean Hutchens; Frank Eric Jensen; Virgil Wayne Pepper; William Charles Scheffert
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2011-12-21
Also published as: AU663690B2; JPH04285366A; KR950005880B1; EP0672851B1; FI916072A0; EP0494064B1; EP0672851A3; DE69117484D1; JP3229890B2; EP0672851A2; KR920012798A; DE69117484T2; DE69131526D1; AU4094096A; ATE134753T1; US5299812A; FI916072A; AU8991391A; US5542681A; EP0494064A1

Description

Diese Erfindung betrifft Ventilstrukturen, die zur Regelung von Fluidströmen verwendet werden, und insbesondere ein verbessertes Packungssystem, das zum Erfüllen von sehr strengen Fluidaustrittsbeschränkungen und in Umgebungen, wo das Verhindern von katastrophalen Undichtigkeiten der Ventilstruktur wünschenswert ist, besonders nützlich ist.
Die Patent Abstracts of Japan, Band 7, Nr. 20 (M-188) (1165) vom 26. Januar 1983, die sich auf die JP-A-57-173665 bezieht, zeigt eine Packungsanordnung, die eine Aluminiumscheibe, einen Teflon-Abstandhalter, eine Asbestpackung, einen Teflon- Abstandhalter und eine abschließende Aluminiumscheibe in dieser Reihenfolge enthält. Das Packungssystem ist in einer Stopfbuchse um einen Schaft angeordnet und durch eine Spiralfeder axial vorgespannt.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 027 535 zeigt einen Packungsring auf, der aus Graphit mit einem im wesentlichen quadratischen Querschnitt hergestellt ist. Die axiale innere Oberfläche des Ringes ist beschichtet, vorzugsweise mit PTFE. Die Beschichtung kann ein PTFE-Profil umfassen, dessen Abmessungen denjenigen des Graphitringes entsprechen. Mehrere derartige Dichtringe können nebeneinander angeordnet werden, um einen Packungssatz zu bilden, wobei sie gegeneinander gepreßt werden.
Packungsmaterialien werden in breitem Umfang verwendet, um den Austritt von Fluid um ein Arbeitselement in einem Gehäuse mit Fluid, wie z. B. einen drehenden Schaft oder einen Gleitschaft in Fluidregelventilen oder bei einem hin- und herge henden Pumpenschaft, zu verhindern. Normalerweise wird eine derartige Packung aus einem elastischen Element gebildet und wird unter eine statische Last gesetzt, indem sie innerhalb einer Stopfbuchse um das Arbeitselement in ihrer Position verschraubt wird. In anderen Fällen wird die Packung einer Federbelastung ausgesetzt, was als vorgespannte Packungskonfiguration bezeichnet wird. Eine vorgespannte Packung ist besonders nützlich, wenn man das Austreten von unerwünschten Fluiden in die Umgebung verhindern will. Ferner wird bei Betriebstemperaturbedingungen von etwa 450ºF (232ºC) (das heißt Betriebstemperatur im Packungsbereich) angestrebt, eher allgemein verfügbare Graphitpackungen anstatt Packungsmaterial. das aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet ist, zu verwenden, da eine PTFE-Packung bei derartigen erhöhten Temperaturen zum Extrudieren neigt, was zum Versagen der Packung und zum Austritt von Fluid führen könnte.
Beispielsweise erfordern bestimmte Anwendungen eines Fluidregelventils nicht nur, daß das Ventil strengen Undichtigkeitsanforderungen entspricht, sondern daß es auch einer strengen Brandhemmungsprüfung unterzogen wird, um ein katastrophales Versagen der Packung zu verhindern. Fluidregelventile in Pipelines in Raffinerien und in anderen chemischen Verarbeitungsbetrieben sollen im wesentlichen einen Austritt von null (das heißt weniger als 500 ppm) Fluid um die Oberseite des Ventils haben, so daß sie Brandhemmungsprüfungen als einen Sicherheitsfaktor der Ausrüstung bestehen.
