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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Stopfbuchsdichtung für
den Einsatz in für
das Pumpen von Aufschwemmungen verwendeten Kreiselpumpen.
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Für
das Pumpen von Wasser und Aufschwemmungen verwendete Kreiselpumpen
werden seit vielen Jahren mit Stopfbuchsdichtungen ausgestattet. 1, 2 und 3 zeigen
typische herkömmliche Stopfbuchsdichtungen. 1, 2 und 3 sind
ausschnittsweise schematische Aufrisse herkömlicher Stopfbuchsdichtungen.
Derartige Dichtungskonstruktionen bestehen in der Regel aus einem äußeren, üblicherweise
als Stopfbuchsgehäuse
bezeichneten Gehäuse 2 mit
einer zylindrischen Bohrung 4, die eine bewegliche Pumpenwelle 50 aufnimmt.
Die Bohrung ist an einer Seite durch eine Stirnwand 35 abgeschlossen.
Die Welle 50 kann mit einer Schutzhülse versehen sein. Der ringförmige Hohlraum
zwischen der Bohrung 4 und der Welle 50 ist üblicherweise
mit einer Packung 5, z. B. in Form mehrerer Packungsringe 8,
ausgefüllt.
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Abhängig von der Anwendung kann
für die Packung
unterschiedliches Material zum Einsatz kommen; in der Regel handelt
es sich jedoch um aus Faserstoffen gewebtes Material mit rechteckigem Querschnitt,
das in kreisförmige
Ringe schneidbar ist. Kriterium für die Materialauswahl ist die
Festigkeit desselben; zur Verminderung von Reibung können zusätzlich Schmierstoffe,
z.B. Polytetrafluoäthylen, beigegeben
werden.
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Die Packung 5 wird üblicherweise
in das Gehäuse
oder Stopfbuchsgehäuse
eingelegt und mittels einer am äußeren Ende
befindlichen Stopfbuchsbrille 9 zusammengedrückt. Aufgrund
der Kompressierbarkeit der Packung 5 ist auf diese Weise
durch Bewegung der Stopfbuchsbrille in und aus dem den Packungsraum
bildenden ringförmigen
Hohlraum hinein bzw. heraus eine Regulierung des Zwischenraumes zwischen
der Pak kung 5 und der Welle – bzw. der Wellenhülse 50 – möglich. Besagte
Regulierung erfolgt üblicherweise
mittels außerhalb
befindlicher Bolzen (ohne Abbildung).
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Durch Regulierung des Hohlraums zwischen der
feststehenden Packung 5 und der rotierenden Welle 50 ist
eine Regulierung der Leckage der Abdichtung möglich. Bei bestimmten Anwendungen kann
besagte Leckage von entscheidender Bedeutung für die ordnungsgemäße Kühlung von
Packung und Welle sowie die Ableitung der durch Reibung erzeugten
Wärme sein.
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Beim Einsatz derartiger Dichtungskonstruktionen
in Wasserpumpen kann die während
des Pumpvorgangs aus der Dichtungskonstruktion austretende Pumpflüssigkeit
zur Unterstützung
der Kühlung
der Dichtung genutzt werden. Zur Gewährleistung einer langen Lebensdauer
ist eine ordnungsgemäße Schmierung
der Dichtung notwendig.
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Bei für das Pumpen von Aufschwemmungen verwendeten
Pumpen tritt ein zusätzliches
Problem auf, bedingt durch den Gehalt der zu pumpenden Aufschwemmung
an Feststoffen. Besagte Feststoffe verursachen zusätzliche
Reibung sowie Verschleiß an
Packung und Hülse.
Um diesem Problem abzuhelfen und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten,
ist daher für
das Pumpen von, Aufschwemmungen verwendeten Pumpen das Einspritzen
von sauberem Sperrwasser aus einem externen Vorratsbehälter in
die Dichtung üblich.
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Das Einspritzen des Wassers in die
Dichtung erfolgt über
einen Speisekanal 6 in eine Zwischenringeinheit 10.
