DE10342751B4 - Dichtungsanordnung - Google Patents
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Abstract
Dichtungsanordnung
(10, 10a), die zwischen einem Gehäuse (12) und einem in dem Gehäuse (12)
angeordneten Bauteil (14) wirksam ist, mit einem mit dem Gehäuse (12)
fest verbundenen Anschlag (16), mit einer sich am Anschlag (16)
abstützenden
Feder (20), mit zumindest einem mit der Feder (20) in Wirkverbindung
stehenden ersten Dichtelement (22) und mit einem mit dem ersten
Dichtelement (22) auf der der Feder (20) entfernt gelegenen Seite
zusammenwirkenden und mit dem Gehäuse (12) verbundenen Widerlager
(24, 34), wobei das erste Dichtelement (22) zumindest aufgrund der
Federkraft bereichsweise gegen das Gehäuse (12) und das Bauteil (14) drückt, sodass
eine Abdichtung von einer Vorderseite zu einer Rückseite des Gehäuses (12)
und des Bauteils (14) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das
Widerlager (34) gegen die Federkraft soweit verstellbar ausgebildet
ist, dass die Feder (20) vollkommen zusammengepresst – auf Block
gesetzt – und
das Dichtelement (22) weiter belastet wird, sodass insbesondere
eine aufgetretene Undichtigkeit durch...
Description
- Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
- Derartige Dichtungsanordnungen sind grundsätzlich in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und dienen zur Abdichtung beweglicher Kegelstangen oder von Wellen in Hub- oder Schwenkstellgeräten. Sie werden als so genannte Stopfbuchsenpackungen ausgebildet und verwendet, vgl. Handbook of Control Valves, 1976, 2nd Edition, J. W. Hutchison, S. 40,42 und Control Valves, Practical Guides for Measurement and Control, 1998, Guy Borden, Paul G. Friedmann, S. 295, 296.
- Bei der ersten bekannten Art von Dichtungsanordnungen, einer nachstellbaren Stopfbuchse, sind mehrere Dichtringe aus Dichtmaterial zwischen einem Gehäuse und einem Bauteil eingebracht. Diese Dichtringe sind zur einfacheren Montage meist schräg geschlitzt und aus einem PTFE-Compound oder mit Graphit gefülltem Gewebe oder aus gepresstem Graphit hergestellt. Der zur Abdichtung notwendige radiale Anpressdruck wird über ein Druckstück axial aufgebracht und der Anpressdruck über ein Anziehen oder Lösen einer mit dem Gehäuse zusammenwirkenden Mutter, die mit dem Druckstück gekoppelt ist, eingestellt. Die Dichtringe liegen an ihrem dem Druckstück entfernt gelegenen Ende an einem Anschlag an, der fest mit dem Gehäuse oder integralem Bestandteil des Gehäuses verbunden ist. Konzentrisch innerhalb des Gehäuses ist das Bauteil in Form einer Stange gelagert.
- Ein Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass bei einer auftretenden Undichtigkeit der Anpressdruck des Dichtelements und somit die Dichtkraft des Dichtelements durch Nachbewegen des Druckstücks nachgestellt werden kann, ohne dass gleich die Dichtringe ausgewechselt werden müssen. Das Druckstück wird dabei über die Mutter – eine Stopfbuchsenmutter – oder ein Druckstück mit Stopfbuchsbrille axial verstellt.
- Die zweite bekannte Ausführungsform besteht ebenfalls aus einem Gehäuse, in dem konzentrisch ein Bauteil, beispielsweise in Form einer Welle, angeordnet ist. Auch hier ist ein Anschlag mit dem Gehäuse fest verbunden. Daran schließt sich eine Feder an, die gegen ein Dichtelement drückt, das mittelbar oder unmittelbar auf ein Widerlager in Form eines auf Anschlag im Gehäuse geschraubten Druckstücks wirkt. Hierbei handelt es sich um eine federbelastete Stopfbuchse, deren Dichtelement mehrere, meist aus einem PTFE-Compound gefertigte V-Ringe aufweist. Das Dichtelement wird zur Feder durch einen Druckring begrenzt, der an der Feder anliegt. Die eigentliche Dichtkraft des Dichtelements wird in erster Linie durch den Innendruck im Gehäuse erzeugt, der die V-Ringe spreizt. Um auch bei niedrigen Drücken bzw. beim Druckaufbau eine gewisse Dichtkraft sicherzustellen, ist die Feder vorgesehen. Die Dichtungsanordnung funktioniert aber auch ohne Anschlag und Feder. Hierbei wird die Dichtkraft allein aufgrund des Innendruckes auf das Dichtelement erzeugt.
