DE2644119A1

DE2644119A1 - Dichtungselement

Info

Publication number: DE2644119A1
Application number: DE19762644119
Authority: DE
Inventors: Bernhard Buergermann
Original assignee: Huth & Soehne Carl
Current assignee: Huth & Soehne Carl
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1978-04-06

Description

Dichtungselement
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.
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.
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.
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.
Bei sehr hohen Differenzdrücken kann es sogar zu einer Extrusion des Dichtungsringmaterials, z.B.PTFE, in den Ringspalt zwischen Kolbenstange und Stopfbuchspackung kommen.
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.
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.
Der bekannte Dichtungsring ist nicht geeignet, die oben angegebenen Nachteile, die insbesondere bei der Abdichtung hin- und hergehender Kolbenstangen auftreten, zu vermeiden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung ist nun anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung veranschaulicht und in der nachstehenden Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Anspruche: L e e r s e i t e

Claims

Anspruche 1. Dichtungselement zur Abdichtung von Kolbenstangen und Kolben von Kolbenmaschinen, vornehmlich von Trockenlaufverdichtern, bestehend aus einem Dichtungsring aus Kunststoff, insbesondere aus einem Fluor-Kunststoff, der mit einem in sich geschlossenen Ring aus einem anderen Material kombiniert ist, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß der in sich geschlossene Ring(15) axial von einer Seite her in eine entsprechende ringförmige Aussparung(l4) des Dichtungsringes (11) eingelegt ist, derart, daß die RnnenumlangsSläche (16) des eingelegten Rings (15) unmittelbar die Gleitfläche (17) des abzudichtenden Körpers (18) umgibt.
2. Dichtungselement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der eingelegte Ring (15) aus einem Material hoher Festigkeit mit gleichzeitig guten NotlauSeigenschaften besteht.
3. Dichtungselement nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der eingelegte Ring (15) aus einem Metall, vorzugsweise Bronze, besteht.
4. Dichtungselement nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der eingelegte Ring (15) aus Kunstkohle besteht.
5. Dichtungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden Anspruche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der eingelegte Ring (15) einen quadratischen oder Rechteckquerschnitt aufweist.
6. Dichtungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Inner.durchmesser(D 2) des eingelegten Rings (15) etwa um 0X2 --0X3 mm größer ist als der Durchmesser(D 1) der Gleitflächen (17) des abzudichtenden Körpers (18).
7. Dichtungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden Anspruche, d a d u r c h g e k e n-n z e i c h n e daß der Durchmesser der zur Aufnahme des eingelegten Rings (15) dienenden Aussparung (14) im Dichtungsring (11) größer ist als der Außendurchmesser (D 3) des eingeleeten Rings.
8. Dichtungselement nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n:e t, daß der Durchmesser der zur Aufnahme des eingelegten Rings (15) dienenden Aussparung (14) im Dichtungsring (11) etwa um 0,5 - 1 mm größer ist als der Außendurchmesser (D 3) des eingelegten Rings.
9. Dichtungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die äuBìere Stirnflache (22) des eingelegten Rings (15) plan mit der zugeordneten Stirnfläche (23) des Dichtungsrings (11) abschließt.
10. Dichtungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e tç daß der eingelegte Ring (15) von der Druckseite her in den Dici*tungsring (ll) eingelegt ist.
11. Dichtungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden AnsprUche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e ty daß der AuBendurchmesser des Dichtungsrings (11) so gewählt ist, daß sich nach Einlauf desselben gegenüber dem umgebenden Gehäuse (20) ein Stoßspiel von etwa 0,5 - 0,8 nun ergibt.
12. Dichtungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e tX daß der Dichtungsring (11) von einer in eine Ringnut (13) am Außenumfang desselben eingelegten Schlauchfeder (12) umschlossen ist.
13. Verwendung von Dichtelementen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche zur Herstellung einer Stopfbuchspackung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e tX daß mehrere Dichtungselemente (10), jeweils mit eingelegtem Ring (15), unmittelbar hintereinander angeordnet sind.
14. Verwendung von Dichtelementen nach einem oder mehreren der Anspruche 1 - 12 zur Herstellung einer Stopfbuchpackung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Dichtungselemente (10) mit eingelegtem und Dichtl'ngs ringe (19) ohne eingeMegtem Ring (15) - vorzugsweise alternierend - hintereinander angeordnet sind (Fig. 3).
15. Verwendung nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Dichtungselemente (10) - bezogen auf die axiale Lage der eingelegten Ringe (15) - gleichsinnig angeordnet sind.
16. Verwendung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Diehtungselemente (10) so angeordnet sind daß die eingelegten Ringe (15) mit ihrer freien Stirnfläche (16) der Druckseite bzw. der Seite, auf der der größere Druck herrscht, zugewandt sind.
17. Verwendung nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Dichtungselemente (10) - bezogen auf.die axiale Lage der eingelegten Ringe (15) - , vorzugsweise abwechselnd, im entgeg>ngesetzten Sinne angeordnet sind.
18. Verwendung nach einem oder mehreren der Anspruche 13 - 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Dichtungsringe bzw. Dichtungselcnente (19 bzw.10) jeweils paarweise hintereinander angeordnet sind, wobei mindestens der eine Dichtungsring (10, 11) jedes Dichtungsringpaares (10, 11; 19) einen eingelegten Ring (15) aufweist.
19. Verwendung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z ei c h ne t, daß jedes Dichtungsringpaar (10, 11; 19) von dem axial benachbarten Dichtungsringpaar durch ein radial von außen hineinragendes Gehäuseteil (21) auf Abstand gehalten ist.