Die Zwischenringeinheit kann einen Zwischenring 11 und
eine seitliche Sperre 12 umfassen. Die seitliche Serre
in 1 besteht aus Metall;
in 2 handelt es sich
um ein nichtmetallisches Teil. 3 zeigt
einen durch eine Packung 80 von einem Grundring getrennten
Zwischenring 11. Über
Zwischenring und seitliche Sperre gelangt das über einen Speisekanal 6 zugeführte Wasser
in einen um die Welle bzw. die dazugehörige Hülse herum befindlichen Hohlraum,
wodurch das für
eine ordnungsgemäße, wirksame
Kühlung
erforderliche Wasser in den betreffenden Zwischenraum zwischen der
Packung 5 und der Welle 50 gelangt. Sowohl über den Zwischenring
als auch die seitliche Sperre kann dabei etwas Sperrwasser in die
Pumpe fließen,
wodurch – wie
gewünscht – Feststoffe
oder Partikel aus der Dichtungskonstruktion gespült werden; die Gefahr einer
Verschmutzung der Stopfbuchse durch die zu pumpende Aufschwemmung
wird damit so weit wie möglich
reduziert.
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Herkömmliche Systeme wie oben beschrieben
weisen in jedem Fall in ihrer Gestaltung Probleme auf; bei für das Pumpen
von Aufschwemmungen verwendeten Pumpen bedingen sie gleichzeitig
Betriebs- und Wartungsprobleme. Bei derartigen konstruktiven Ausführungen
ist z.B. der auf die einzelnen Packungsringe wirkende Druck nicht
einheitlich. Hoher Druck verstärkt
das Problem noch. In der Regel werden ein oder zwei Packungsringe
durch die Stopfbuchsbrille mehr zusammengedrückt als die übrigen, was
ungleichmäßige Abdichtungen
sowie uneinheitlichen Verschleiß zur
Folge hat. Weiterhin treten erhebliche Schwankungen im Wasserverbrauch
auf, abhängig
von der Regulierung durch das Bedienpersonal, den Arten der verwendeten
Packung sowie anderen variablen Faktoren. Für einige Prozesse ist eine
Trocknung der in der zu pumpenden Aufschwemmung enthaltenen Feststoffe
durch Entzug von Wasser erforderlich. Jede zusätzliche Wasserzufuhr hat somit
einen erhöhten
Kostenaufwand in einem späteren
Stadium des Prozesses zur Folge. Ein weiteres Problem stellt die
nicht in jedem Fall korrekte Regulierung durch das Bedienpersonal
dar. Es kann zu Unregelmäßigkeiten
oder Unterbrechungen der Wasserzufuhr kommen, was Verschleiß und Funktionsausfall
der Pakkung und der Hülse
zur Folge hat. Ebenso können
anstelle einer Leckage am Innendurchmesser der Packung Leckverluste
um den Außendurchmesser
der Packung herum auftreten.
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Aus der
DE-AS 1 038 403 ist eine
Stopfbuchsdichtung als Wellendichtung für Kreiselpumpen bekannt, bei
der in einer die Welle aufnehmenden Bohrung ein Packungsraum mit
einer aus mindestens zwei Packungsringen bestehenden Packung angeordnet
ist. Bei dieser Konstruktion werden die einzelnen Packungsringe
durch eine oder mehrere Stopfbuchsbrillen mehr oder weniger ungleichmäßig zusammengedrückt, was
eine ungleichmäßige Dichtwirkung
zur Folge hat.
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Bei einer Stopfbuchsdichtung nach
der
DE 35 08 592 A1 wird
eine innere Dichtschicht aus Packungsringen durch eine konzentrische äußere Dichtschicht
beaufschlagt. Diese Stopfbuchsdichtung ist für eine Kolbendichtung vorgesehen,
wobei für
hohe Drücke
und Temperaturen die äußere Dichtschicht
aus Graphit besteht.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden
Endung eine verbesserte Stopfbuchsendichtung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Stopfbuchsdichtung
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Vorzugsweise umfaßt die Packungshülse einen
aus elastischen Elastomer bestehenden, zwischen den Packungsringen
und der Innenfläche
der Bohrung angeordneten Ring. In einer Ausführungsform kann die Pakkungshülse eine äußere Umgrenzungswand
mit einer sich radial nach innen erstreckenden Seitenwand an einem
Ende der Umgrenzungswand umfassen. In montiertem Zustand kann sich
die Seitenwand an einer Seite der Packung herab erstrecken.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
sind zwei Gruppen von Packungsringen vorhanden, von denen jede mit
einer der obengenannten Pakkungshülsen versehen ist. Die beiden
Packungsringgruppen können
durch eine Zwischenringeinheit oder dergleichen voneinander getrennt
sein. In einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
der Zwischenring einen ersten Teil, der zwischen die zwei Gruppen
von Packungsringen paßt
und einen zweiten Teil, der so gestaltet ist, daß er in montiertem Zustand
axialen Druck auf die Packungshülsen überträgt. Zur
Abdichtung zwischen Zwischenring und Gehäuse kann zusätzlich ein
Rundring oder dergleichen vorhanden sein.
