DE2113364A1 - Stopfbuechsendichtung aus mehreren Ringen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

dr. W. Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dan ν en berg

DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WEINHOLD · DR. D. GUDEL

6 FRANKFURT AM MAIN

CR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

17. März 1971 File 3446

Da/Stt

HALLITE HOLDINGS LIMITED Oldfield Works, Hampton Middlesex, England

Stopfbüchsendichtung aus mehreren Ringen

Die Erfindung bezieht sich auf Stopfbüchsendichtungen. Diese dienen zum Abdichten eines strömenden Mediums zwischen relativ zueinander bewegbaren Teilen, wie beispielsweise eines hin- und hergehenden Gliedes, etwa einer Welle, die sich durch eine Bohrung bzw. Öffnung erstreckt. Die Welle kann außerdem oder stattdessen relativ zu der Öffnung eine Drehbewegung ausführen.

Die Erfindung bezweckt insbesondere, eine ·Stopfbüchsendichtung zu schaffen, die verhältnismäßig leicht auszuwechseln ist, ohne wesentliche Demontage der Maschine, in der sie sich befindet. Beispielsweise kann bei einer hydraulischen Ramme als Ausrüstungsteil einer Anlage für Erdbewegungen gelegentlich das Auswechseln einer solchen Dichtung ei'forderlich werden, wobei dann die Zeit, während deren die Anlage außer Betrieb ist, sehr kostspielig ist.

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Um ein rasches Einsetzen eines neuen Dichtungsringes in solchen Dichtungen zu ermöglichen, wurden die Dichtungsringe "bisher mit Spalt ausgebildet. Sobald der abgenutzte Ring beseitigt war, so konnte ein neuer dank des Spaltes über die Welle gezogen und dann in dem hierfür vorgesehenen Raum bzw. Gehäuse angeordnet werden.

Die bekannten Ringe-waren jedoch stets für einen Paßsitz zwischen den beiden von ihnen abgedichteten Teilen dimensioniert bzw. ausgebildet. Aus diesem Grunde waren sie

^ schwierig einzusetzen und zeigten nach dem Einsetzen eine Tendenz zu falscher Ausrichtung oder falscher Überlappung der Spaltflächen infolge der peripher angreifenden tangentialen Druckkräfte, denen der Ring ausgesetzt war. Dies führte zu besonderen Schwierigkeiten bei mehrteiligen Dichtungsaggregaten, wie beispielsweise Chevron-Dichtungen. . Hinzu kommt, daß, falls der durch den Spalt gebildete Durchlaß offenbleibt, die Strömung durch diesen Spalt diesen noch erweitert. Um dem zu begegnen, wurden stirnseitig mechanische Belastungen vorgesehen, durch die ein axialer Druck zum Zusammendrücken des Stopf büchsendichtringes oder mehrerer dieser Ringe ausgeübt werden konnte. Damit war jedoch wieder der Wachteil einer leichten radialen Aus-

w dehnung der Ringe mit entsprechend gesteigertem, radialem Druck gegen die Arbeitsfläche verbunden. Dies bedeutete wiederum vergrößerte Reibung und gesteigerten Verschleiß und konnte sogar infolge örtlicher Überhitzung durch Joule¹sehe Wärme zu einem vollkommenen Versagen führen.

Es wurde nun gefunden, daß eine wirksame Stopfbüchsendichtung mit einem gespaltenen Dichtring dadurch herstellbar ist, daß ein Dichtring derart geformt wird, daß er in seinem unzusammengedrückten Zustand die Arbeitsfläche nicht

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berührt, wobei aber dafür gesorgt wird, daß in einer bestimmten Stellung axialer Druck auf ihn ausgeübt werden kann, um ihn auf die zum Abdichten geeignete Dimension zu bringen und einen Spalt im Ring zu schließen.

Gemäß einer Ausführungsmöglichkeit der Erfindung wird eine Stopfbüchsendichtung vorgesehen, die drei kreisförmige axial nebeneinander angeordnete Ringe aufweist, von denen der mittlere aus elastomerem, die beiden äußeren Ringe dagegen aus hartem Material bestehen; die drei Ringe weisen, benachbart zu ihrer einen Peripherie, ebene Stirnflächenteile auf, die gegeneinander zur Anlage gebracht werden können, und der mittlere Ring hat seiner anderen Peripherie benachbart eine größere axiale Ausdehnung als im Bereich der ebenen Teile, wobei die diesen Teilen zugeordnete periphere Fläche des Dichtringes gegenüber der benachbarten peripheren Fläche der beiden harten Ringe zurückversetzt ist. Bei einer solchen Anordnung wird durch axialen Druck auf den mittleren Ring über die ebenen Stirnflächenteile der beiden Außenringe der schmalere, also axial kürzere Teil des Dichtrings in radialer Richtung bewegt, so daß er mit den entsprechenden peripheren Flächen der Außenringe fluchtet oder sogar über diese vorsteht.