Bei derartigen Anwendungen ist eine Graphitpackung alleine nicht geeignet. Versuche, die Last der Graphitpackung zu erhöhen, ergeben eine geringfügige Reduzierung der Undichtigkeit, führen jedoch zur Extrusion des Graphits entlang dem Gleitschaft- oder Drehschaftarbeitselement, wodurch sie eine erhöhte Reibung und eine unangemessene Einschränkung der Ventillebensdauer bzw. des Laufes des Ventilschaftes bzw. der Welle verursachen. Um die Undichtigkeit zu verringern, ist es erwünscht, PTFE-Packungsmaterial zu verwenden, das eine bes sere Abdichtung als Graphitmaterial schaffen kann. Die Verwendung einer PTFE-Packung bei erhöhten Packungstemperaturen ist jedoch gewöhnlich nicht zu empfehlen, und insbesondere wenn das Ventil Feuerhemmungsprüfungen bestehen muß, wie bei Anwendungen in Raffinerien, würde die Extrusion und das mögliche Durchbrechen und Verdampfen einer PTFE-Packung unter Hochtemperatur-Brandbedingungen zu einem katastrophalen Versagen der Packung und zu einem unerwünschten gefährlichen Fluidaustritt führen.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein verbessertes Packungssystem gemäß der Definition in Anspruch 1 geschaffen.
In einer als Drehschaftventil aufgebauten Ausführungsform der Erfindung wurde eine Vorspannung in Form von Tellerfedern geschaffen, die um den Drehschaft montiert sind. Die Packung umfaßt einen laminierten Ring, der ebenfalls gemäß vorliegender Erfindung wie in Anspruch 5 definiert vorgesehen ist.
Der laminierte Ring enthält ein flexibles Graphitplattenmaterial, das mit PTFE-Plattenmaterial laminiert ist. Der Schichtstoff wird vorzugsweise formgestanzt, um einen laminierten Ring zu bilden, der einen gewölbten Querschnitt hat. Es wurde festgestellt, daß der gewölbte Querschnitt es ermöglicht, daß die axiale Last von dem Packungszwischenstück den laminierten Ring abflacht, um so eine radiale Kraft auf den Schaft und die Stopfbuchsenbohrung auszuüben, die ausreicht, um in angestrebter Weise kontrolliert PTFE-Material auf den Schaft und die Bohrung zu extrudieren, wodurch das Ventil geschmiert wird und eine erhöhte Ventillebensdauer erreicht wird. Diese wirksame Übertragung der axialen Stopfbuchsenbrillenlast auf eine radiale Abdichtkraft wird erreicht, indem die Breite des Packungsquerschnitts größer ausgeführt wird als der Querschnitt der Stoffbuchse.
Beiderseits des laminierten Verbundringes ist ein Antiextrusions-Rückhaltering vorgesehen, der einen Kohlenstoff- Buchsenendring enthält. Vorzugsweise sind diese Endringe als spaltfreie Antiextrusionsringe gebildet, die eine leichte Preßpassung mit dem Schaft haben und geteilt sind. Alternativ können die Antiextrusions-Endringe aus PEEK-Material gebildet sein und zusätzlich können ein Paar von Graphitverbund- Packungsendringen auf beiden Seiten des laminierten Packungsringes mit der Kohlenstoffbuchse oder PEEK-Endringen verwendet werden, um die beiden Enden des Packungssystems zu vervollständigen.
