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Dichtungselement
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Dichtungselement zur Abdichtung
von Kolbens tangen und Kolben von Kolbenraaschinen, insbesondere Trockenlaufverdichtern,
bestehend aus einem Dichtungsring aus Kunststoff, vornehmlich aus einem Fluor-KUnststoff>
dtr mit einem in sich geschlossenen Ring aus einem anderen Material kombiniert ist.
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Dichtungselemente der vorbezeichneten Art werden üblicherweise zur
Herstellung von Stopfbuchspackungen verwendet, wobei diese dann aus mehreren hintereinander
geschalteten Dichtungsringen bestehen. Als Dichtungsringe können verschiedenartig
bearbeitete Segmente dienen.
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Ohne sich ausdrücklich darauf beschränken zu wollen, befaßt sich die
Erfindung in erster Linie mit der Abdichtung innenliegender, d.h. von den Dichtungselementen
umschlossener Flächen.
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Als abzudichtende Flächen seien insbesondere die Umfangsflächen hin-
und hergehender Kolbenstangen genannt, wobei die die Kolbenstangen umgebenden Dichtungselemente
im wesentlichen gehäuseifest angeordnet sind. Hlerbei wirkt nun auf das einzelne
Dichtungselement der aus deg Drücken beidseitig desselben gebildete Differenzdruck,
wobei dieser eine ständige Anpressung der Dichtungsringe an die Gleitflächen des
abzudichtenden Körpers, z.B. einer hin- und hergehenden Kolbenstange, verursacht.
Der DiSferenzdrucK macht also aus dem ursprünglich vorgesehenen Gleitsitz der Dichtungsringe
gegenüber den abzudichtenden Flächen gewissermaßen einen unerwünschten Preßsitz.
Mit zunehmenden Differenzdrücken kann es dadurch su örtlichen TJberhitzungen im
Bereich der Gleltflwchen der Dichtungsringe kommen. Die starke mechanische und thermische
Beanspruchung führt dann zu einem vorzeitigen Verschleiß der Dichtungsringe.
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Bei sehr hohen Differenzdrücken kann es sogar zu einer Extrusion des
Dichtungsringmaterials, z.B.PTFE, in den Ringspalt zwischen Kolbenstange und Stopfbuchspackung
kommen.
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Durch die DT-AS 1 918 690 ist bereits ein Dichtungsring der eingangs
bezeichneten Art bekanntgeworden. Der bekannte Dichtungsri:ig besteht aus einem
Material auf PTFE-Basis und enthält in seinem Ringkörper einen fest eingesinterten
in sich geschlossenen Metallring mit t-förmigem zuerschnitt.
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Der metallring ist also allseitig vGn dem PTFE-Material des Dichtungsringes
umschlossen. Der bekannte D chtungsring ist in erster Linie für die Verwendung als
Kolbenring vorgesehen, d.h. als Dichtfläche ist vornehmlich der Außenuo:fang des
bekannten Dichtungsrings bestimmt, der danI z.B. mit einer feststehenden Zylinderfläche
kooperiert, während der Dichtungsring zusammen mit einem Kolben eine hin- und hergehende
Bewegung ausführt.
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Der bekannte Dichtungsring ist nicht geeignet, die oben angegebenen
Nachteile, die insbesondere bei der Abdichtung hin- und hergehender Kolbenstangen
auftreten, zu vermeiden.
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Bei einer Verwendung des bekannten Dichtungsrings zur Abdichtung von
Kolbenstangen kommt es infolge des Differenzdruckes zu der bereits oben beschriebenen
mechanischen und thermischen Belastung des Dichtungsringes. Der bekannte Dichtungsring
ist nun gewissormaßen als einteilig anzusehen, weil der in ihm eingesinterte Metallring
kein vorherbestimmbares Spiel zwischen Kolbenstange und Dichtungsring zuläßt. Infolge
der starken thermischen Belastung können somit große Dehnungsspanungen .uftreten,
die darauf beruhen, daß die spezifische Dehnung des Dichtungsring-Materials (Fluor-Kunststoff)
wesentlich größer ist als die spezifische Dehnung des eingesinterten Metallringes.
Es kann hierdurch zu Rissen im Dichtungsring und damit zu einem vorzeitigen Verschleiß
desselben kommen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dichtelement der eingangs
bezeichneten Art zu schaffen, welches vornehmlich zur Abdichung innenliegender Flächen,
insbesondere Kolbens tangen von Trockenlaufverdichtern, geeignet ist und damit die
beschriebenen Nachteile bekannter Dichtungselemente vermeidet. Ein besonderes Anliegen
der Erfindung ist es hierbei, jeweils nur eine Burzzeitige Anpressung der inneren
Gleitflächen der Dichtungsringe an die Gleitflächen des abzudichtenden Körpers,
z.B. einer Kolbenstange, zuzulassen und so die gefährlichen örtlichen Überhitzungen
im Bereich der Gleitflächen der Dichtungsringe weitestgehend auszuschließen.
