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Stopfbüchse zum Abdichten von Stangen oder Wellen gegen unter Druck
stehende Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Stopfbüchse zum Abdichten von
Stangen oder Wellen gegen unter Druck stehende Flüssigkeiten.
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Die.Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Stopfbüchse dieserArt
zu schaffen, bei der einerseits eine einwandfreie Abdichtung erfolgt und bei der
anderseits die Reibungsverluste und damit im Zusammenhang der Verschleiß der abzudichtenden
Stange oder Welle auf ein Geringstmaß beschränkt bleiben. Die bekannten Stopfbüchsen
zum Abdichten von Stangen oder Wellen gegen unter Druck stehende Flüssigkeiten weisen
häufig den Mangel auf, daß irgendwelche Teile, beispielsweise die Manschetten, unter
dem direkten Einfluß der unter Druck stehenden Flüssigkeit gegen die Oberfläche
der Stange öder Welle gedrückt werden. Der Anpressungsdruck dieser Teile ist dann,
da es sich ja meist um sehr hohe Flüssigkeitsdrücke handelt, vielhöher, als es an
sich zur Erreichung des Abdichtungszweckes notwendig ist. Als Folge ergeben sich
hohe Reibungsverluste und ein starker Verschleiß einerseits der Stange oder Welle
und anderseits der Dichtungselemente. Zur Behebung dieser Mängel sind auch Stopfbüchsen
bekanntgeworden, bei denen hintereinandergeschaltete Gummiringe und Gummimanschetten
benutzt werden. Durch besondere Anordnung und Ausbildung dieser Gummimanschetten
und der Gummiringe ist erreicht, daß die Flüssigkeit selbst nicht zwischen die Schenkel
dieser Manschetten tritt, sondern daß in diesem Raum ein
Luftpolster
bestehenblebt, durch das bewirkt wird, daß auch bei hohen Flüssigkeitsdrücken die.
Manschett@enschenkel nur unter mäßigem Druck gegen die Oberfläche der Stange gedrückt
werden. Bei dieser Ausführung wird' der Axialdruck, der zum Anpressen der Manschettenschenkel
gegen die Stange erforderlich ist, nur durch entsprechendes Anziehen der- Stopfbüchsenbrille
erreicht. Hierbei kann es natürlich auch vorkommen, daß das Anziehen der Brille
zu reichlich ausfällt, so daß die bfanschettenschenkel mit einem zu hohen Druck
gegen die Stange gepreßt werden. Eine automatisch variable Anpressung findet bei
dieser Ausführung nicht statt.
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.Die Erfindung geht von einer derartigen Stopfbüchse aus, die mit
einem ringförmigen Dichtungselement aus Gummi oder mit mehreren axial hintereinander
angeordneten ringförmigen Dichtungsel.ementen versehen ist. Gemäß der Erfindung
ist am Grund einer derartigen Stopfbüchse eine Vorrichtung angeordnet, die unter
dem Einfluß des Flüssigkeitsdruckes einen Axialdruck auf das darüberliegende ringförmige
Dichtungselement und die Barüberliegenden Dichtungselemente ausübt.
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Diese ringförmigen Dichtungselemente aus Gummi, die sich einerseits
gegeen die Wand des Stopfbüchsengehäuses legen und anderseits die Stange oder Welle
umspannen, üben unter dem Einfluß des auf sie wirkenden Axialdruckes und des daraus
resultierenden Horizontaldruckes einen Druck auf die Oberfläche der Stange oder
Welle aus, der nur mäßig 'hoch ist und zum Abdichten völlig ausreicht. Der Axialdruck
selbst wird anderseits auf das nachfolgende ringförmige Dichtungselement aus Gummi
weitergegeben, wo sich ähnliche Kraftverhältnisse ergeben. Der Flüssigkeitsdruck
selbst wirkt bei zweckmäßiger Ausbildung der Dichtungselemente auf sie überhaupt
nicht unmittelbar ein, so daß sich eine einwandfreie Abdichtung bei geringen Reibungsverlusten
und geringem Verschleiß ergibt. Ein besonderer Vorteil des Erfindungsgegenstandes
besteht darin, daß er nicht nur zum Abdichten von hin und her gehenden Stangen,
sondern auch zum Abdichten von sich drehenden Wellen benutzt werden kann, indem
nur unter Umständen besondere Mittel vorgesehen werden müssen, um ein Mitnehmen
von irgendwelchen Dichtungselementen durch die sich drehende Welle zu vermeiden.