Eine als Beispiel aufgebaute Drehschaftventil-Ausführungsform der Erfindung enthielt einen laminierten Ring, der mit sechs Platten aus flexiblem Graphitplattenmaterial gebildet wurde, wobei jeweils zwischen den flexiblen Graphitplatten eine Platte aus PTFE-Material sandwichartig dazwischengelegt war, sowie eine spaltfreie Kohlenstoffbuchse an den entgegengesetzten Seiten des laminierten Ringes, welche zusammen an einem drehenden Schaft mit 1,0 Zoll (25,4 mm) montiert wurden. Der laminierte Ring wurde aus 0,030 Zoll (0,762 mm) dickem flexiblen Graphitplattenmaterial alternierend mit 0,005 Zoll (0,127 mm) dickem PTFE-Plattenmaterial gebildet. Die Schichtkörper wurden formgestanzt, so daß an der Basis der Form der unterste Graphitring mit einer Wölbung gebildet wurde, die einen Radius von etwa 0,16 Zoll (4,06 mm) hatte und bei der sich der Wölbungsradius zur Oberseite des Formwerkzeuges hin beträchtlich reduzierte, so daß die oberste Schicht des flexiblen Graphitringes im wesentlichen flach war oder einen sehr stark verringerten Wölbungsradius im Vergleich zur untersten Schicht aufwies. Der Verbundring hatte eine Dicke von 0,236 Zoll (5,99 mm) bei einem Innendurchmesser von 1,0 Zoll (25,4 mm) und einem Außendurchmesser von 1,375 Zoll (34,9 mm).
Um es zu ermöglichen, daß das breitere Packungsmaterial ohne weiteres eingebaut werden kann, sind die formgestanzten Packungsringe mit einer gewölbten Form gebildet, so daß die Bogenlänge des Packungsquerschnitts annähernd 0,015 Zoll (0,381 mm) länger ist als die Breite des Stopfbuchsenquerschnitts. Die gewölbte Form ermöglicht es, daß dieser Ring leicht in die Stopfbuchse gleitet. Wenn die axiale Stopfbuchsenbrillenlast angelegt wird, wird die Wölbungsform abgeflacht, wobei das Packungsmaterial zwangsweise die radiale Abdichtkraft an den Schaft und die Wand der Stopfbuchse anlegt.
Ein mit dieser verbesserten Packung aufgebautes Ventil wurde einem Prüfdruck von 1.230 psi (8481 kPa) und 25.000 Arbeitstakte und vier thermische Zyklen von der Umgebungstemperatur auf 450ºF (232ºC) über fünf Tage zum Abgreifen von Prüfdaten (die gesamte Prüfdauer betrug sieben Tage) unterzogen. Bei dieser Austrittsmengenprüfung wurden während fünf Minuten langer Beobachtungen während der fünf Prüfdatentage keine Blasen von austretendem Fluid beobachtet.
Das hergestellte Ventil wurde anschließend einem Prüfdruck von 1.100 psi (7585 kPa) und ca. 20.000 zusätzlichen Arbeitstakten sowie vier thermischen Zyklen von Umgebungstemperatur auf 600ºF (316ºC) über vier Tage zum Abgreifen von Prüfdaten unterzogen (die gesamte Prüfdauer betrug sieben Tage). Bei dieser Austrittsmengenprüfung wurden während fünf Minuten langer Beobachtungen während der vier Prüfdatentage keine Blasen von austretendem Fluid beobachtet.
Dieselbe laminierte Ringkonstruktion kann ohne die gewölbte Form verwendet werden, indem der Paßsitz des Ringes mit dem Schaft und der Stopfbuchsenbohrung kontrolliert wird. Dabei kann jedoch die axiale Last, die zum Erreichen derselben radialen Kraft zum gewünschten Extrudieren des PTFE-Materials erforderlich ist, größer sein. Die laminierte Ringkonfiguration ist wünschenswert, um das problemlose Ersetzen des gesamten einstückigen laminierten Ringaufbaues zu ermöglichen, anstatt zu versuchen, mehrere sehr dünne, einzelne Ringe aus flexiblem Graphit und PTFE-Plattenmaterial in abwechselnden Schichten um den Schaft und in der Stopfbuchse an ihrer Position anzuordnen. Zusätzlich könnten die stanzgeformten Pac kungsringe eine Wellenfederform haben. Dies würde es dem Packungsmaterial ermöglichen, die radiale Abdichtkraft gegen den Schaft und die Wand der Stopfbuchse aufzubringen, wenn die axiale Last angelegt wird, um den Packungsring abzuflachen. Die vorliegende Erfindung schafft somit ein Packungssystem, das strenge Fluidundichtigkeitsanforderungen und Brandhemmungserfordernisse erfüllen kann, die bei vielen umweltsensitiven Anwendungen für notwendig erachtet werden.
