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Erstarrungsstopfbüchse Die Erfindung betrifft eine Erstarrungsstopfbüchse
zur Abdichtung des Spaltes zwischen zwei Maschinenteilen, wie einer verschiebbaren
Stange oder drehbaren Welle und einem Gehäuse gegen ein vom gasförmigen oder flüssigen,
bei Abkühlung in den festen Zustand übergehendes Medium, wie z. B. einem
Ge-
misch Terphenylenen, mit einer den Stopfbüchsenspalt verengenden, die
Stange oder Welle umgebend-en Einlage undeiner an diese angrenzenden Kühlinipelführung.
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Erstarrungsstopfbüchsen unter Verwendung eines solchen Aggregatzustandswechsels,
im allgemeinen des übergangs aus dem flüssigen in den festen Zustmd, sind bereits
in den USA.-Patentschriften 1882 757, 2 799 522 beschrieben. Auch
ist eine Erstarrungsstopfbüchse bekanntgeworden, die zur Ab-
dichtung an einem
der beiden gegeneinander beweglichen Maschinenteile mit ringförmigen Nuten versehen
ist, die mit dem erstarrenden Dichtungsmaterial ausgefüllt werden. Diese bekanntgewordenen
Didlitungen haben vor allem die Nachteile einer relativ aufwendigen Konstruktion
bei relativ großen Reibungswerten zwischen dem beweglichen Maschinenteil und den
angrenzenden Dichtungsteilen sowie zu geringer Leistung des Kühlmittels.
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Die erfindungsgemäße Erstarrungsstopfbüchse, vermeidet solche Nachteile
auf die Weise, daß die Einlage aus einer dünnen Metallblechwand besteht, die mindestens
eine sich über den Umfang erstreckende Wellung aufweist, mit dem einen Maschinenteil
fest verbunden ist und am anderen Maschinenteil unter leichter Berührung anliegt.
Von den durch die Dichtung nach der Erfindung erbrachten Vorteilen ist besonders
die Tatsache zu betonen, daß die Metallblechwand sich durch einen einfachen Stanzvorgang
herstellen läßt, ohne daß an die Fertigungstoleranzen größere Anforderungen zu stellen
sind. Außerdem ist die Reibung ausschließlich auf eine oder wenige Berührungsstellen
der gewellten Metallblechwand begrenzt, wobei die Reibung sich durch die Wahl der
Querschnittsform der Metallblechwand verringern läßt.
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Die erfindungsgemäße Erstarrungsstopfbüchse kann auch derart ausgebildet
sein, daß die Metallblechwand mit einer schraubenförinig verlaufenden Wellung versehen
ist, deren innerer Wellenscheitel an der Stange bzw. Welle und deren äußerer an
der zylindrischen Innenwand des umgebenden Maschinenteils anliegen, wobei der schraubenförmige
Kanal zwischen dem Metallblech und der zylindrischen Innenwan#d als Kühlmittelzuführungskanal
ausgebildet ist. Der Vorteil einer solchen Ausführung nach der Erfindung ist auch
darin zu seihen, daß das Kühlmittel, indem es mit einer der Seiten der Metallblechwand
in Berührung kommt, umgewälzt wird, und be-
wirkt, daß auf der anderen Seite,
der Metallblechwand längs eines bestimmten Abschnittes der schraubenförmigen Wellung
das Strömungsmedium fest wird. Der andere stromabwärts des Kühlmittels gelegen,e
Abschnitt der Metallblechwand dient zur Sicherheit und hat insbesondere bei einem
Durchlaß oder einer Durchführung für ein sich verschiebendes Teil die Aufgabe von
Abstreifs#egmenten. Dabei läßt sich bei dieser Ausführung die Anzahl der schraubenförmig
verlaufenden Wellungen der Metallblechwand sowie ihrer Querschnittsform vorteilhaft
in Abhängigkei-t von der Leistung des Kühlmitteldurchsatzes gestalten.
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Ist eine gewisse radiale Beweglichkeit zwischen den Maschinenteilen
erforderlich, so kann man vorteilhafterweise die Erfindung auch derart ausführen,
daß die gewellte Metallblechwand nur mit einem ihrer Enden an dem ihr zugeordneten
Maschinenteil befestigt wird, während das andere Ende frei beweglieh angeordnet
ist. Bei einer solchen Ausbildung
kann man dann in der zylindrischen
Innenwand des äußeren Maschinenteils einen der Kühlmittelfährung dienenden Blechinantel
anordnen, an dem die am anderen Maschinenteil befestigte Metallblechwand anliegt.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.
In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 einen schematischen Axialschnitt durch
ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Erstarrungsstopfbüchse, F ig.2 einen
schematischen Axialschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Befestigung
der Trennwand nur an einer Kreislinie vorgenommen ist, F i g. 3 und 4 schematische
Axialschnitte durch weitere mögliche Ausführungsbeispiele, bei denen die Trennwand
nur eine einzige Umfangswellung aufweist.