Die einzelnen ringförmigen, aus Gummi bestehenden Dichtungselemente werden nach
dem Einbau der Packung unter mäßige Spannung gesetzt.
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Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen besteht die den Axialdruck
ausübende Vorrichtung aus einer außen in dem Stopfbüchsengehäuse geführten Metallscheibe,
unter der eine Ringmanschette mit nach der Stange zu offenem Maul angeordnet ist.
Zwischen die Schenkel dieser Ringmanschette tritt nun die unter Druck stehende Flüssigkeit,
treibt die Schenkel auseinander und übt einen Axialdruck auf die in dem Stopfbüchsengehäuse
außen geführte Metallseheibe aus, die wiederum diesen Axialdruck auf die ringförmigen
Dichtungselemente aus Gummi weitergibt. Dadurch, daß sich einerseits der eine Schenkel
der Manschette und anderseits das andere Dichtungselement gegen die hletalls.cheibe
legen, wird verhindert, daß die unter Druck stehende Flüssigkeit zu den nac hgesehalteten
ringförmigen Dichtungselementen aus Gumini gelangt.
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Bei einer anderen Ausfiihrungsforin der Erfindung besteht die den
Axialdruck ausübende Vorrichtung aus einem radial ungeteilten Ringschlauch mit einer
nach unten offenen Seite, die finit dem Druckraum der Flüssigkeit über Kanäle in
Verbindung steht, die in einer darunter befindlichen Metallscheibe vorgesehen sind.
Bei dieser Ausführungsform befindet sich zwischen dem radial ungeteilten Ringschlauch
und dem ersten ringförmigen Dichtungselement aus Gummi eine außen in dem Stopflüiclisengeliäuse
geführte -'L\Tetallsdheil>e mit Kanälen.
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Die ringförmigen Dichtungselemente können beispielsweise nur aus Ringen
von 'kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt bestehen. Notwendig ist nur, daß
diese Dichtungselemente einerseits an der Gehäusewandung anliegen und anderseits
die abzudichtende Stange oder Welle umspannen, und daß sich alle Elemente untereinander
berühren sowie zwisc.'hen Brille und Axialdruckvorrichtung leicht eingespannt sind,
so d'aß sich der Axialdruck vondem einen'Dichtungselement auf das andere fortpflanzt.
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Hierbei wird jedes einzelne ringförmige Dichtungselement aus Gummi
mit einer entsprechenden Radialkomponente des Axialdruckes gegen die Stange oder
Welle zuin Zweck der Abdichtung gedrückt: Diese Radialkoinponente hängt wesentlich
von der Menge des Guinmiinaterials ab, das zum Zusammendrücken zur Verfügung stelht.
Infolgedessen wird sich im allgemeinen bei Verwendung von Gummiringen mit elliptischem
Querschnitt empfehlen, die längere Achse der Ellipse in axialer Richtung der Stange
oder Welle anzuordnen.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht
jedes Dichtungselement aus einem Gummiring mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt
(Schnurring) und einem Gummiring von L-förmigeni Querschnitt (L-Ring), wobei der
axiale Schenkel des L-förmigen Querschnittes an der Stange oder Welle anliegt und
sein radialer Schenkel mit seinem äußeren Umfang die Gehäusewand der Stopfbüchse
berührt, während der Schnurring einerseits den axialen Schenkel des L-Ringes umspannt,
mit der anderen Seite die Stopfbüchsengehäusewand berührt und über den axialen Schenkel
des L-Ringes hinausragt. Auf diese Weise dienen die Schwurringe zur Übertragung
der Axialkraft, wobei sie gleichzeitig, indem sie sich gegen die Gehäusewand abstützen,
eine Radialkomponente auf die zu ihnen gehörigen L-Ringe ausüben. Diese Radialkomponente
wird 'hierdurch auf eine große Fläche verteilt, nämlich die gesamte .Anlagefläche
der Bdhrung des L-Ringes gegen die Stange oder Welle. Es ergibt sich auf diese Weise
eine ganz besonders weiche und sehr wirksaineAbdichtungskraft. Gleichzeitig sind
die radialen Schenkel des L-Ringes zwischen den Schwurringen eingespannt: der äußere
Umfang dieser radialen Schenkel wird gegen die
Gehäusewand der Stopfbüchse
gedrückt und dichtet den darüberliegenden Raum zusätzlich gegen etwa eintretende
Druckflüssigkeit ab.