- Die eine Feder aufweisende Dichtungsanordnung hat einen Vorteil gegenüber der erst genannten nachstellbaren Ausführung, da klar definierte Kräfte auch bei niedrigen Drücken auf das Dichtelement wirken, was für die Funktion von Regelstellgeräten wichtig ist. Darüber hinaus wird ein geringerer Verschleiß oder ein Setzen des Dichtungsmaterials durch die Feder ausgeglichen. Zudem wird durch das auf Anschlag gehaltene Widerlager erreicht, dass die Federvorspannung durch das Widerlager festgelegt ist, es zu keinem Zusammenpressen der Feder und ein Beschädigen der Dichtelemente durch Zusammenquetschen aufgrund eines zu weit auf die Feder zu bewegten Widerlagers kommt. Derartige Dichtungsanordnungen gelten als wartungsfrei und haben eine wesentlich längere Standzeit bei gleicher Beanspruchung.
- Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, dass gegenüber nachstellbaren Dichtungsanordnungen bei auftretender Undichtigkeit die Dichtelemente kurzfristig gewechselt werden müssen. Ein behelfsmäßiges Zusammenpressen der Dichtelemente bei Undichtigkeit der Dichtungsanordnung zur zeitlich und funktionsmäßig begrenzten Aufrechterhaltung der Funktion der Dichtungsanordnung; das so genannte Freitag-Abend-Problem, wie dies bei der erst genannten nachstellbaren Dichtungsanordnung möglich ist, besteht nicht.
- In der
DE 2819723 C2 ist eine Stopfbuchse zum Abdichten eines Maschinenteils gegenüber einem Gehäuse mit einer Stopfbuchsenbrille, die mit Hilfe von Schrauben gegenüber dem Gehäuse verschiebbar und gegen eine Kombination von Einzelpackungen mit einem voneinander unterschiedlichen Kompressionswiderstand anpressbar ist, offenbart. Der grundlegende Gedanke der offenbarten Stopfbuchse ist, dass neben einer Primärdichtung, die unmittelbar in der ersten Stufe an dem abzudichtenden Maschinenteil anliegt, in einer Aussparung des Gehäuses wenigstens eine weitere Reservedichtung angeordnet ist, deren Abdichtfläche jedoch erst im Anschluss an ein Ausfallen der Hauptdichtung in einen Oberflächenkontakt mit dem abzudichtenden Maschinenteil gebracht wird. - Aus der
DE 3872128 T2 ist eine Ventilspindelstopfbüchse für hohe Drücke und Temperaturen bekannt. Kennzeichnend für die Ventilspindelstopfbuchse ist dabei, dass der um einen Ventilschaft angeordnete Abstreifring aus einem hochtemperaturfesten organischem oder anorganischem Fasermaterial und einem elastomeren Nitrilbindemittel gebildet ist und eine Härte aufweist, die dazu ausreicht, die Abstreifwirkung und die Dichtwirkung der Abstreifung zu ermöglichen, so dass das Ventil bei hohem Druck- und Temperaturbedingungen von etwa 49644Kpa (7200 psi) und 232°C eingesetzt werden kann. - Eine weitere Stopfbuchse ist in der
CH 2 50 272 - Ausgehend von dieser zweiten federbelasteten Dichtungsanordnung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, die unter Vermeidung der genannten Nachteile die Dichtigkeit auch bei längeren Standzeiten und Materialermüdungen für einen Notbetrieb gewährleistet.
- Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
- Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich auch bei federbelasteten Dichtungsanordnungen die Vorteile der nachstellbaren Dichtungsanordnung realisieren lassen, wenn das Widerlager – Druckstück – entgegen der Federkraft einstellbar ausgebildet ist.
- Nach der Erfindung ist daher das Widerlager gegen die Federkraft soweit verstellbar ausgebildet, dass die Feder vollkommen zusammengepresst, also auf Block gesetzt, wird und das Dichtelement weiter belastet wird, sodass insbesondere eine auftretende Undichtigkeit, beispielsweise durch nachlassende Eigenschaften des Materials des Dichtelements, durch die weitere Belastung des Dichtelements und somit durch Erzeugen einer zusätzlichen Dichtkraft über das Dichtelement behebbar ist – Notbetrieb. Hierdurch kann auf einfache Weise erreicht werden, dass bei auftretender Undichtigkeit der Dichtelemente ein behelfsmäßiges Zusammenpressen der Dichtelemente zur zeitlich und funktionsmäßig begrenzten Aufrechterhaltung der Dichtungsfunktion ermöglicht wird. Dabei wird die Funktion der Feder ausgeschaltet und die weitere Dichtkraft nur noch über das Widerlager festgelegt.