Um den eingangs genannten Zweck zu erreichen, nämlich ein leichtes Auswechseln des Dichtrings einer Stopfbüchsendichtung, wird der Dichtring gespalten. Er kann entweder von vornherein als Spaltring geformt oder aber vom Hersteller als spaltloser Ring vertrieben und erst vor Gebrauch mit einem Spalt versehen werden. Ein bevorzugter Schnitt zum Erzielen dieses Spaltes besteht aus einem einzigen geraden Schnitt in einer Ebene, die mit der Axialebene einen Winkel von etwa 45° bildet.

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Die vorerwähnten ebenen Stirnflächenteile der drei Ringe ' erstrecken sich vorzugsweise etwa über die Hälfte der radialen Ausdehnung der Ringe, wobei ein Paar kegelstumpfförmiger Oberflächen mit einem Kegelwinkel von etwa 45° zu dem breiteren Teil des Dichtringes überführt. Vorzugsweise ist die axial kürzere periphere Oberfläche des Dichtrings seine radial innere Oberfläche.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der *Erf indung wird eine Stopfbüchsenanordnung eines bewegbaren Elements vorgesehen, das in der Öffnung eines Lagers arbeitet und gegen Durchsickern zwischen dem bewegbaren Element und dem Lager durch eine Stopfbüchsendichtung abgedichtet ist, die drei axial nebeneinander liegende Ringe aufweist, von denen die beiden Außenringe aus hartem Material ausgebildet sind, der mittlere Ring dagegen als Dichtring aus elastomerem Material mit einem Spalt, wobei der mittlere Ring seiner einen Peripherie benachbart einen Teil aufweist, der an jeder axialen Seite durch eine ebene Fläche begrenzt ist, während die Außenringe einen ebenen Stirnflächenteil zur Anlage gegen die ebenen Flächen des mittleren Ringes haben, wobei dieser Teil des mittleren Ringes geringere axiale Ausdehnung hat als die andere Peripherie dieses Ringes und die periphere Oberfläche des axial kürzeren Teiles des mittleren Ringes in dessen axial nicht zusammengedrücktem Zustand gegenüber den entsprechenden peripheren Oberflächen der Außenringe zurückversetzt ist; und wobei eine Einrichtung zum axialen Zusammenpressen der Stopfbüchsendichtung vorgesehen sind, wodurch die Außenringe axial gegeneinander bewegbar sind, um den mittleren Ring über die ebenen Flächen zusammenzudrücken und dadurch die axial kürzere periphere Fläche des mittleren Ringes in Arbeitsberührung, je nachdem, mit dem bewegbaren Glied oder mit dem Gehäuse zu bringen.

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-P-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigen:

Fig. 1 und 2 schematisch und übertrieben zur Verdeutlichung der Arbeitsweise, abgebrochen Axialschnitte durch ein Lager mit Stopfbüchsendichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 die gleiche Schnittansicht, jedoch in mehr realistischer Darstellung und im Betriebszustand; und

Fig. 4 perspektivisch in auseinandergezogener Darstellung die Stopfbüchsendichtung.

Fig. 1 und 2 zeigen ein bewegbares Glied 1, das in einem Lager 2 hin- und herbewegbar ist (beispielsweise eine durch eine Stirnplatte eines Zylinders hin- und herbewegbare Welle), Die Welle kann außerdem oder stattdessen in dem Lager drehbar sein. In einer Aussparung 8 des Lagers 2 ist eine Stopfbüchsendichtung 3 eingesetzt, die aus drei axial nebeneinander angeordneten und miteinander in Berührung stehenden

ngen besteht. Es sind zwei harte Außenringe 4 und 5 und zwischen diesen ein mittlerer Dichtring 6 vorgesehen. Der Ring 6 besteht aus elastomerem Material, beispielsweise Nitrilkautschuk, Polyurethan, Neopren, Fluorkohlenstoff oder Äthylen Propylen, während die Außenringe 4 und 5 aus hartem Material, wie beispielsweise Stahl, Gußeisen, Messing, Nylonacetat-Kunstharz oder Phenolharz bestehen. Die natürliche axiale Länge der als Ganzes mit 3 bezeichneten Stopfbüchsendichtung ist größer als die axiale Länge der sie

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aufnehmenden Aussparung 8 (Fig. 1), und es ist eine Ein-, richtung vorgesehen, beispielsweise eine Deckplatte 7, die an das Lager 2 anschraubbar ist, wodurch die Dichtung 3 axial zusammengedrückt werden kann (Fig. 2 und 3).