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Falls der Erfindungsgegenstand zum Abdichten einer hin und eher gehenden
Kolbenstange benutzt wird, atmet die Vorrichtung während der einzelnen Hübe des
Kolbens. Während des Druckhubs werden die Dichtungselemente unter dem Einfluß des
auf sie ausgeübten Axialdruckes zu:sammengepreßt, während sie beim Rückgang des
Kolbens sich unter dem Einfluß ihrer eigenen Elastizität wieder ausdehnen. Um dieses
Atmen und damit das Zurückkehren der Schnurringe in ihre Ausgangslage zu erleichtern,
empfiehlt es sich erfindungsgemäß, den Außenumfang des axialen Schenkels des L-Ringes
schwac'hkeglig derart auszubilden, d'aß sich zwischen dieser Umfangsfläche und dem
radialen Schenkel des L-Ringes ein stumpfer Winkel ergibt. Auf diese Weise löst
sich der Sahnurring besser aus dem Raum, der durch die Gehäusewand, die eine Fläche
des radialen Schenkels des L-Ringes und die Außenumfangsfläche seines axialen Schenkels
gebildet ist.
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Es kann sich auch empfehlen, die Bohrung des L-Ringes schwachkeglig
derart auszubilden, daß der Bohrungsdurchmesser am Beginn des axialen Schenkels
in urgespanntem Zustand etwas kleiner ist als der Durchmesser der Stange oder Welle.
Auf diese Weise erhält der axiale Schenkel des L-Ringes auf demjenigen Ende, das
seinem radialen Schenkel abgekehrt ist, eine gewisse Vorspannung. Im allgemeinen
brau'c'ht aber eine derart konische Bohrung nicht vorgesehen werden, da es ohne
weiteres möglich ist, durch ein leichtes Anziehen der Stopfbüchsenbrille den einzelnen
ringförmigen Dichtungselementen aus Gummi eine derartige Vorspannung zu erteilen.
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Erfindungsgemäß kann auch der L-Ring durch Verlängerung seines axialen
Schenkels über den radialen Schenkel hinaus zu einem Gummiring von T-förmigem Querschnitt
(T-Ring) abgewandelt werden, wobei ebenfalls der Sdhnurring in axialer Richtung
derart über die axialen Schenkel der angrenzenden T-Ringe hinausragt, daß stets
ein Zwischenraum zwischen den axialen Schenkeln der T-Ringe bestehenbleibt. Die
Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes wird hierdurch im wesentlichen nicht verändert.
Der Unterschied besteht nur darin, daß die Schnurringe am oberen und unteren Ende
eingefaßt werden.
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Bei einer weiteren Abwandlung der Erfindung liegt der axiale Schenkel
des L- oder T-Ringes an der Gehäusewand an, und sein radialer Schenkel berührt
mit seinem inneren Umfang die Stange oder die Welle lose oder umschließt sie mit
geringem Spiel, während der Sdhnurring einerseits die Stange oder Welle umspannt,
anderseits gegen den Innenumfang eines axialen Schenkels des L- oder T-Ringes
liegt und über diesen Schenkel in ,axialer Richtung hinausragt. Die so gekennzeichnete
Stopfbüchse arbeitet auf die beschriebene Weise.
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Die Schnurringe dienen zur Übertragung der Axialkraft, wobei sie gleichzeitig,
indem sie sich gegen den Innenumfang der axialen Schienkel der L- oder T-Ringe
abstützen, eine Radialkomponente in Richtung der Oberfläche der Stange oder Welle
erhalten und so, indem sie gegen diese gedrückt werden, abdichten. Die axialen Schenkel
der L- oder T-Ringe werden gegen die innere Gehäusewand gedrückt und dichten
an dieser Stelle ebenfalls ab. Die radialen Schenkel dieser L- oder T-Ringe
übertragen nur die Axialkraft.
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Gemäß der Erfindung kann der an der Stange oder Welle dichtende Gummiring
einmal in etwa axialer Richtung durchschnitten sein. Eine derartige Ausbildung ist
unter Umständen zweckmäßig, um den Ein- und Ausbau dieser Ringe zu erleidrtern,
ohne daß damit ihre Wirkung beim Abdichten der Stange oder Welle verschlechtert
wird, weil sie von außen umspannt werden.
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Die an der Stange oder Welle dichtenden Gummiringe sind dem Verschleiß
ausgesetzt. Es kann sich infolgedessen empfehlen, dem Gummi für diese Ringe besondere
Zusätze zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit hinzuzufügen. Diese Zusätze können
sowohl mechanischer als auch chemischer Art sein. Beispielsweise könnten dem Gummi
für diese Ringe Fasern aus Baumwolle u. dgl. beigemischt werden.