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Das Dichtungsgehäuse enthält eine Bohrung zur Aufnahme
einer beweglichen Pumpenwelle und umfaßt ein erstes und ein zweites
Gehäuseteil,
von denen jedes einen Packungsraum innerhalb der Bohrung aufweist.
Das erste und das zweite Gehäuseteil weisen
jeweils eine Auflagewand in Form einer Stirnwand am Ende des Packungsraumes
auf. Weiterhin ist eine Einstellvorrichtung vorhanden, deren Betätigung eine
relative Bewegung in Längsrichtung
der Bohrung zwischen den Auflagewänden ermöglicht. Der Packungsraum umfaßt im montierten
Zustand den ringförmigen
Raum oder Hohlraum zwischen der Innenfläche der Bohrung und der Außenfläche der drehbaren
Welle.
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Jede der Auflagewände kann einen sich bezogen
auf die Innenfläche
der Bohrung in der Regel radial nach innen erstreckenden Flansch
umfassen. Vorzugsweise haften die Auflagenflansche direkt am ersten
und zweiten Gehäuseteil
an. In montiertem Zustand befinden sich die Auflagenflansche weit
voneinander entfernt. Die Bohrung in beiden Gehäuseteilen ist zueinander offen;
zwischen den Gehäuseteilen
kann ein geringer Zwischenraum zur Aufnahme der Zwischenringeinheit
vorhanden sein.
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Vorzugsweise weist jeder der Auflagenflansche
einen freien Innenrand auf, der im montierten Zustand unmittelbar
an der Oberfläche
der Welle anliegt und allein und/oder in Verbindung mit Grundringen
die Funktion einer seitlichen Sperre erfüllen kann. Es empfiehlt sich
das Einlegen einer Vielzahl von Packungsringen in jedes Gehäuseteil.
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Ein Gehäuseteil ist vorzugsweise fest
mit dem Pumpengehäuse
verbunden, das andere hingegen beweglich angebracht, wodurch letzteres
durch Betätigen
der Einstellvorrichtung bezogen auf das erstgenannte Gehäuseteil
axial beweglich ist.
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Die Einstellvorrichtung kann in Form
einer Vielzahl von mit Gewinde versehenen Bolzen zur Verbindung
des ersten und zweiten Gehäuseteils miteinander
gestaltet sein, so daß eine
Drehung derselben eine axiale Bewegung der beiden Gehäuseteile
bewirkt. Weiterhin umfaßt
mindestens eines der beiden Gehäuseteile
zwei mittels Bolzen verbundene Halbteile, die so angeordnet sind,
daß die
beiden Gehäuseteile
für leichten
Zugang sowie Demontage des Gehäuses
voneinander trennbar sind.
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Im folgenden werden unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben, wobei in den Zeichnungen
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4 eine
ausschnittsweise schematische Seitenansicht einer Stopfbuchsdichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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5 die
Vorderansicht der in 4 gezeigten
Stopfbuchsdichtung ist;
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6 eine
Ansicht ähnlich
der in 4 ist, jedoch
einer abgewandelten Ausführungsform
der Konstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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7 bis 9 Seitenansichten verbesserter Zwischenringe
sind, wie sie in der Stopfbuchsdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zum Einsatz kommen können.
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Wie aus 4 und 5 ersichtlich,
umfaßt
die Dichtungskonstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung den in 1 bis 3 gezeigten herkömmlichen Dichtungskonstruktionen ähnliche
Elemente; zur Bezeichnung gleicher Teile wurden daher nach Möglichkeit
gleiche Bezugsnummern verwendet. Im allgemeinen dient jede Dichtungskonstruktion
für Pumpen dazu,
ein Austreten der zu pumpenden Flüssigkeit aus der Pumpe zu verhindern.
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Die Dichtungskonstruktion grenzt
zwei Bereich unterschiedlich hohen Drucks voneinander ab; außerhalb
der Dichtung herrscht normaler Luftdruck.