- Um sowohl die Dichtkraft, die primär durch den Innendruck und die Feder bewirkt wird, als auch die Dichtkraft, die aufgrund des einstellbaren Widerlagers bewirkt wird, zu optimieren, ist zwischen dem Widerlager und dem ersten Dichtelement ein zweites Dichtelement zwischengeschaltet. Hierbei ist insbesondere das zweite Dichtelement ungleich dem ersten Dichtelement ausgebildet. Das zweite Dichtelement drückt vorzugsweise aufgrund seiner Vorspannung gegen das Gehäuse und das Bauteil.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das erste Dichtelement einen oder mehrere V-Ringe, die bei Belastung von der einen Seite sich dichtend seitlich radial nach außen bewegen. Die V-Ringe bestehen vorzugsweise aus PTFE-Compound.
- Das zweite Dichtelement besteht aus einem oder mehreren Ringen, zumindest ein Ring kann schräg geschlitzt sein, um eine Bewegung quer zur Federkraft auf das Bauteil zu gerichtet auszuführen. Zudem wird hierdurch auch die Montage vereinfacht, weil die Ringe ohne Ausbau des beispielsweise als Stange ausgebildeten Bauteils montiert werden können.
- Das zweite Dichtelement kann PTFE-Compound oder mit Graphit gefülltes Gewebe oder gepresstes Graphit umfassen.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen Feder und erstem Dichtelement eine erste Druckscheibe angeordnet. Insbesondere kann auch zwischen zweitem Dichtelement und dem Widerlager eine zweite Druckscheibe angeordnet sein.
- Das Bauteil kann als Welle, Achse, Stange oder dergleichen, insbesondere als Kegelstange ausgebildet sein.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Distanzstück vorgesehen, welches die Lage des Widerlagers relativ zum Anschlag und somit die Federvorspannung für den Normalbetrieb festlegt. Dies hat den Vorteil, dass verhindert wird, dass es bei der Montage zu keinem Zusammenpressen der Feder und ein Beschädigen der Dichtelemente durch Zusammenquetschen aufgrund eines zu weit auf die Feder zu bewegten Widerlagers kommt. Lässt beispielsweise die Dichteigenschaft der Dichtelemente nach, wird dieses Distanzstück entfernt und das Widerlager nachgestellt. Gegebenenfalls kann dann ein weiteres Distanzstück für den Notbetrieb eingebracht werden, um zu verhindern, dass die Dichtelemente durch zu starkes Zusammenpressen beschädigt werden.
- Dabei kann auch eine Markierung vorgesehen sein, welche die Position des Widerlagers relativ zum Anschlag zeigt, insbesondere ob die Dichtungsanordnung sich im Normalbetrieb oder einem Notbetrieb befindet.
- Das Widerlager ist vorzugsweise lösbar in seiner Position gegen ein selbsttätiges Lösen, beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen, Vibrationen o.ä., gesichert.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtungsanordnung als Stopfbuchsenpackung ausgebildet.
- Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine Querschnittsansicht durch eine Dichtungsanordnung gemäß dem Stand der Technik, und -
2 eine Querschnittsansicht durch die Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung. - In
1 ist eine Dichtungsanordnung10 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Dichtungsanordnung10 ist zwischen einem Gehäuse12 und einem als Welle ausgebildeten Bauteil14 eingebracht. Das Gehäuse12 und das Bauteil14 sind zusammen mit der Dichtungsanordnung10 Teil eines Schwenkstellgerätes. - Das Bauteil
14 ist in dem Gehäuse12 konzentrisch angeordnet. Konzentrisch zum Bauteil14 ist auch die Dichtungsanordnung10 um das Gehäuse12 herum angeordnet. - Das Gehäuse
12 weist eine Bohrung18 auf, in der die Dichtungsanordnung10 sowie das Bauteil14 eingebracht sind. - Die Dichtungsanordnung
10 weist einen Anschlag16 auf, der mit dem Gehäuse12 fest verbunden ist. Des Weiteren ist die Dichtungsanordnung10 mit einer Feder 20, einem ersten Dichtelement22 und mit einem Widerlager24 versehen. Die Feder20 liegt auf der einen Seite an dem Anschlag16 an und auf der anderen Seite an ei nem Druckring26 , an dem wiederum das erste Dichtelement22 anliegt. Das Widerlager24 ist in das Gehäuse12 bis zu seinem als Anschlag dienenden Flansch28 über ein Gewinde30 eingeschraubt und somit in Richtung auf das erste Dichtelement22 und die Feder20 in dem in1 dargestellten zusammengebauten Zustand fixiert. - Diese bekannte Dichtungsanordnung
10 nennt man auch federbelastete Stopfbuchse. Diese hat den Vorteil, dass klar definierte Kräfte wirken, was für die Funktion von Regelstellgeräten sehr wichtig ist. Darüber hinaus wird geringer Verschleiß oder ein Setzen des Dichtungsmaterials durch die Feder20 ausgeglichen. Derartige Dichtungsanordnungen10 gelten als wartungsfrei und haben eine wesentlich längere Standzeit bei gleicher Beanspruchung. Problematisch ist jedoch, dass bei auftretender Undichtigkeit das Dichtelement22 kurzfristig ausgewechselt werden muss. - In
2 ist in einer Querschnittsansicht eine Dichtungsanordnung10a nach der Erfindung dargestellt, wobei für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in1 verwendet werden. Die Dichtungsanordnung10a der Erfindung überwindet die eben genannten Nachteile. - Innerhalb der Bohrung
18 des Gehäuses12 ist sowohl die Dichtungsanordnung10a als auch das Bauteil14 in Form einer Welle eingebracht. - Die Dichtungsanordnung
10a benötigt einen mit dem Gehäuse12 fest verbundenen Anschlag16 , an dem sich die Feder20 anschließt. Die Feder20 liegt über den Druckring26 an dem ersten Dichtelement22 an. Das erste Dichtelement22 liegt wiederum an einem zweiten Dichtelement32 an. An das zweite Dichtelement32 schließt sich ein Widerlager34 an, das in dem in2 dargestellten zusammengebauten Zustand den Normalbetrieb zeigt. Zwischen Widerlager34 und Gehäuse12 ist ein Distanzstück36 eingebracht, das bedarfsweise entfernt werden kann. - Das erste Dichtelement
22 besteht aus mehreren V-Ringen, die bei Belastung dichtend zur Anlage an der Innenwand der Bohrung18 des Gehäuses12 und der Oberfläche des Bauteils14 kommen. Zudem besteht das zweite Dichtelement32 aus zwei Ringen32a und32b , die zur einfachen Montage schräg geschlitzt sind und aus gepresstem Graphit hergestellt sind. Unter Belastung verschieben sich die Ringe32a ,32b des zweiten Dichtelementes32 radial in Richtung des Gehäuses12 und des Bauteils14 . - Um im normalen Betrieb die Vorteile der federbelasteten Dichtungsanordnung
10a voll nutzen zu können, ragt das Widerlager34 entsprechend definiert in den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse12 und dem Bauteil14 hinein. Der Druck, der auf die Dichtungselemente22 und32 sowie auf die Feder20 aufgebracht wird, ist definiert. Am einfachsten erfolgt die Definition des Anpressdruckes durch eine mechanische Anlage an dem herausnehmbar angeordneten Distanzstück36 . Dabei ist die Dicke des Distanzstückes36 so gewählt, dass die Feder20 bei entferntem Distanzstück36 und nachgestelltem Widerlager34 auf Block gesetzt werden kann und noch die Möglichkeit zum Erzeugen einer weiteren Dichtkraft über die Dichtelemente22 ,32 gegeben ist. Wird im Normalbe trieb bei der Dichtungsanordnung10a eine Undichtheit festgestellt, kann das Distanzstück36 herausgenommen, durch Nachziehen des Widerlagers34 die Feder20 auf Block gesetzt und durch weiteres Anziehen die Kombination aus V-Ringen und Dichtringen so verpresst werden, dass die Dichtfunktion zumindest für eine gewisse Zeit wieder hergestellt wird. - Zudem ist eine Markierung vorgesehen, welche die Position des Widerlagers