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Zur Lösung des Problems wird nach dennGrundgedankender Erfindung bei
einem Dichtelement der eingangs bezeichneten Art vorgeschlagen, daß der in sich
geschlossene Ring axial von einer Seite her in eine entsprechende ringförmige Aussparung
des Dichtungsrings eingelegt ist, derart; daß die
Innenumfangsfläche
des eingelegten Rings unmittelbar die Gleitfläche des abzudichtenden Körpers umgibt.
Der eingelegte Ring soll hierbei aus einem Material hoher Festigkeit mit gleichzeitig
guten Notlaufeigenschaften bestehen. Diese Eigenschaften weisen bestimmte Metalle,
vorzugsweise Bronze, aber auch Kunstkohle auf.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Innendurchmesser
des zweckmäßigerweise quadratischen oder techteckquerschnitt aufweisenden eingelegten
Ringes etwa um 0,2 bis 0,3 m.n größer als der Durchzesser der Gleitflächen des abzudichtenden
Körpers. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Durchmesser der
zur Aufnahme des eingelegten Rings dienenden Aussparung im Dichtungsring größer
ist als der Außendurchmesser des einge-1gtcn Rings.
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Der erfindungsgemäße eingelegte Ring wirkt vorteilhaft als Stützring
und verhindert dadurch ein ständiges Anpressen der Gleitfläche des Dichtungsrings
durch den Differenzdruck an die Gleitfläche des abzudichtenden Körpers, z.B. einer
Kolbenstange. Da bei Kolbenmaschinen der an den Dichtungen auftretende Differenzdruck
periodisch an- und abschwillt, kommt es hei dem erfindungsgemäBen Dichtelement dank
der Sttitzwirkung des eingelegten Rings nur noch kurzzeitig, d.h.
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dann wenn der Differenzdruck jeweils seinen maximalen Wert erreicht
hat, zu einer festeren radialen Anlage der Gleitfläche des Dichtrings mit der Gleitfläche
des abzudichtenden Körpers. Eine zu vor.zeitigem Verschleiß des Dichtelements führende
mechanische und/oder thermische Belastung des Dichtungsrings wird damit wirksam
verhindert In dem genannten Sinne günstig wirkt sich weiterhin die Tatsache aus,
daß durch das Einlegen des Stützringes in den Dichtungsring eine wesentliche Verkürzung
der axialen Ausdehnung der Gleitfläche des Dichtungsrings erreicht wird. Durch den
erfindungsgemäßen
eingelegten Stützring wird desweiteren der wesentliche
Vorteil einer besseren Wärmeabfuhr von der Gleitfläche des Dichtungsrings erzielt.
Auch die bei bekannten Dichtelementen der hier in Rede stehenden Art zeitweise auftretenden
Extrusionen von Dichtungsring-Material in den Ring spalt zwischen Dichtungsring
und Gleitfläche des abzudichtenden Körpers, werden durch die Erfindung wirksam verhindert.
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Die Erfindung ist nun anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung
veranschaulicht und in der nachstehenden Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 ein Dichtungselement nach der Erfindung im Längsschnitt,
wie es zur .ibdichtung einer Kolbenstange Verwendung finden kann, Fig. 2 das Dicht;ungselament
nach Fig. 1 in Draufscht und Fig. 3 die Anwendung des Dichtungselements nach Fig.
1 und 2 in einer Stopfbuchspackung zur Abdichtung einer Kolbenstange.
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Das in der Zeichnung dargestellte und insgesamt mit 10 bezifferte
erfindungsgeße Dichtungselement besteht in wesentlichen aus einem Dichtungsring
11 aus einem Kunststoff, der einerseits eine hohe thermische Belastbarkeit und andererseits
hervorragende Gleiteigenschaften aufweisen muß. Diese Voraussetzungen werden bekanntermaßen
von Fluor-Kunststoffen erfüllt. Der Dichtungsring 11 hat bei den dargestellten Ausführungsbeispielen
Rechteckquerschnitt und ist von einer Schlalchfeder 12 umschlossen, die in eine
Ringnut 13 mit Halbkreisquerschnitt am Außenumfang des Dichtungsrings 11 eingelegt
ist. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf die dargestellte Querschnittsform des
Dichtungsringes beschränkt;
vielmehr sind auch anderweitige Gestaltungen
des Dichtungsrings 11 denkbar.
