DE966934C - Packung fuer Kolbenstangenstopfbuechsen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 19. SEPTEMBER 1957

E 5994X11/ 47 f

sind als Erfinder genannt worden

Gustav Espey G.m.b.H., Duisburg

Packung für Kolbenstangenstopfbüchsen

Patentanmeldung bekanntgemacht am 24. September 1953

Patenterteilung bekanntgemacht am 5. September 1957

An Kolbenmaschinen, wie z. B. Dieselmotoren oder Gasmaschinen, sind zur Abdichtung der Kolbenstange gegen hocherhitzte und unter hohem Druck stehende Gase Stopfbüchsenpackungen mit einer Mehrzahl hintereinandergeschalteter Dichtungselemente im Gebrauch, die in gegen die Kolbenstange offenen und von zwischen Distanzringen eingeklemmten Zwischenringen gebildeten Kammern liegen. Als Dichtungselemente finden

ίο dabei innerhalb einer Packung neben allseitig glatten und ungeteilten sowie radial geteilten Ringen, sogenannten Feuerringen, gleichfalls radial geteilte Dichtungsringe Verwendung; die in Ringsektoren unterteilten Ringe sind dabei von federnden Spannringen umschlossen und zusammengehalten.

Diese Dichtungen werden den an sie zu stellenden Anforderungen hinsichtlich Dichtwirkung und Beständigkeit gegenüber den hohen Druck- und Wärmebeanspruchungen, denen sie ausgesetzt sind, nicht gerecht. Die glatten, ungeteilten Feuerringe setzen dem Gasstrom, nur geringen Widerstand entgegen, so< daß er fast ungeschwächt auf die nachgeordneten geteilten Feuerringe zur Wirkung kommt. Aber auch diese verlieren schon nach kurzzeitigem Gebrauch ihre Dichtwirkung, weil schon bei geringer Abnutzung der Lauffläche die Ringsektoren mit ihren radialen Stoßflächen zur Anlage kommen und damit ein weiteres Anlegen der Ringsegmente an die Kolbenstange unmöglich wird. Außerdem sind bei ihnen die Berührungsflächen mit den die Kammern seitlich begrenzenden

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Zwischenringen nur klein, weil nahezu der halbe Kammerraum von den die geteilten Ringe umgebenden federnden Spannringen eingenommen wird. Infolge der geringen Breite der Berührungsflächen nutzen sowohl die Feuerringe als auch die Zwischenringe sich sehr schnell ab. Genau das gleiche gilt für die sich an die geteilten Feuerringe nach außen anschließenden eigentlichen Dichtungsringe, deren Aufbau dem der geteilten Feuerringe völlig entspricht. Die Folge der schon nach kurzer Betriebsdauer einsetzenden Abnutzung ist, daß die Stopfbüchse anfängt zu blasen, wobei der heiße Gasstrom das Schmieröl wegbläst und verkokt und alle Stopfbüchsenteile über Gebühr erhitzt werden. Das Blasen der Stopfbüchse bedeutet aber hohen Leistungsverlust, Mehrverbrauch an Brennstoff und Verunreinigung der Außenluft. Das häufige Auswechseln abgenutzter Ringe und sonstiger Stopfbüchsenteile hat unerwünschte Betriebsunterbrechungen zur Folge und der häufige Ersatz unbrauchbar gewordener Teile verursacht hohe Kosten.

Nun sind zwar Dichtungsringe für hin- und hergehende Stangen bekannt, die dadurch eine besonders gute Dichtwirkung ergeben, daß sie in tangential zur Stange verlaufenden Ebenen unterteilt und von sie umschließenden Schlauchfedern belastet sind. Derartige Dichtungsringe, die in Stopfbüchsenpackungen für unter niedrigen Temperaturen betriebene Stangen breiteste Verwendung finden, sind aber für die Kolbenstangenstopfbüchsen an Diesel- und Gasmaschinen nicht ohne weiteres geeignet, weil die für die Dichtwirkung unerläßlichen Schlauchfedern der hohen Erwärmung, denen die Packungen solcher Stopfbüchsen durch die an der Stange entlang nach außen dringenden heißen Gase ausgesetzt sind, nicht gewachsen sind.