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Die Abbildung zeigt einige Ausführungsbeispiele der Erfindung, und
zwar stellt dar Fig. i einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, bei
der Gummiringe mit L-förmigem Querschnitt vorgesehen sind, deren axiale Schenkel
die Stange oder Welle umschließen; unterhalb dieser Ringe befindet sich die Vorrichtung
zur Ausübung des Axialdruc'kes, Fig.2 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform,
bei der im wesentlichen die gleichen Gummiringe von L-förmigem Querschnitt vorgesehen
sind, bei der jedoch die Vorrichtung zur Ausübung des Axialdruckes abgewandelt ist,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform ähnlich der in Fig. 2 gezeigten, bei der jedoch
Gummiringe von T-förmigem Querschnitt vorgesehen sind, deren axialer Sehenkel an
der Gehäusewand anliegt.
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Gemäß Fig. i ist eine abzudichtende Kolbenstange mit i bezeichnet,
die hin und eher verschiebbar in einem Stopfbüchsengehäuse 2 angeordnet ist, das
auf seinem Grund zur Führung der Stange i eine Büchse ii trägt und mittels einer
Dic'htungsvorrichtung 12 in einem Zylinderdeckel 8 eingeschraubt isst. Die einzelnen
ringförmigen Dichtungselemente aus Gummi bestehen in dem Ausführungsbeispiel aus
je einem Ring 13, 14, 15 von L-förmigem Querschnitt und je einem Ring 16, 17, 18
von kreisförmigem Querschnitt. Die Ringe 16, 17, 18 und die Ringe 13, 14, 15 sind
untereinander gleich. Die Ringe 13; 14, 15 umschließen die Stange i und haben je
einen axialen Schenkel i9 und einen radialen Schenkel 20. Der axiale Schenkel i9
ist auf seinem Außenumfang, wie bei 21 gezeigt, keglig ausgebildet, während der
Außenumfang ges radialen Schenkels 2o die Gehäusewand der Stopfbüchse berührt. Die
Gummiringe 16, 17, 18 von kreisförmigem Querschnitt übertragen in axialer Richtung
die axialen Schenkel i9
der Gummiringe 13, 14, 15 von L-förmigem
Querschnitt so weit, daß auch bei Ausübung des weiter unten beschriebenen Axialdruckes
während des Betriebes der Druckvorrichtung die nach außen weisende Fläche des axialen
Schenkels i9 nicht mit dem nächstfolgenden Dichtungselement in Berührung kommt.
Nach außen wird die Stopfbüchse durch eine Brille 3 abgeschlossen, die auf an sich
bekannte Weise mittels beispielsweise einer Überwurfmutter 9 angezogen wird.
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Die den Axialdruck ausübende Vorrichtung besteht im Ausführungsbeispiel
aus einem aus Gummi bestehenden, nicht unterteilten Ringschlauch io mit einem ringförmigen
Hohlraum 22, der nach dem Flüssigkeitsdruckraum zu über einen Ringraum 5 offen ist.
Dieser Ringraum steht über Kanäle 7, die in einer darunterliegenden Metallscheibe
6 vorgesehen sind, mit dem Flüssigkeitsdruck in Verbindung.
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Während des Betriebes der Vorrichtung -tritt unter Druck stehende
Flüssigkeit über die Kanäle 7 in den Ringkanal 5 und von dort aus in den ringförmigen
Hohlraum 22, von dem aus nun ein Axialdruck auf den Gummiring 13 von L-förmigem
Querschnitt ausgeübt wird. Dieser Axialdruck wird von dem Ring 16 von kreisförmigem
Querschnitt auf den Ring 14 von L-förmigem Querschnitt übertragen, worauf sich das
Spiel bis zum Ring 18 von kreisförmigem Querschnitt wiederholt, der sich gegen die
feste Stopfbüchsenbrille 3 abstützt.
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Unter dem Einfluß des Axialdruckes werden die Ringe 16, 17, 18 mehr
oder minder breit gedrückt, wodurch sie, indem sie sich gegen die Stopfbüchsengehäusewand
abstützen, einen Radialdruck auf die axialen Schenkel i9 der Ringe 13, 14, 15 von
L-förmigem Querschnitt ausüben. Hierdurch werden die Ringe 13, 14, 15 in ihrer Bohrung
gegen die abzudichtende Stange oder Welle gedrückt. Zwischen Schnurring und den
benachbarten L-Ringen muß, damit die L-Ringe nicht direkt gegeneinandergepreßt werden,
immer ein Spalt 4 bestehen.