Die Erfindung ist unter Bezug auf die folgende Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen am besten verständlich, in welchen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren gleiche Elemente bezeichnen.
Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht, die eine Vergleichspackung in einem Gleitschaftventil zeigt;
Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Darstellung der Vergleichspackung von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Teilschnittansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform der verbesserten Packung gemäß vorliegender Erfindung in einem Drehschaftventil zeigt; und
Fig. 4 ist eine auseinandergezogene Darstellung der verbesserten Packung von Fig. 3.
Wie vorstehend angeführt sind die Prinzipien dieser Erfindung auf Ventile mit Gleitschaft oder drehendem Schaft sowie auf hin- und hergehende Pumpenschafteinheiten anwendbar. Fig. 1 und 2 zeigen ein Gleitschaftventil, das ein Packungssystem enthält, welches nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Fig. 1 und 2 zeigen jedoch ein Gleitschaftventil, in welchem das erfindungsgemäße Packungssystem verwendet werden könnte. Fig. 3 und 4 zeigen ein Ventil mit drehendem Schaft, das eine Ausführungsform der Erfindung enthält.
Unter Bezug auf die Zeichnungen ist ein Fluidventil 10 der Gleitschaftventilbauart gezeigt, das einen Ventilkörper mit einem Ventildeckel 12 aufweist, durch welchen ein Arbeitselement verläuft, das als ein Gleitschaft 14 dargestellt ist. Stopfbuchsenmuttern 16 sind auf Stopfbuchsenbolzen 18 aufgeschraubt, um so die Vorspannung der Packung innerhalb des Ventildeckels und um den Ventilschaft einzustellen.
Innerhalb einer Stopfbuchse, die aus einer Packungsbohrung 20 in dem Ventildeckel 12 gebildet ist, ist eine verbesserte Graphitpackung mit PTFE-Scheiben vorgesehen, wie nachfolgend im Detail beschrieben wird. Die verbesserte Packung enthält ein Paar flexible Graphitringe 22, bei welchen es sich um herkömmliche Packungsringe aus flexiblem Bandgraphit, die in einem Formwerkzeug geformt wurden, handelt. Die flexiblen Graphitringe 22 sind aus relativ weichem Material und wirken jeweils unmittelbar zur Abdichtung des Ventilschaftes.
An den beiden entgegengesetzten Seiten der flexiblen Graphitringe 22 ist ein zusammengesetzter Graphitpackungsendring 24 vorgesehen. Wie in der Zeichnung dargestellt, sind zwei zusammengesetzte Endringe 24 an einem Ende bzw. dem oberen Ende der Packung angeordnet, wohingegen nur ein zusammengesetzter Endring 24 an dem unteren bzw. anderen Ende der Packung vorgesehen ist. Die zusammengesetzten Graphitpackungsendringe 24 sind handelsübliche Elemente von Argo Packing Company in Oakmont, Pennsylvania und werden gemäß dem vorstehend genannten Patent der Union Carbide Corporation US-4,826,181 hergestellt.
Die zusammengesetzten Ringe 24 sind aus geringfügig härterem Material als die flexiblen Graphitringe 22 gebildet, so daß sie als Antiextrusionselemente wirken, um dazu beizutragen, die Übertragung des etwas weicheren flexiblen Graphitmaterials auf den Schaft 14 zu verhindern. Da die zusammengesetzten Ringe 24 geringfügig härter sind als die flexiblen Graphit ringe 22, neigen die Ringe 24 dazu, das Gleitschaftventil 14 während dessen Betrieb abzustreifen, um so dazu beizutragen, daß die Übertragung von flexiblem Graphitmaterial auf den Schaft verhindert wird.