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Das Dichtungsgehäuse weist eine im wesentlichen
parallel zur drehbaren Welle 50 verlaufende und einen ringförmigen Hohlraum
oder Packungsraum formende Bohrung 4 auf. Das Gehäuse 2 umfaßt das Dichtungsgehäuse 3,
das wiederum einen ersten Teil 3A und ein zweites Teil 3B umfaßt. Weiterhin
ist die Konstruktion mit Auflagewänden in Form von Flanschen 14 und 15 ausgestattet,
von denen jeder einen inneren Rand 16 und 17 aufweist.
Der Innendurchmesser des Stopfbuchsgehäuses 3 unterscheidet
sich nur geringfügig
vom Durchmesser der Welle. Die Ränder 16 und 17 sind
allein und/oder in Verbindung mit Grundringen so angeordnet, daß sie eine
das Wegspülen
von Aufschwemmungen durch Wasser unterstützende seitliche Sperröffnung bilden. Die
Auflagewände 14 und 15 bilden
gleichzeitig einen Anschlag, der die Packung 5 trägt. Das
Gehäuse oder
Stopfbuchsgehäuse 3 besteht
in der Regel aus Metall, jedoch können auch andere geeignete
Materialien zum Einsatz kommen. Da besagtes Teil bedingt durch den
Kontakt mit der Aufschwemmung erhöhtem Verschleiß unterliegt,
könnte
es auch aus einem verschleißfesten
Material, wie z.B. chromreichem Eisen, gefertigt werden.
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Zur weitestgehenden Verminderung
von Verschleiß an
der Welle 50 wird diese üblicherweise mit einer Hülse aus
Hartmetall oder in Form einer Beschichtung versehen.
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Die beiden Teile 3A und 3B des
Dichtungsgehäuses 3 sind
derart angeordnet, daß die
Gehäuseteile
mit Hilfe einer Einstellvorrichtung in Form von Bolzen 21 in
Längsrichtung
gegeneinander verstellbar sind, wodurch eine Regulierung des, auf
die Packung 5 wirkenden Druckes, damit die Größe des Zwischenraumes
zwischen Packung und Hülse
bzw. Welle und letztendlich der Leckage der Dichtungskonstruktion
möglich
ist. Die Bolzen 21 werden von auf dem Gehäuseteil 3B befindlichen
Flanschen 32 gehalten.
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Die konstruktive Ausführung unterscheidet sich
von der einer herkömmlichen
Stopfbuchse dadurch, daß die
Auflagewände
sich nicht in die durch das Gehäuse
verlaufende Bohrung hineinerstrecken. Sie bilden vielmehr einen
ringförmigen
Dichtungsraum am Innendurchmesser derselben. Wie aus den Abbildungen
ersichtlich, besteht das Gehäuseteil 3B aus
zwei Halbteilen, die mittels Haltebolzen 23 miteinander
verbunden sind. Teil 3A kann in ähnlicher Weise geteilt sein.
Bei Wartungsarbeiten besteht so die Möglichkeit, das Gehäuse in Einzelteile
zu zerlegen und von der Welle 50 abzunehmen; der Zugang zum
Gehäuseinneren
wird erleichtert.
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Die beiden Enden der Gehäuseteile 3A und 3B werden
durch einen Zwischenring 55 voneinander getrennt. Zur Sicherung
und Aufrechterhaltung von Konzentrizität befindet sich dieser mit
seinem Außendurchmesser
sowohl im Gehäuse
oder Stopfbuchsgehäuse 3 als
auch im Durchmesser der Bohrung. Der Zwischenring besteht üblicherweise
aus Metall, kann jedoch zur Verminderung von Verschleiß an der
Welle bzw. Hülse
am Innendurchmesser mit einer Beschichtung oder einem Einsatz versehen sein.
Ein radial entlang des Innendurchmessers verlaufender Spalt oder
eine Rille erlaubt die Zufuhr von Wasser in den in Frage stehenden
Hohlraum zwischen Packung und Welle bzw. Hülse zu beiden Seiten des Zwischenrings.
Auf diese Weise kann Wasser sowohl in die Pumpe als auch nach außen gelangen.
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Für
die neuartige Ausführung
ist die Nutzung aller herkömmlichen
Pakkungstypen möglich.
Bei diesen handelt es sich in der Regel um gewebte, zur Installation
um die Wellenschutzhülse
herum an einer Stelle durchschnittene Ringe. Die Anzahl der an jedem
Ende befindlichen Packungen 8 ist variabel; gezeigt wird
eine Ausführung
mit zwei Packungen an jedem Ende.