Die Form des Dichtringes 6 ist so gewählt, daß er seiner einen Peripherie benachbart einen Teil 9 aufweist, der durch ebene Stirnflächen 10 begrenzt und in axialer Richtung kürzer als die andere periphere Oberfläche 11 ist. Die ebenen Stirnflächen 10 gehen in kegelstumpfförmige Seiten-

P flächenteile 12 über, deren bevorzugter Kegelwinkel 45° beträgt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die axial kürzere periphere Oberfläche 13 des Dichtringes 6 die radial innere Oberfläche, und diese hat in nicht zusammengedrücktem Zustand des Ringes einen größeren Radius als der Radius der entsprechenden peripheren Oberfläche 14 der Ringe 4 und 5. Die Oberfläche des Dichtrings 6 ist daher gegenüber den entsprechenden Oberflächen der Ringe '4 und 5 zurückversetzt. Die Ringe 4 und 5 haben ebene und kegelstumpfförmige Stirnflächenteile entsprechend den Stirnflächenteilen des Dichtrings 6. Bei Anwendung von axialem Druck,wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, wird der schmalere, d.h. axial kürzere Teil 9 des Dichtringes 6 axial zusammengedrückt und radial herausgequetscht, so daß seine periphere Oberfläche 13* (Fig. 2) mit den entsprechenden Oberflächen 14 der Ringe 4 und 5 fluchtet oder über diese hinausragt (Fig. 2). Der gleiche axiale Druck kommt auf den gesamten Ring 6 zur Einwirkung (da die aneinandergrenzenden Flächen der Ringe 4, 5 und 6 überall miteinander in Berührung stehen), aber die tatsächliche radiale Ausdehnung ist. an der äußeren peripheren Fläche 11 des Ringes 6. aufgrund von deren größerer axialer Länge wesentlich geringer.

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Daher kann der Dichtring 6 so hergestellt werden, daß seine äußere breitere periphere Fläche 11 im wesentlichen einen Paßsitz mit dem ihn aufnehmenden Gehäuse bildet, während die innere schmalere periphere Oberfläche 13, also seine lichte Bohrung, überdimensioniert ist.

Die inneren und äußeren peripheren Flächen der Ringe · 4 und können gerade mit Bewegungssitz gegenüber dem Gehäuse und der Welle ausgebildet sein. Eine den tatsächlichen Verhältnissen näherkommende Darstellung zeigt Fig. 3» während in Fig. 2 der Unterschied zwischen den Radien der Oberflächen 13' und 14 übertrieben gezeigt ist.

Natürlich kann die Stopfbüchsendichtung auch so untergebracht sein, daß sie gegenüber einer radial außen liegenden Fläche abdichtet. In einem solchen Fall wird dann entsprechend eine Uhterdimensionierung des äußeren Radius des Dichtringes vorgesehen, wobei dieser Radius dann durch axiale Zusammendrückung vergrößert wird.

Beim Ersatz eines verbrauchten Dichtringes einer solchen Dichtung wird mindestens der neue Dichtring 6 mit einem Spalt versehen, und zwar entweder schon vom Hersteller, bevor der Ring zum Versand kommt, oder der Spalt wird erst an Ort und Stelle angebracht (wobei allerdings ein sauberer Schnitt mit exaktem Yferkzeug erforderlich ist). Der Spalt kann durch jeden Schnitt durch die Dicke des Rings erzielt werden, der eine tangentiale Komponente hat, d.h. der schräg zur Axialebene liegt, und ein bevorzugter Schnitt (Fig. 4) ist ein einziger Schnitt in einer Ebene unter 45° zur Achse, obwohl auch versetzte oder Sägezahnschnitte ausgeführt werden können. Ein Auswechseln erfolgt zweckmäßig