Die Erfindung zielt darauf ab, solche gegen höhere Temperaturen empfindlichen Dichtungsringe auch in Kolbenstangenstopfbüchsen von Diesel- und Gasmaschinen zu verwenden und ermöglicht dies dadurch, daß zwischen ihnen und dem Kolben außer einem als Ölring ausgebildeten Zwischenring mehrere radial geteilte, von federnden Spannringen belastete Feuerringe sowie nächst dem Kolben mindestens ein ungeteilter, an seiner der Kolbenstange anliegenden Fläche in an sich bekannter Weise mit einer Ringnut von turbinenschaufelf örmigem Querschnitt ausgestatteter Feuerring angeordnet und die die einzelnen Ringkammern trennenden Zwischenringe an ihrer der Kolbenstange zugekehrten Fläche mit einer Ringnut zweckmäßig halbkreisförmigen Querschnitts versehen sind. Die der Kolbenstange zugekehrten Ringnuten, insbesondere die im Querschnitt turbinenschaufelförmige Ringnut des dem Kolben am nächsten liegenden ungeteilten Feuerrings bewirken einen hohen Wärme- und Druckstau, demzufolge der nach außen zu liegende Teil der Packung, in dem die tangential geteilten und von Schlauchfedern belasteten Dichtungsringe angeordnet sind, nicht mehr so stark erwärmt wird, daß die Schlauchfedern in ihrer Wirkung und Beständigkeit beeinträchtigt werden könnten.

Die genannten Feuerringe sind an sich bekannt; neu und damit Gegenstand der Erfindung ist dagegen ihre vorgenannte gemeinsame Verwendung in einer mit tangential geschnittenen und von Schla.uchfedern belasteten Dichtungsringen ausgestatteten Stopfbüchse für hohen Temperatur- und Druckbeanspruchungen ausgesetzte Kolbenstangen zu dem Zweck, diese gegen hohe Temperaturen empfindlichen Dichtungsringe vor schädlichen Beanspruchungen zu schützen.

Eine weitere Verringerung des vom Kolben her nach¹ außen dringenden Gas- und Wärmestromes läßt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erreichen, daß die radial geteilten Feuerringe in ihrer radialen Ausdehnung nahezu derjenigen der Ringkammern entsprechen, und in ihre äußeren Umfangsflächen Ringnuten vorzugsweise nach außen zunehmenden trapezförmigen Querschnitts eingeschnitten sind, die der Aufnahme federnder Spannringe von gleichfalls vorzugsweise trapezförmigem Querschnitt dienen. Durch diese Ausgestaltung der radial geteilten Federringe werden die Berührungsflächen zwischen diesen Ringen und den die sie aufnehmenden Kammern bildenden Zwischenringen wesentlich vergrößert, woraus sich eine erhebliche bessere Dichtwirkung dieser Ringe und eine verringerte Abnutzung der gleitend gegeneinander bewegten Berührungsflächen ergibt. Zugleich sind die sie gegen die Stangen andrückenden Federringe durch die seitliche Abdeckung besser gegen unerwünschte Erwärmung geschützt als die Federringe von Feuerringen üblicher Bauart. Die Lebensdauer der Federringe ist infolgedessen ebenso wie die der von ihnen umschlossenen Ringsektoren wesentlich erhöht.

Eine weitere Verbesserung der Dichtwirkung der zwischen den von Schlauchfedern belasteten Dichtungsringen und dem Kolben angeordneten Feuerringe ergibt sich, wenn man diese Ringe in an sich bekannter Weise sowohl an ihren Laufflächen als auch an ihren Seitenflächen mit Schmiernuten versieht.

