DE2816930C2

DE2816930C2 - Stopfbuchsdichtung

Info

Publication number: DE2816930C2
Application number: DE19782816930
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-04-19
Filing date: 1978-04-19
Publication date: 1984-06-28
Also published as: DE2816930A1

Description

Die Erfindung betrifft eine wartungsarme .Stopfbuchsdichtung unter Verwendung einer Weichpackung zur Abdichtung bewegter Stangen in Armaturen gegen das Durchtreten von Flüssigkeiten und Gase hoher Drücke und/oder Temperaturen.

Für das Dichten bewegter Stangen werden bekanntlich Stopfbuchsdichtungen verwendet, bei denen eine Stopfbuchse eine Packung aus Dichtmaterial in axialer Richtung so stark preßt, daß sich der Packungsring radial sowohl an der bewegten Stange als auch am Gehäuse abdichtend anlegt, wobei der Aufnahmeraum für die Packung zylindrisch gestaltet ist. Von einem Anpressen der Packung durch abgeschrägte oder zugespitzte Flächen wurde bisher abgesehen, da sie nach Auffassung der Fachwelt keinen besonderen Vorteil vor einer zylindrischen Begrenzung haben. Fs ist lediglich bekannt, einteilige ungeschlitzte, einteilige geschlitzte oder mehrteilige Ringe mit kegelförmigen Stirnflächen, die von äußeren Ringen mit entsprechenden kegeligen Stirnflächen umfaßt werden, als Dichtmaterial zu verwenden, wobei die inneren Ringe bei axialem Druck nach innen gepreßt werden. Die Querbeweglichkeit durch die Keilwirkung der ein- oder mehrteilig ausgebildeten Ringe ist jedoch sehr gering. Bei allen bisher bekannten Stopfbuchsarten ergeben sich immer noch Schwierigkeiten bei der Beherrschung hoher Drücke und Temperaturen. Die DF,-PS 7 25 406 läßt eine konische Stopfbuchse erkennen, der jedoch ein zylindrischer Abschnitt fehlt, um das Nachstoßen des Stopfbuchsmaterials zum Ausgleich dos Verschleißvolumens zu ermöglichen, damit der Dichiungssatz über einen längeren Verschleißzeitraum elastisch bleibt. Die Kondi/ität der Siopfbuchsausführung ist vielmehr durch die Art der Befestigung des Pumpenrades und seines Einsatzes für beispielsweise agressi\e Medien bestimmt. Ohne eine Kondi/ität wäre die Maierialswirkc einer Wellenummantelung im Bereich einer .Schraubhülse des Pumponrades erheblich geschwächt. I.ine Verbesserung der Dichtwirkung spielt bei der vorbekannten Ausführungsform keine Rolle.

Der DE-PS 8 55 784 ist eine Dichtung mil einem Hohlraum zum Nachrücken eines Dichtelements zu entnehmen. Dieser Raum hat jedoch den Nachteil, daß sich infolg« Leckage ein statischer Druck aufbauen und nicht pbgcführt werden kann. Die Dichtungen fangen deshalb an zu schwimmen. Die Dichtung ist ebenso wie die Ausführungsform der DE-PS 7 25 406 zur Abdichtung von Wellen bestimmt, ohne einen Druckring zu verwenden. Die verwendete Dichtpackung selbst ist daher ein konischer Dichtungskörper und keine Weichpackung. Die Abdichtprobleme, die durch besonders hohe Drücke verursacht werden, sind hierdurch nicht zu lösen.
Der DE-PS 7 55 565 ist eine Stopfbuchsen-Weichpakkung aus einer Edelkohle mit einem Hartfett als Bindemittel zu entnehmen. Es fehlt jedoch jeder Hinweis auf die äußere Gestaltung für besondere Anwendungszwecke. Bei dem gezeigten Beispiel ist lediglich die zylindrische Ausbildung der Gesamtpackung unter Verwendung einzelner ringförmiger Abschnitte zu erkennen. Eine Stopfbuchse mit einer konischen Ausbildung für Wellen zeigt die DE-PS 5 82 138. Ein Einsatz dieser Stopfbuchse für axial verschiebbare Armaturenteile ist nicht möglich. Sie eignet sich vielmehr besonders für schwer zugängliche Maschinen, die nur selten nachgesehen werden können. In dem konisch erweiterten Raum, dicht unterhalb des Druckringes liegen die Stopfbuchsen nicht dicht an, sondern werden dort nur als Vorrat aufbewahrt.