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An einer seiner beiden Stirnflächen weist der Dichtungsring 11 eine
Aussparung 11> mit rechtwinkligem Querschnitt auf, in die ein Stützring 15 mit
entsprechendem Rechteckquerschnitt eingelegt ist. Damit der eingelegte Ring 15 als
Stützring wirken kann, muß er einerseits eine vergleichsweise hohe Festigkeit und
andererseits gute Notlaufeigenschaften aufweisen. Der eingelegte Ring 15 kann daher
z.B. aus Bronze oder aus E*unstkohle hergestellt sein. Eine Berührung der Innenfläche
16 des eingelegten Rings 15 mit der abzudichtenden Gleitfläche 17 der Kolbenstange
18 (Fig. 3) soll jedoch im normalen Betrieb nicht stattfinden. Der in Fig.1 mit
D 2 bezeichnete Innendurchmesser des eingelegten Rings 15 soll daher größer sein
(zweckmaßigerweise etwa 0>2 - 0,3 mm) als der Durchmesser D 1 der abzudichtenden
Kolbenstange 18.
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Der Außendurchmesser des eingelegten Rings 15 ist in Fig. 1 mit D
3 bezeichnet. Er kann zweckii:äßigerweise kleiner geuählt werden als der Durchmesser
der ringförmigen Aussparung 14, so daß der eingelegte Ring 15 gegenüber dem Dichtungsring
17 ein bestimmtes radiales Spiel aufweist. Versuche haben ergeben, daß ein besonders
günstiges Ergebnis dann erzielt werden kann, wenn der Durchmesser D 3 des etngelegten
Rings 15 um etwa 0,5 - 1 mm kleiner ist als der Durchmesser der Aiissparung 14.
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Aus Fig. 3 ist nun ein An-wendungsbeispiel für das Dichtungselement
10 nach Fig. 1 und 2 ersichtlich. Es handelt sich hierbei um eine Stopfbuchspackung,
die aus zwei Dichtungselementen 10, jeweils mit Stützring 15, und zwei weiteren
Dichtungselementen 19, die keinen Stützring aufweisen, besteht. T,ie Fig. 3 zeigt,
sind die Dichtungselemente 10 und 19 zusammen paarweise angeordnet, wobei jedes
Dichtelementenpaar
10, 19 von einem gehäusefesten Kammerring 20
umschlossen ist. Die Kammerringe 20 besitzen jeweils ein sich radial nach innen
>fierstreckendes Bodenteil 21, welches zugleich eine axiale Trennung der einzelnen
Dichtelementenpaare 10, 19 bewirkt. Selbstverständlich ist es auf diese Weise möglich,
zusätzlich zu den beiden in Fig. 3 gezeigten Dichtungselementenpaaren 10 19 noch
beliebig viele weitere Dichtungselementenpaare, jeweils von einem Kammerring 20
umschlossen, hinzuzufügen. Dies wird lediglich eine Frage der herrschenden Druckverhältnisse
sein.
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Fig. 1 und 3 lassen desweiteren erkennen, daß die äußere Stirnflsche
22 des eingelegten Rings 15 mit der zugeordneten Stirnfläche 23 des Dichtungsrings
11 abschließt.
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Hierdurch ergibt sich eine in axialer Richtung spielfreie -Anlage
der Stirnflächen 22, 23 des eingelegten Rings 15 bzw. des Dichtungsrings 11 an dem
Bodenteil 21 des Xammerrings 20. Auch erlaubt die beschriebene Gestaltung der Stirnflächen
22, 23 eine unmittelbare axiale Hintereinanderschaltung mehrerer erfindungsgemäßer
Dichtungselemente 10 ohne Zwischenschaltung von Dichtungselementen 19.
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Die Dichtungselemente 10 können innerhalb ein- und derselben Stopfbuchspackung
- bezogen auf die axiale Lage der eingelegten Ringe 15 - gleichsinnig oder abwechselnd
im entgegengesetzten Sinne angeordnet sein. Versuche haben jedoch ergeben, daß das
beste Abdichtungsergebnis dann erzielt werden kann> wenn die Dichtungselemente
so angeordnet sind, daß die eingelegten Ringe 15 mit ihren freien Stirnflächen 22
def Druckseite bzw. der Seite, auf der der größere Druck herrscht, zugewandt sind.
Es ist deshalb bei Stopfbuchspackungen einer gleichsinnigen Anordnung der Dichtungselemente
10 - bezogen auf die axiale Lage der eingelegten Ringe 15 - der Vorzug zu geben.
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Durch die erfindungsgemäßen und im Vorstehenden beschriebenen Dichtungselemente
ist es gelungen, trockenlaufende Kolbenstangenpackungen auf Basis von Fluor-Kunststoffen
zu schaffen, die zur Abdichtung von Differenzdrücken von mehr als 30 bar eingesetzt
werden können und dabei eine Lebensdauer von mehr als 2000 - 3000 Stunden erreichen.
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Anspruche:
L e e r s e i t e