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Wie aus 4 und 6 ersichtlich,
sind um die Packungen an jedem Ende der Dichtungskonstruktion herum
Packungshülsen 24 angeordent.
Gezeigt werden zwei Packungshülsen 24,
von denen jede einer Gruppe entsprechender Packungsringe 8A und 8B zugehörig ist.
Besagte Packungshülsen 25 haben im
wesentlichen die Eigenschaften elastischer Polymere, so daß infolge
der relativen Bewegung zwischen den beiden Gehäuseteilen 3A, 3B axial
auf besagte Packungshülsen 25 wirkender
Druck diese zunächst
axial zusammendrückt.
Die in 4 gezeigten Packungshülsen sind
im allgemeinen kreisförmige,
eine äußere Umgrenzungswand
umfassende Ringe. Die in 6 dargestellten
Packungshülsen 25 umfassen
eine äußere Umgrenzungswand
sowie eine sich von einem Ende der äußeren Umgrenzungswand radial
nach innen erstreckende Seitenwand. In montiertem Zustand ist die
Seitenwand der Hülse 25 zwischen
den Auflagewänden
des Dichtungsgehäuses 3 und
den Packungsringen 8A, 8B eingeschlossen. In einer
anderen Ausführungsart (ohne
Abbildung) kann die Seitenwand unmittelbar neben der Zwischenringeinheit
angeordnet sein. Da die Hülsen 25 im
wesentlichen zwischen dem äußeren Dichtungsgehäuse 3 und
den Packungen 5 eingeschlossen sind, kommt es zu einer
Umsetzung der axialen Kompression in eine radiale Kompression der Packungen.
Die Packungen werden demzufolge axial und radial zusammengedrückt, wodurch
eine einheitlichere Kompression der einzelnen Ringe erzielt wird.
Einheitlichere Kompression der einzelnen Packungsringe 8A, 8B ermöglicht eine
bessere Regulierung der Dichtungskonstruktion, ihres Funktionsverhaltens
sowie der Leckage. Zusätzlich
unterstützen
die Packungshülsen 25 die
Abdichtung an der Außenseite
der Packungsringe und damit die Vermeidung unkontrollierter Leckverluste.
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7 bis 9 zeigen Zwischenringe in
verschiedener Form, wie sie für
die Verwendung in einer Stopfbuchsdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
besonders geeignet sind. In jedem Fall umfaßt der Zwischenring 55 einen
ersten Teil 55A, der zwischen die zwei Gruppen von Packung 5 paßt, sowie einen
größeren Teil 55B,
der in gewissem Maße Druck
auf die Packungshülsen 25 überträgt.
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In den in 8 und 9 dargestellten
Ausführungsformen
ist zur zusätzlichen
Abdichtung zwischen dem Zwischenring 55 und den Gehäuseteilen 3A, 3B ein
Rundring 40 eingepaßt.
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Die konstruktive Ausführung, wie
oben am Beispiel der bevorzugten Ausführungsform beschrieben vereinfacht
die Regulierung des Sperrwassers und reduziert den Wasserverbrauch;
die Lebensdauer wird erhöht,
der Eintrag von Aufschwemmung vermindert, und der Verschleiß gestaltet
sich gleichmäßiger. Die
Packung wird gleichmäßig komprimiert, was
daran ersichtlich ist, daß der
Verschleiß durch die
Wellenhülse
gleichmäßig auf
alle Packungsringe verteilt ist und sich nicht – wie bei herkömmlichen Stopfbuchsgehäusen üblich – an einem
Ende konzentriert. Die Menge des in die Stopfbuches einzuspritzenden
Sperrwassers kann geringer bemessen werden als in herkömmlichen
Stopfbuchskonstruktionen, ohne daß sich dies negativ auf das
Funktionsverhalten auswirkt. Die Konstruktion ermöglicht auch eine
Regulierung des aus der Stopfbuches austretenden Sperrwassers, sowohl
des in die Pumpe hinein als auch aus ihr heraus fließenden.
Zusätzlich vereinfacht
die Konstruktion die Wartungsarbeiten, bedingt durch den verbesserten
Zugang zu den Packungsringen sowie die geringere Länge des
feststehenden ringförmigen
Dichtungsraumes.
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Selbstverständlich sind verschiedene Änderungen,
Abwandlungen und/oder Ergänzungen
der verschiedenen Konstruktionen und Anordnungen der Teile möglich, ohne
daß dies
jedoch ein Abgehen vom Wesen der Erfindung bedeutet.