Eine zur Erhöhung ihrer Dichtwirkung mit dem Druck der Anströmseite einer Armatur beaufschlagten Dichtung zeigt die US-PS 38 48 632. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um eine Stopfbuchsdichtung mit einer Weichpackung, sondern um eine O-Ringdichtung. Solche Dichtungen werden in der Pneumatik häufig verwendet. Dabei werden die O-Ringe entweder zur radialen Dehnung von der Innenseite her unter Druck gesetzt oder zur Verkleinerung des Durchmessers zum Zwecke des Anlegens an eine innere abzudichtende Achse oder Welle vom äußeren Umfang her beaufschlagt. Dieses Prinzip ist jedoch auf Weichpackungen bei Stopfbuchsdichtungen nicht übertragbar.

In neuerer Zeit wurden Stopfbuchspackungen aus Reingraphit eingesetzt. Graphit ist beständig gegen die meisten Medien und einsetzbar für hohe Betriebsdrücke und Temperaturen. Ferner bietet Graphit eine dauerhafte Selbstschmierung und eine damit verbundene geringe Reibung. Mit solchen Packungen konnten erheb-5« lieh bessere Ergebnisse erz.ielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß deren Dichtwirkung auch bei höchsten Temperatur- und Druckansprüchen sichergestellt ist und gleichzeitig die Wartungsfreiheit erheblich erhöht wird. Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß der die Dichtpackung aufnehmende Packungsraum mit unterschiedlich großen Stirnflächen ausgeführt und die Stopfbuchsoberseite über eine Bohrung mit dem Druck (Pi) bo der Anströmseite beaufschlagt ist. Vorteilhafterweise wird dies durch eine Konizität des Packungsraumes erreicht, der mit an sich bekannten, kompressibien Pakkungsringen aus Reingraphit gefüllt ist. Ferner können die Packungsringe durch eine axial wirkende Druckfch"i der belastet werden. Versuche haben bestätigt, daß durch die Ausbildung des Packungsraumes, insbesondere in Verbindung mit einer Federvorbclastung die Wartimgsfreiheit auch bei höchsten Drücken und Tempera-

luren um ein Vielfaches gegenüber den bisher bekannten Ausführungen erhöht ist Die erfindungsgemäße Stopfbuchsdichtung kann besonders vorteilhaft bei Ver.tilkörpern Verwendung finden, wobei die Oberseite der Stopfbuchse mit dem Druck beaufschlagt wird, der auf der Anströmseite herrscht. Dies wird durch die hervorragende, allseitige Dichtwirkung ermöglicht. Der Druck kann sich nicht durch die Packung hindurch in den Abströmraum des Ventils fortsetzen. Dadurch kann er eine die Druckfeder unterstützende Kraftkomponente entwickeln. Der Ventilkegel ist bei den hohen Betriebsdrücken entlastet, so daß die für die sichere Abdichtung des Ventils aufzubringenden Spindelkräfte sehr gering sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematised dargestellt und erläutert:

Ein Ventildrosselkörper 8 ist von einem Gehäuseteil 3 umgeben und gegen dieses durch eine Stopfbuchsdichtung, bestehend aus der Dichtpackung 4 und der Stopfbuchse 5, abgedichtet. Die Dichtpackung 4 besteht aus kompressiblem, elastischem Graphit, der vorzugsweise vorverdichtet ist. Eine Druckfeder 6 unterstützt zusätzlich die Elastizität der Dichtpackung. Der Federsatz ist so stark dimensioniert, daß dieser die Dichtpackung fest genug allseitig gegen den Ventildrosselkörper 8. die Buchse 5 und das Gehäuse 3 drückt. Durch die axial gerichtete, über die Stange eingeleitete Bewegung des Ventilkörpers tritt ein Packungsverschleiß auf. Der Verschleiß bedeutet eine Volumenminderung des Graphits. Ohne eine Federunterstützung wäre die Eigenelastizität durch den Verschleiß verbraucht, so daß keine genügende Dichtung mehr vorhanden wäre. Durch die Druckfeder 6 bleibt die Elastizität auch bei einem Verschleiß erhalten.

Versuche haben ergeben, daß zwar selbst ohne eine Federunterstüizung die Dichtpackung 4 bereits weitgehend wartungsarm ist. Durch den Einsat/ der Feder 6 wurde jedoch die Wartungsfreiheit auf ein Vielfaches erhöht. Die Schraubkappe 2 hält das gesamte Dichtpaket, bestehend aus der Feder 6, der Buchse 5 und der Packung 4 zusammen. Der Packungsraum ist im unteren Teil konisch ;iusgebildet. Der obere, zylindrische Teil dient zum Nachstoßen der Buchse 5 zum Ausgleich des Versehleißvolumcns, so daß der Dichiungssat/. elastisch bleibt. Durch die Konizität des Packungsraumes wird eine zusätzliche, radial wirkende Kraftkoiiiponente erzeugt, die zu einer besseren Dichtung führt. Dies hat sich insbesondere bei höchsten Betriebsdrücken bewährt. Gerade die Kombination höchster Bctriebsdrükke und höchster Temperaturen strömender Medien ist außerordentlich schwierig zu beherrschen, was mit dem gezeigten Ausführungsbeispiel in hervorragender Weise gelungen ist. Hinzu kommt der besondere Vorteil, daß reines Graphit gegen die meisten Medien beständig ist. Der Temperaturbereich, der mit einer erfindungsgemäßen Dichtung beherrscht werden kann, reicht von -200⁰C bis +650"C. Der maximale Betriebsdruck kann bis zu 400 bar betragen.