Die nähere Ausgestaltung und Wirkungsweise der der Erfindung entsprechenden Stopfbüchsenpackung seien an Hand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Fig. ι stellt einen Axialschnitt durch eine betriebsfertige Packung nach der Erfindung dar;

Fig. 2 zeigt Ansicht und Schnitt eines ungeteilten,

Fig. 3 eines radial geteilten Feuerringes mit Spannring,

Fig. 4 eines tangential geteilten Dichtungsringes mit Schlauchfeder,

Fig. 5 eines Doppelringes mit tangentialer Teilung und Schlauchfedern, jeweils in Schnitt a und Ansicht b.

In dem die Kolbenstange 16 konzentrisch umgebenden Stopfbüchsengehäuse 15 liegen neben

dem Grund- oder Bodenring ι eine Anzahl durch Distanzringe 6 gehaltene Zwischenringe 3, die den Ringraum zwischen Gehäuse 15 und Kolbenstange 16 in ringförmige Kammern aufteilen. Bodenring 1, Distanzringe 6 und Zwischenringe 3 sind durch Schraubenbolzen 17 gegen die äußere Gehäusestirnwand gezogen. Ein Teil der Distanz- und Zwischenringe, und zwar der dem Motorkolben abgewandte Teil, ist mit sich deckenden axialen Bohrungen 18 versehen, die einen am Deckelring 13 beginnenden und in einer radialen Bohrung 19 eines etwa in der Mitte der Packung liegenden Zwischenringes 7 endenden Schtniermittelkanal bilden. Zur Sicherung der Decklage der Schmierkanalbo'hrungen und als Montagehilfe dient ein Anker 12, der sämtliche gegeneinander zu verspannenden Ringe in gleichfalls axial verlaufenden Bohrungen durchsetzt, mit dem Schlußring 14 verschraubt und durch eine auf sein außerhalb des Deckelrings 13 liegendes Ende aufgesetzte und gegen diesen verschraubte Mutter 20 gesichert ist. In den von den Distanz- und Zwischenringen gebildeten Kammern liegen die Ringe, denen die eigentliche Dichtwirkung zukommt. Die erste, dem Kolben zugewandte: und von dem innenliegenden Ringfalz des Bodenringes 1 und dem benachbarten Zwischenring 3 gebildete Kammer enthält den ungeteilten Feuerring 2. Dieser unterscheidet sich von den bei bekannten Stopfbüchsenpackungen dieser Art benutzten Feuerringen dadurch, daß er in an sich bekannter Weise an seiner Lauffläche mit einer Ringnut 21 versehen ist, deren Querschnitt etwa die Form einer Turbinenschaufel hat und deren stärker gekrümmter Wandteil den entlang der Kolbenstange strömenden Gasen entgegengerichtet ist. Diese Ringnut 21 bewirkt neben einer Entspannung des Gasdrucks eine Wirbelbildung, die außerordentlich hemmend auf den Gasstrom wirkt. Einen gleichen Zweck erfüllen die Ringnuten 22 in den der Stange 16 zugewandten Flächen der nächstfolgenden Zwischenringe 3.