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Gemäß Fig. 2 sind statt der Ringe von kreisförmigem Querschnitt Ringe
23 von elliptischem Querschnitt gewählt. Der Hauptunterschied besteht jedoch darin,
daß für die Vorrichtung zur Ausübung des Axialdruckes eine ringförmige Manschette
24 gewählt ist, deren Schenkel 27, 28 mit ihrem offenen Maul 26 nach der Stange
i zu weisen. Zwischen diese Manschette 24 und dem ersten Ring 25 von L-förmigem
Querschnitt ist eine Metallscheibe 29 gelegt, deren Außenumfang in der Gehäusewandung
30 geführt ist.
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Der Druck der Flüssigkeit spreizt die Schenkel 27, 28 der Manschette
24 auseinander und übt auf diese `'eise einen Axialdruck auf die Metallscheibe 29
aus, die diesen Axialdruck gleichmäßig auf den ersten Gummiring 25 von L-förmigem
Querschnitt weitergibt. Diese Metallscheibe ist notwendig, damit die gesamte Bodenfläche
des Gummiringes 25 den Axialdruck übernimmt. Dadurch, daß sich der Schenkel 28 gegen
die untere Fläche der Metallscheibe 29 und der Schenkel 27 gegen die Planfläche
31 des Stopfbüchsengehäuses legt, wird gleichzeitig verhindert, daß Druckwasser
zu den einzelnen Dichtungselementen gelangen kann.
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Der Axialdruck, der von dem oberen Schenkel der Manschette 24 in Richtung
nach oben ausgeübt wird, kann variabel gestaltet und dem Flüssigkeitsdruck entsprechend
angepaßt werden. Dies geschieht in der Weise, daß die innere Länge der Manschettenschenkel
länger oder kürzer gemacht wird, wodurch dann die Angriffsfläche für den Flüssigkeitsdruck
entweder größer oder kleiner ausfället. Bei hohem Flüssigkeitsdruck wird der Schenkel
im Innern möglichst kurz und bei niedrigem Flüssigkeitsdruck länger gehalten. Der
Gesamtdruck in axialer Richtung ist dann trotz 'hohem Flüssigkeitsdruck geringer
und im anderen Fall bei niedrigem Flüssigkeitsdruck stärker. Man hat es somit in
der Hand, den Axialdruck selbst zu bestimmen, unabhängig von der Höhe des Flüssigkeitsdruckes.
Dies ist eine wesentliche und vorteilhafte Unterscheidung gegenüber den sonst bekannten
Manschetten- oder sonstigen Gummidichtungen.
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Gemäß Fig.3 ist wiederum die abzudichtende Stange oder Welle i in
einem Stopfbüchsengehäuse 32 vorgesehen. Die einzelnen ringförmigen Dichtungselemente
aus Gummi bestehen in dem Ausführungsbeispiel aus einem Gummiring 33 von T-förmigem
Querschnitt und einem Gummiring 34 von elliptischem Querschnitt. Der Balken des
Gummiringes 33 von T-förmigem Querschnitt liegt an der Gehäusewand 35 an und erstreckt
sich nach beiden Seiten des radialen Schenkels 36 dieses Gummiringes. Die Bohrung
dieses radialen Schenkels umschließt mit Spiel die Stange oder Welle oder liegt
nur lose an sie an.
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Am Grund der Stopfbüchse ist in Übereinstimmung mit der Ausführungsform
nach Fig.2 eine ringförmige Manschette 37 angeordnet, deren Schenkel 38, 39 mit
ihrem offenen Maul 4o nach der Stange oder Welle i zu weisen. Zwischen dem untersten
Gummiring 34 von elliptischem Querschnitt und der Manschette 37 ist ebenfalls eine
Metallscheibe 42 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel jedoch außen mit einem ringförmigen
Ansatz 41 versehen ist, gegen den sich der erste Gummiring von elliptischem Querschnitt
legt.
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Die einzelnen Dichtungselemente werden mit mäßigem Druck mittels einer
Stopfbüchsenbrille 43 gegeneinandergedrückt, deren untere Planfläche, die nach dem
gegen sie liegenden Gummiring von kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt weist,
ebenfalls mit einem ringförmigen Ansatz 44 versehen ist.
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Die Dichtungselemente können auch umgekehrt in der Weise angeordnet
werden, daß die axiale Schenkel der L- oder T-Ringe nach dem Druckzylinder
zu hinweisen.