Eine herkömmliche Kohlenstoffbuchse 26 ist jeweils an den entgegengesetzten Enden der Packung angeordnet. Da Kohlenstoffbuchsen 26 etwas härter sind als die zusammengesetzten Endringe 24, wirken sie als Antiextrusionsringe und tragen ebenfalls dazu bei, den Ventilschaft 14 in der Stopfbuchse zentriert zu halten, um die Verformung und Zerstörung des weicheren Packungsmaterials in den zusammengesetzten Ringen 24 und den flexiblen Graphitringen 22 zu verhindern. Ein etwas größerer Kohlenstoffbuchsenabstandsring 28 ist an einem Ende der Packung montiert und an dem in der Zeichnungsdarstellung unteren Ende dem Stopfbuchsenendring 29 benachbart dargestellt, so daß er den restlichen Raum innerhalb der Stopfbuchse einnimmt und den Gleitschaft 14 haltert.
Eine Vielzahl von PTFE-Scheiben mit jeweils etwa 0,015 Zoll (0,381 mm) sind vorgesehen. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind fünf PTFE-Scheiben in Verwendung. Wie dargestellt wird jeweils eine PTFE-Scheibe 30 zwischen die jeweiligen Packungsringe 22 und zwischen die zusammengesetzten Graphitpackungsringe 24 und die Buchse 26 an dem oberen Ende des Packungssystems eingefügt. Die PTFE-Scheiben sollen teilweise nach innen gegen den Schaft 14 extrudiert werden, so daß das PTFE-Material das Gleiten des Schafts durch die Packung schmiert. Somit dienen die PTFE-Scheiben als Schmiermittel in dem Packungssystem sowie als Abdichtungselement, um die Abdichtungsfunktion der Graphitpackungsringe zu unterstützen.
Ein Vorspannungspackungssystem ist vorgesehen, so daß die Packungselemente unter einem Spannungsniveau gehalten werden, das hoch genug ist, um ohne weiteres das Extrudieren der PTFE-Scheiben zu verursachen. Die vorgespannte Packung schließt ein Packungszwischenstück 32 ein, das eine Zwischenstückbasis 34 an einem Ende hat, eine Zwischenstückführungsbuchse an dem anderen Ende und einen Zwischenstückflansch 38 zwischen diesen. Das Zwischenstück 32 enthält eine Auskleidung 40, die aus einem kohlenstoffgefüllten PTFE oder einem anderen geeigneten Material gebildet ist, das mit der inneren Oberfläche des Packungszwischenstücks verbunden werden kann.
Eine Anzahl von Tellerfedern 42 ist verschieblich auf der Zwischenstückführungsbuchse 36 angebracht, wobei ein Ende der Tellerfedern mit dem Flansch 38 in Berührung steht.
Der Stopfbuchsenflausch 44 hat geeignete Öffnungen, durch welche die Stopfbuchsenbolzen geführt werden können, und enthält eine Mittelöffnung, um den Durchtritt des Ventilschafts 14 zu erlauben. Ein Ende der Tellerfedern 42 steht mit dem Stopfbuchsenflausch 44 in Berührung.
Nach dem Zusammenbau der Ventilbestandteile, wie in den Zeichnungen dargestellt, werden die Stopfbuchsenmuttern 16 an den Bolzen 18, die den Ventilschaft 14 umgeben, angezogen, so daß der Stopfbuchsenflausch 44 die Last der Stopfbuchsenbolzen und -muttern auf die Tellerfedern 42 überträgt. Die Tellerfedern 42 wiederum werden im Verlauf des Anziehens der Muttern 16 wie in Fig. 1 dargestellt zusammengedrückt, so daß sie eine Federspannung auf die Packungsringe 22, 24, 26, 28 und 30 durch das Stopfbuchsenzwischenstück 32 aufrechterhalten. Nach Wunsch kann an der Zwischenstückführungsbuchse 36 ein O-Ring (nicht dargestellt) verwendet werden, um vor dem Einbau an dem Schaft 14 die Tellerfedern in ihrer Position zu halten.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Vergleichsanordnung bietet eine deutliche Reduzierung des Flüssigkeitsaustritts, wie bereits vorstehend in den beschriebenen Austrittsmengenprüfungen angeführt.