Auf den ungeteilten Feuerring 2 folgen mehrere — im gezeichneten Beispiel vier — radial geteilte und von je einem Spannring 5 gegen die Kolbenstange gehaltene Feuerringe 4. Diese entsprechen abweichend von den bekannten, radial geteilten und federbelasteten Feuerringen in ihrer Breite nahezu der vollen Kammerhöhe und nehmen die federnden Spannringe 5 in äußeren Ringnuten von nach außen trapezförmig erweitertem Querschnitt auf. Durch diese Maßnahme sind die Berührungsflächen der Feuerringe mit den benachbarten Zwischenringen 3 wesentlich verbreitert, wodurch sich eine ganz erheblich verbesserte Dichtwirkung ergibt. Die geteilten Feuerringe 4 weisen an ihren Lauf- und Seitenflächen Schmiernuten 23 auf. Die bisher beschriebenen Verbesserungen an Feuer- und Zwischenringen haben zur Folge, daß Druck und Temperatur des Gasstroms so stark nach außen zu abnehmen, daß in den weiter außenliegenden Kammern der Stopfbüchse unbedenklich Dichtungsringe 8 benutzt werden können, die mit gegen starke Erwärmung empfindlichen Schlauchfedern 9 belastet sind. Diese an sich bekannten Dichtungsringe sind in tangentialen Ebenen 24 ge- 6g teilt und nehmen den Federdruck an nahe den Teilungen gelegenen Spitzen 25 auf, wodurch sich eine zuverlässige Dichtung auch bei starker Abnutzung der Laufflächen ergibt. Ein Teil dieser Dichtungsringe kann aus gleichartigen Doppelringen 8^a (Fig. 5) bestehen, bei denen die Dichtwirkung durch, das gegenseitige Überdecken der Teilschnitte 24 noch erhöht ist.

Obwohl auch bei der hier beschriebenen Stopfbüchsenpackung auf gute Schmierölzulieferung zu allen Verbrauchsstellen zu achten ist, um jede unnötige Reibung zu vermeiden, ist infolge der überall dicht gegeneinanderliegenden Flächen der Schmiermittel verbrauch geringer als bei den bisher bekannten Packungen verwandter Art.

Alle Stopfbüchsenteile sind aus wärmebeständigem Spezialgußeisen, das Gewähr für Beständigkeit der Form, Festigkeit und gute Gleiteigenschaften bietet.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Packung für Kolbenstangenstopfbüchsen mit einer Mehrzahl von hintereinandergeschalteten Feuer- und Dichtungsringen, gekennzeichnet durch die Verwendung wenigstens go eines an sich bekannten, in tangential zur Kolbenstange verlaufenden Ebenen unterteilten und durch eine in einer äußeren Ringnut seiner Segmente ,gehaltene Schlauchfeder mit der Kolbenstange in Anlage gehaltenen Dichtungsringes sowie dadurch, daß zwischen ihm und dem Kolben außer einem als ölring ausgebildeten Zwischenring mehrere radial geteilte, von federnden Spannringen belastete Feuerringe sowie nächst dem Kolben mindestens ein ungeteilter, an seiner der Kolbenstange anliegenden Fläche in an sich bekannter Weise mit einer Ringnut turbinenschaufelförmigen Querschnitts ausgestatteter Feuerring angeordnet und die die einzelnen Ringkammern trennenden Zwischenringe an ihrer der Kolbenstange zugekehrten Fläche mit einer Ringnut zweckmäßig halbkreisförmigen Querschnitts versehen sind.

2. Packung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial geteilten Feuerringe in ihrer radialen Ausdehnung nahezu der der Ringkammern entsprechen und ihre äußeren Umfangsflächen nach außen erweiterte Ringnuten trapezförmigen Querschnitts eingeschnitten sind, die der Aufnahme federnder Spannringe von gleichfalls trapezförmigem Querschnitt dienen.

3. Packung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Feuerringe in an sich bekannter Weise an ihren Laufflächen und Seitenflächen mit Schmiernuten versehen sind.

4. Packung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von Schlauchfedern belasteten Dichtungsringe in

an sich bekannter Weise je aus drei federbelasteten Segmenten mit sich gegenseitig berührenden, etwa tangential zur Bohrung verlaufenden Stirnseiten bestehen, deren Höhe über ihre ganze Segmentlänge allmählich abnimmt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 113 098, 189239. 316, 491 367, 549 572, 594 103, 715 955; deutsche Patentanmeldung D 2108 XII/47 f;

Mitteilungsblatt d. Firma Sack und Kiesselbach. Düsseldorf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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