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in der Weise, daß die Druckplatte 7 und der Außenring 5, " die beide starr sind, längs der Welle 1 verschoben werden, aber auf dieser verbleiben. Der verbrauchte Ring 6 wird mit einem geeigneten Abziehwerkzeug gelöst und durch Abschneiden von der Welle entfernt. Der neue Spaltring 6 wird über die Welle gezogen und in Stellung gegen den Außenring 4 gedrückt. Ein Ausbauen der Welle selbst ist nicht erforderlich. Da für den Dichtring 6 kein Paßsitz zwischen dem Gehäuse und der Welle besteht, solange er 'sich in unzusammengedrücktenrZustand befindet, ist das Einpassen des Ringes 6 verhältnismäßig einfach und die seinen Spalt begrenzenden Flächen kommen auf natürliche Weise zu einer guten gegenseitigen Ausrichtung. Dann wird der Außenring 5 wieder in seine Stellung gebracht' und die Druckplatte 7 angezogen, wodurch die Dichtung unter axialen Druck kommt. Dies hat die doppelte Wirkung, daß die in dem Spalt vorhandene Lücke geschlossen und der Dichtring selbst radial verlagert wird, und zwar vor allem an seiner schmaleren peripheren Oberfläche, aber in geringem Maße auch an der anderen peripheren Oberfläche, wodurch eine wirksame Abdichtung zustande kommt.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische und auseinandergezogene Ansicht einer Stopfbüchsendichtung aus drei Ringen, die, für sich genommen, schon eine Ausführungsmöglichkeit der Erfindung darstellt.

Das Maß der anzuwendenden axialen Zusammendrückung und das Maß des durch die zurückgesetzte periphere Oberfläche des Dichtrings gebildeten Spiels bzw. Abstands ergibt sich empirisch, so daß der von dem Dichtring 6 ausgeübte radiale Abdichtungsdruck berechnet werden kann, um schädliche Auswirkungen örtlicher Überhitzung oder durch gewöhnliche Reibung hervorgerufenen Verschleißes - wie sie

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eingangs erwähnt wurden - zu vermeiden.

Der Dichtring und die harten Ringe können, insbesondere wenn letztere aus gewebeverstärktem.Kautschuk hergestellt sind, miteinander verbunden bzw. verklebt werden, um eine erfindungsgemäße Stopfbüchsendichtung in Form eines einheitlichen Bauteils zu ergeben.

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Claims (1)

17. März 1971 ' File 3446

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Patentansprüche

Stopfbüchsendichtung aus mehreren Ringen, von denen wenigstens einer ein elastomerer, in Betriebsbereitschaft gespaltener Dichtring ist, der unter axialem Druck abdichtende Berührung gewährleistet, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (6) seiner einen Peripherie (13) benachbart einen durch ebene Stirnflächen (10) begrenzten Teil (9) von geringerer axialer Ausdehnung als ein der anderen Peripherie (11) des Ringes (6) benachbarter Teil aufweist, wobei der normale Radius der einen Peripherie (13) unterschiedlich von dem gewünschten Arbeitsradius ist, und daß harte Ringe (4, 5) mit entsprechenden ebenen Stirnflächen zur Anlage gegen die ebenen Stirnflächen (10) versehen sind, über die durch axialen Druck der gewünschte Arbeitsradius der einen Peripherie (13) erzeugbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Stirnflächen (10) sich etwa über die Hälfte des radialen Ausmaßes des Dichtringes (6) erstrecken.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Stirnflächen (10) an kegelstumpfförmige Stirnflächen (12) mit einem Kegelwinkel von etwa 45° anschließen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (6) als Spaltring hergestellt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (6) als spaltfreier Ring hergestellt und vertrieben, jedoch vor Gebrauch mit einem Spalt versehen wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt aus einem Schnitt (15) in einer Ebene besteht, die mit der Axialebene einen Winkel von etwa 45° bildet.

Verfahren zum Auswechseln einer Büchsendichtung in einem Gehäuse, wobei ein Druckelement gelöst, der verbrauchte Dichtring durch einen neuen ersetzt und das Druckelement wieder zu axialem Druck gegen den neuen Ring eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckelement ein harter Ring (4, 5) einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist und daß der neue Dichtring (6) in seinem nicht zusammengedrückten Zustand ein frei bewegbar in das Gehäuse einsetzbares Teil ist.

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8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ■ gekennzeiclinet, daß die Ringe (4, 5, 6) zu einer Einheit verbunden bzw. verklebt sind.

Patentanwalt:

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