Im weiteren wird auf die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Fig. 3 und 4 Bezug genommen, die ein Fluidventil 50 der Bauart mit drehendem Schaft zeigen, das Ventilbestandteile enthält, die ähnlich den unter Bezug auf das Gleitschaftventil in Fig. 1 und 2 gezeigten sind. Im einzelnen enthält der Ventilkörper einen Ventildeckel 52, durch welchen ein Ventilarbeitselement gedreht wird, das als der drehende Schaft 54 dargestellt ist.
Innerhalb einer Stopfbuchse, die aus einer Stopfbuchsenbohrung in dem Ventildeckel 52 gebildet ist, ist die verbesserte Graphitpackung gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen, die einen laminierten Ring 56 enthält. Es sei auf Fig. 4 Bezug genommen, in der die Bestandteile des Ringes 56 deutlicher zu erkennen sind, welche flexible Graphitringe 58 aus Plattenmaterial, die mit PTFE-Ringen 60 aus PTFE-Plattenmaterial laminiert sind, enthalten. Wie in der auseinandergezogenen Darstellung von Fig. 4 gezeigt, sind sechs Platten aus flexiblem Graphitmaterial mit fünf Platten aus PTFE-Material laminiert, wobei jeder PTFE-Ring 60 sandwichartig zwischen zwei flexible Graphitringe 58 gelegt ist.
Der laminierte Ring 56 wird vorzugsweise in einem Stanzformvorgang gebildet, wobei die abwechselnden flexiblen Graphit- und PTFE-Platten in geeigneter Weise durch Wärme und Druck in einem Standardlaminierprozeß verbunden werden und stanzgeformt werden, um den Ring 56 mit dem dargestellten gewölbten Querschnitt auszustanzen. Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, wird der unterste flexible Graphitring 58 mit einem Querschnittswölbungsradius 62 gebildet. Der Wölbungsradius nimmt in den oberen Schichten des Ringes ab, so daß die oberste Schicht im wesentlichen flach ist oder nur einen sehr geringen Wölbungsradius im Vergleich zum Wölbungsradius des untersten Ringes aufweist. Es ist bevorzugt, den Ring 56 mit dem gewölbten Querschnitt so zu formen, daß es möglich ist, daß eine axiale Vorspannung der Packung den Packungsring abflacht und es ihm erlaubt, eine radiale Kraft auf den Schaft 54 und auf die Stopfbuchsenbohrung auszuüben.
Jeder der dünnen PTFE-Scheibenringe 60 sind jeweils aus 0,005 Zoll (0,127 mm) dickem PTFE-Plattenmaterial gebildet. Die flexiblen Graphitringe 58 sind jeweils aus 0,030 Zoll (0,762 mm) dickem, flexiblem Graphitmaterial gebildet. Die PTFE- Scheibenringe sollen kontrollierbar teilweise nach innen auf den Schaft 54 extrudiert werden, so daß das PTFE-Material den Schaft schmiert, während er durch die Packung gedreht wird. Die PTFE-Scheibenringe dienen somit als Schmiermittel in dem Packungssystem ebenso wie als ein abdichtendes Element, um die Abdichtfunktion der flexiblen Graphitringe zu unterstützen.
Auf beiden Seiten des laminierten Ringes 56 ist eine Kohlenstoffbuchse 64 vorgesehen, die als Antiextrusionsring wirkt und ebenfalls dazu beiträgt, den drehenden Schaft 54 in der Stopfbuchse zentriert zu halten. Die Kohlenstoffringe 64 entsprechen der Antiextrusionsbauart mit Spaltmaß Null. Im einzelnen sind die Kohlenstoffbuchsen 64 geteilt und mit einem Innendurchmesser gebildet, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des drehenden Schaftes 54, und einem Außendurchmesser, der geringfügig kleiner ist als die Stopfbuchsenbohrung. Die Buchsen 64 sind mit einer einzelnen Öffnung 66 geteilt, was es ermöglicht, die Buchsen auf das Arbeitselement mit Spaltmaß Null bzw. einem Preßsitz aufzustecken, während die axiale Bewegung auf dem Arbeitselement und damit das Übertragen der Stopfbuchsenbrillenlast auf die Packung weiterhin möglich ist.