Die gezeigte Anordnung findet beispielsweise bei Armaturen Anwendung. Der untere Raum, in dem der Druck ρ, herrscht, ist durch eine Bohrung 10 mil dem oberen Raum 14 verbunden. Im oberen Raum herrscht somit der Druck pj, der gleich dem Druck p, isi. Der Venlildrossclkörper 8 ist in geschlossener Stellung gezeigt, d. h. die Dichtkanlen liegen aufeinander. Ist das Ventil vom unteren Raum 13 her belastet, so steht der Druck p\ im oberen Raum 14 ebenfalls an, der damit gleich dem Druck p₂ der Oberseite ist. Der Abströmrauni 12 hat meist den niedrigeren Druck pj (bei geöffnetem Ventil). Die Dicht packung 4 ist nun vom Abströmraum 12 her mit p·, und vom oberen Raum 14 mit p.> belastet. Durch die Druckdifferenz /wischen p: und pi und die unterschiedlich grollen Flachen ergibt sich eine nach unten gerichtete Kraitkomponenie. die zunächst zu einer axial gerichteten Pressung führt, welche in Abhängigkeit von der Konizität des Packungsraumes und der Plastizität der Dichipackuiig zu radial gerichteten

to Preßkomponenten mit einer hervorragenden Dichtwirkung führt. Voraussetzung hierfür ist, daß die Dichtung über weite Bereiche am Umfang und der Länge abdichtet, damit unterschiedlich belastete Flächen entstehen. Gerade dafür ist Graphit ausgezeichnet geeignet. Es ist

ti gut plastisch verformbar und paßt sich gut dem Pakkungsraum. der durch die Vcmilkappe 8, die Buchse 5 und das Gehäuse 3 gebildet wird. an. Die Feder 6 unterstützt die Elastizität der üichtpackung 4. Die Feder selbst wird durch die Schraube 2 vorgespannt.

Wird der Ventilkörper 8 in Hubrichtung bewegt, so daß sich die Dich!kanten voneinander entfernen, steigt der Druck p> an. Ist p\ dem Druck p_t annähernd gleich geworden, dann ist auch p_> nahezu pi. Infolge der unterschiedlich belasteten Flächen der Dichtung jedoch wird der Salz nach wie vor genügend in Preßriehtung gedrückt. Der Dichtdurchmesser 15 und der Ventilkegeldurchmesser können eine annähernd gleiche Fläche bilden. Dadurch ist der Veniilkörper 8 weitgehend gegen Auf- oder Abtriebskräfte entlastet. Die Längsbohrung

jo 10 des Ventilkörpers 8 ist an sich bekannt, und wurde bei Kunststoffdichtungen ungewandt. Bei höheren Drücken und Temperaturen scheiterte jedoch der Einsatz. Insbesondere hier ist die konische Ausbildung des Paekungsraunies in Verbindung mit Graphit vorteilhaft bei hohen

>λ und höchsten Temperaturen sowie Drücken cinsetzbar und darüber hinaus unter diesen Bedingungen weitgehend wartungsfrei. Bei dem dargestellten Beispiel sind die unterschiedlich großen Stirnflächen des Packungsrauines durch eine Koiii/itiit miteinander verbunden.

jedoch besieht ebenso die Möglichkeil, eine absatzartige Verjüngung vorzunehmen, was jedoch dem Nachschieben von Packungsmaterial zur kleineren Stirnfläche hin einen größeren Widerstand entgegensetzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wartungsfreie Stopfbuchsdichtung unter Verwendung einer Weichpackung zur Abdichtung bewegter Stangen in Armaturen gegen das Durchtreten von Flüssigkeiten und Gasen hoher Drücke und/ oder Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß der die Dichtpackung (4) aufnehmende Packungsraum mit unterschiedlich großen Stirnflächen ausgeführt und die Stopfbuchsenoberseite über eine Bohrung (10) mit dem Druck (p{) der Anströmseite beaufschlagt ist.

2. Stopfbuchsdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Packungsraum unterhalb eines zylindrischen Abschnittes mit einer Konizität versehen und mit an sich bekannten, kompressibien Packi<ngsringen (4) aus Reingraphit gefüllt ist.

3. Stopfbuchsdichtung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pakkungsringe durch eine axial wirkende Druckfeder belastet sind.

4. Stopfbuchsdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität des Packungsraumes an beiden Enden in zylindrische Packungsraumabschnitte übergeht.