34 relativ zum Anschlag16 zeigt, insbesondere den Normalbetrieb oder einen Notbetrieb der Dichtungsanordnung10 . Beispielsweise kann dies durch farblich auf das Widerlager34 aufgebrachte Ringe realisiert werden, die, je nachdem wie viele Ringe aus der Bohrung18 herausschauen, die Position angeben. Des Weiteren kann das Widerlager34 durch eine mit dem Gehäuse12 verbindbare Lasche gegen ein selbsttätiges Lösen aufgrund von Vibrationen und/oder Temperaturschwankungen gesichert sein. -
- 10
- Dichtungsanordnung
- 10a
- Dichtungsanordnung
- 12
- Gehäuse
- 14
- Bauteil-Welle
- 16
- Anschlag
- 18
- Bohrung
- 20
- Feder
- 22
- erstes Dichtelement
- 24
- Widerlager
- 26
- Druckring
- 28
- Flansch
- 30
- Gewinde
- 32
- zweites Dichtelement
- 32a
- Ring
- 32b
- Ring
- 34
- Widerlager
- 36
- Distanzstück
Claims (13)
- Dichtungsanordnung (
10 ,10a ), die zwischen einem Gehäuse (12 ) und einem in dem Gehäuse (12 ) angeordneten Bauteil (14 ) wirksam ist, mit einem mit dem Gehäuse (12 ) fest verbundenen Anschlag (16 ), mit einer sich am Anschlag (16 ) abstützenden Feder (20 ), mit zumindest einem mit der Feder (20 ) in Wirkverbindung stehenden ersten Dichtelement (22 ) und mit einem mit dem ersten Dichtelement (22 ) auf der der Feder (20 ) entfernt gelegenen Seite zusammenwirkenden und mit dem Gehäuse (12 ) verbundenen Widerlager (24 ,34 ), wobei das erste Dichtelement (22 ) zumindest aufgrund der Federkraft bereichsweise gegen das Gehäuse (12 ) und das Bauteil (14 ) drückt, sodass eine Abdichtung von einer Vorderseite zu einer Rückseite des Gehäuses (12 ) und des Bauteils (14 ) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (34 ) gegen die Federkraft soweit verstellbar ausgebildet ist, dass die Feder (20 ) vollkommen zusammengepresst – auf Block gesetzt – und das Dichtelement (22 ) weiter belastet wird, sodass insbesondere eine aufgetretene Undichtigkeit durch die weitere Belastung des Dichtelements (22 ) und somit durch Erzeugen einer zusätzlichen Dichtkraft über das Dichtelement (22 ) behebbar ist – Notbetrieb –, wobei im Normalbetrieb zwischen Gehäuse (12 ) und Widerlager (34 ) ein Distanzstück (36 ) vorgesehen ist, welches die Lage des Widerlagers (34 ) relativ zum Anschlag (16 ) und somit die Federvorspannung für den Normalbetrieb festlegt. - Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Widerlager (
34 ) und dem ersten Dichtelement (22 ) ein zweites Dichtelement (32 ) zwischengeschaltet ist. - Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtelement (
32 ) ungleich dem ersten Dichtelement (22 ) ausgebildet ist. - Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtelement (
22 ) aufgrund seiner Vorspannung gegen das Gehäuse (12 ) und das Bauteil (14 ) drückt. - Dichtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichtelement (
22 ) ein oder mehrere V-Ringe umfasst. - Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die V-Ringe aus PTFE-Compound bestehen.
- Dichtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtelement (
32 ) aus einem oder mehreren Ringen besteht, wobei zumindest ein Ring schräg geschlitzt ist, um eine Bewegung quer zur Federkraft auf das Gehäuse (12 ) und das Bauteil (14 ) zu gerichtet auszuführen. - Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtelement (
32 ) PTFE oder mit Graphit gefülltes Gewebe oder gepresstes Graphit umfasst. - Dichtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Feder (
20 ) und dem ersten Dichtelement (22 ) eine erste Druckscheibe (26 ) und/oder dass zwischen dem zweiten Dichtelement (22 ) und dem Widerlager (34 ) eine zweite Druckscheibe angeordnet ist. - Dichtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (
14 ) als Welle, Achse, Stange oder dergleichen, insbesondere als Kegelstange, ausgebildet ist. - Dichtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Markierung vorgesehen ist, welche die Position des Widerlagers (
34 ) relativ zum Anschlag (16 ) zeigt, insbesondere den Normalbetrieb oder den Notbetrieb der Dichtungsanordnung. - Dichtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager lösbar in seiner Position gegen ein selbsttätiges Lösen, beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen, Vibrationen o.ä., gesichert ist.
- Dichtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Stopfbuchsenpackung.
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