Ebenso wie bei der Gleitschaftventilausführung ist bei dem Ventil 50 mit drehendem Schaft ein Vorspannungspackungssystem vorgesehen, so daß die Packungselemente auf einem Spannungsniveau gehalten werden, das hoch genug ist, um ohne weiteres das kontrollierbare Extrudieren der PTFE-Scheibenringe zu verursachen. Die vorgespannte Packung enthält ein Stopfbuchsenzwischenstück 68, das eine Auskleidung enthält, welche aus kohlenstoffgefülltem PTFE gebildet ist, das mit der inneren Oberfläche des Stopfbuchsenzwischenstücks verbunden ist. Eine Reihe von Tellerfedern 70 ist verschieblich auf der Zwischenstückführungsbuchse angebracht, wobei ein Ende der Tellerfedern mit einem Stopfbuchsenzwischenstückflansch in Berührung steht, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Der Stopfbuchsenflausch 72 hat geeignete Öffnungen, durch welche die Stopfbuchsenbolzen, wie z. B. der Stopfbuchsenbolzen 74, geführt werden können. Der Stopfbuchsenflausch 72 enthält ferner eine Mittelöffnung, um den Durchtritt des drehenden Schaftes 54 zu erlauben. Ein Ende der Tellerfedern steht mit dem Stopfbuchsenflausch 72 in Berührung.
Nach dem Zusammensetzen der Ventilbestandteile, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, werden die Stopfbuchsenmuttern 76 auf den Schraubbolzen 74 festgezogen, so daß der Stopfbuchsenflausch 72 die Last von Stopfbuchsenschraubbolzen und -muttern auf die Tellerfedern 70 überträgt. Die Tellerfedern wiederum werden mit dem weitergehenden Festziehen der Muttern zusammengedrückt, so daß sie durch das Stopfbuchsenzwischenstück 68 eine Federspannung auf die Packungsringe 56 und 64 aufrechterhalten. Ein O-Ring 78 ist an der Zwischenstückführungsbuchse vorgesehen, um die Tellerfedern vor dem Zusammenbau auf dem Schaft 54 in ihrer Position zu halten. Ein herkömmlicher Stopfbuchsenring 80 aus Metall ist innerhalb der Stopfbuchsenbohrung angebracht, um den Boden der Stopfbuchse zu bilden.
Als alternative Ausführungsform können PEEK-Ringe anstelle der Kohlenstoffringe 64 verwendet werden. Ebenso können zusammengesetzte Graphitendringe, wie etwa die vorstehend beschriebenen Ringe 24, zwischen dem laminierten Ring 56 und dem oberen und dem unteren Ring 64 verwendet werden. Dieselbe Konfiguration mit dem laminierten Ring 56 könnte auch ohne einen gewölbten Querschnitt verwendet werden, indem der Sitz des Ringes 56 auf dem Schaft 54 und in der Stopfbuchsenbohrung kontrolliert wird. Um jedoch dieselbe radiale Kraft zu erzielen, die ausreichend ist, um in gewünschter Weise das PTFE-Material nach innen auf den Schaft und nach außen gegen die Stopfbuchsenbohrung teilweise zu extrudieren, kann die axiale Last, die von dem Stopfbuchsenzwischenstück erforderlich ist, um dieses gewünschte Ergebnis zu erzielen, größer sein als dies bei der Konfiguration des Ringes 56 mit gewölbtem Querschnitt erforderlich ist. Ferner können die in Fig. 1 gezeigten Buchsen 26 aus einem linearen aromatischen Polymer mit hoher Druckfestigkeit, wie z. B. Polyetheretherketon (PEEK), gebildet werden.