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In den einzelnen Figuren sind nur die zur Verständlichmachung der
Erfindung notwendigen Teile dargestellt, wobei die entsprechenden Teile in diesen
Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind.
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F i g. 1 zeigt eine Metallwelle 1, die auf der einen
Seite von einem Strömungsmedium 2 und auf der anderen Seite von der Außenatmosphäre
3 umgeben ist. Das Medium 2 ist von einer bei Umgebungstemperatur fest werdenden
Art, also beispielsweise eine in einem Kernreaktor als Kühlmittel verwendete organische
Flüssigkeit, wie z. B. eine Mischung aus Terphenylenen.
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Zwischen der Welle 1 und ihrem zylindrischen Durchlaß 4 ist
eine dünne Metalltrennwand 5 angeordnet. Die an den Kreislinien
6 und 7 mit dem Durchlaß 4 verschweißte Trennwand hat schraubenlinienförmige
Außenflächen, die so ausgebildet sind, daß die der Welle 1 zugekehrte Außenfläche
mit ihr in leichter Berührung steht.
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Zwischen der Trennwand 5 und dem Durchlaß 4 ist ein Kreislauf
8 eines, Kühlmittels, beispielsweise von Wasser, bei Umgebungstemperatur
hergestellt. Gegebenenfalls sorgen indem zylindrischenDurchlaß (oder an bzw. in
der Welle) ausgebildete Vorsprünge oder Ringnuten 9 bzw. 10 für eine
zusätzliche Sicherheit der Dichtheit der Dichtung.
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Die Arbeitsweise dieser Art von Dichtungen ist folgende: Wenn die
Flüssigkeit 2 innerhalb der schraubenlinienförmig vorlaufenden Nuten der Trennwand
entlang der Welle. 1 auszufließen bestrebt ist, wird sie durch Wärmeaustausch mit
dem Kühlmittel 8 gekühlt und verfestigt. Naturgemäß haftet sie. jedoch nicht
an der (meist eine über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur aufweisenden)
Welle 1, so daß sie ihre Verschiebung oder ihr Umlaufen zuläßt.
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Als Anhalt sei bemerkt, daß eine Dichtung dieser Art an einer Welle
mit einem Durchmesser von 30 mm mit Terphenyl bei 430' C, einem
Druck von etwa 5 kg/cm2 und 30 kg/cm2 ohne Auftreten von Leckverlusten
verwendet wurde. Der Kühlmitteldurchsatz lag zwischen 0 und 0,8 1/min,
also bei einem sehr geringen Wert. Die Temperatur ging über 75' C nicht hinaus
und betrug in der Nähe der Dichtung ohne Kühlung 55' C und bei einem Kühlmitteldurchsatz
von 0,8 1/min 300 C. Die maximal erforderliche Kraft zum »Lösen« der
Welle beträgt 700 kg. Zu ihrer weiteren Verstellung genügen praktisch Null
betragende Kräfte (vernachlässigbare Reibung).
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F i g. 2 bis 4 veranschaulichen andere Ausführungsformen, bei
denen die Welle 1 durch ein Metallrohr 11 ersetzt worden ist, das
sich im Inneren einer feststehenden Hülse oder Buchse 14, beispiels# weise durch
Längsdehming, verstellen kann. Um, wie im vorstehenden Beispiel, die Abdichtung
zwischen diesen beiden Teilen gegen-über einer bei Umgebungstemperatur fest werdenden
Flüssigkeit zu bewirken, befestigt man an dem beweglichen Teil 11, beispielsweise
mit Hilfe einer ringförmigen Schweißnaht 19,
eine dünne Metalltrennwand
15 mit schraubenlinienförmigen Profilen. Diese Trennwand steht mit einem
mit Hilfe von Schweißnähten 16 und 17 mit dem feststehenden Teil 14
verschweißten zylindrischen Blech 14' in Gleitkontakt, wobei zwischen dem feststehenden
Teil 14 und dem zylindrischen Teil 14# ein Kühlmittel 18 umgewälzt wird.
Die Trennwand ist elastisch genug, um sich bogenstrebenartig gegen das gekühlte
zylindrische Blech 14' anzulegen.
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F i g. 3 und 4 zeigen noch weiter vereinfachte Varianten der
erfindungsgemäßen Erstarrungsstopfbüchse. Die dünne Metalltrennwand 20 oder 21 weist
nur eine einzige Umfangswellung auf. Das Ende des beweglichen Teiles 11 kann,
wie in F i g. 3, zyhndrisch mit gleichbleibendem Durchmesser oder, wie in
F i g. 4, zylindrisch mit bei 22 leicht reduzierten Durchmesser ausgebildet
sein.
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Die nach F i g. 1 vorgesehenen Sicherheitsvorsprünge und -nuten
9 bzw. 10 können durch den Kühlmittelkreislauf 8 ebenfalls
gekühlt werden.