Claims

1. Packungssystem zur zuverlässigen Abdichtung und Schmierung eines Arbeitselements, das in einem Fluid enthaltenden Gehäuse beweglich arbeitet, enthaltend:

eine Stopfbuchse in dem Gehäuse;

eine Grundbuchseneinrichtung (68) zum Haltern des Arbeitselements (54) in der Stopfbuchse;

eine Packungsanordnung, die einen Packungsring (56), der um das Arbeitselement (54) in der Stopfbuchse montiert ist, enthält, um eine Fluidabdichtung um das Arbeitselement (54) zu schaffen, um einen Fluidaustritt aus der Stopfbuchse zu unterdrücken und ein Schmiermittel für das beweglich arbeitende Arbeitselement (54) vorzusehen;

wobei der Packungsring (56) aus einer Vielzahl von räumlich getrennten Platten (58) aus flexiblem Graphitplattenmaterial gebildet ist, jede flexible Graphitplatte (58) mit einer jeweiligen Zwischenplatte (60) aus PTFE-Plattenmaterial laminiert ist, um einen laminierten Ring aus wechselweise angeordneten Platten aus flexiblem Graphitplattenmaterial und PTFE-Plattenmaterial bereitzustellen,

welcher laminierte Ring (56) eine Mittelöffnung mit einem Innendurchmesser hat, der an das Arbeitselement (54) und einen äußeren Ringdurchmesser angepasst ist,

wobei jede der Platten (58) aus flexiblem Graphitplattenmaterial einen radialen Graphitringabschnitt hat, der sich von dem Innendurchmesser der Mittelöffnung nach außen erstreckt, wobei entgegengesetzte radiale Oberflächen des Graphitringes von dem Innendurchmesser der Mittelöffnung zu dem äußeren Ringdurchmesser verlaufen, um Fluide um das Arbeitselement (54) abzudichten; und

jede der Platten (60) aus PTFE-Plattenmaterial einen radialen PTFE-Ringabschnitt hat, der von dem Innendurchmesser der Mittelöffnung nach außen zu dem äußeren Ringdurchmesser verläuft und in laminiertem Eingriff mit dem gesamten Ausmaß der gegenüberliegenden radialen Oberflächen der Graphitringe von zwei aufeinanderfolgenden Platten (58) aus flexiblem Graphit steht und dadurch den Oberflächenkontakt zwischen den gegenüberliegenden radialen Graphitringoberflächen der beiden aufeinanderfolgenden Platten (58) aus flexiblem Graphit verhindert, um das Arbeitselement zu schmieren und die Abdichtung von Fluiden um das Arbeitselement (54) zu unterstützen.

2. Packungssystem nach Anspruch 1, enthaltend Mittel zum Verbinden der abwechselnden Plätten (58, 60).

3. Packungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der laminierte Ring (56) einen radialen Abschnitt hat und einen gewölbten Querschnitt (62) enthält, der in dem radialen Abschnitt gebildet ist.

4. Packungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem das PTFE-Plattenmaterial in die Lage versetzt wird, teilweise auf das Arbeitselement (54) zu extrudieren und das Arbeitselement (54) bei der Bewegung durch die Packungsanordnung zu schmieren.

5. Packungsring zum Abdichten von Fluiden um ein beweglich arbeitendes Arbeitselement und zum Schmieren des Arbeitsele ments während der Bewegung durch den Packungsring, enthaltend:

eine Vielzahl von übereinandergelegten laminierten Platten (58, 60) aus flexiblem Graphitplattenmaterial und PTFE- Plattenmaterial, die zu einem laminierten Ring (56) geformt sind, der eine Mittelöffnung mit einem Innendurchmesser, der so angepasst ist, daß er das Arbeitselement (54) umgibt, und einen äußeren Ringdurchmesser hat,

wobei jede der laminierten Platten enthält:

(1) eine Platte (58) aus flexiblem Graphitplattenmaterial, wobei jede Platte einen radialen Graphitringabschnitt hat, der sich von dem Innendurchmesser der Mittelöffnung nach außen erstreckt, wobei entgegengesetzte radiale Oberflächen des Graphitringes von dem Innendurchmesser der Mittelöffnung zu dem äußeren Ringdurchmesser verlaufen, um Fluide um das Arbeitselement (54) abzudichten;

(2) eine Platte (60) aus PTFE-Plattenmaterial, wobei jede der Platten einen radialen PTFE-Ringabschnitt hat, der von dem Innendurchmesser der Mittelöffnung nach außen zu dem äußeren Ringdurchmesser verläuft und in Berührungseingriff mit dem gesamten Ausmaß der gegenüberliegenden radialen Oberflächen der Graphitringe steht, um das Arbeitselement zu schmieren und die Abdichtung von Fluiden um das Arbeitselement (54) zu unterstützen; und

(3) Mittel zum Verbinden der Platte aus flexiblem Graphitplattenmaterial und der Platte aus PTFE-Plattenmaterial zu einer einzigen laminierten Platte.

6. Packungsring nach Anspruch 5, bei welchem die Vielzahl von übereinandergelegten laminierten Platten (58, 60) einen gewölbten Querschnitt (62) umfaßt.