DE3734744A1 - Dichtungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein gasdichtes, verspanntes Dichtungssystem für unparallele Dichtungsflächen zweier in einem Abstand gegenüberliegender, relativbewegter Bauteile mit einem aus mindestens zwei gegeneinander verschiebbaren Ringteilen bestehenden ringförmigen Dichtungssatz.

Derartige Dichtungssysteme werden angewendet für die fluiddichte Sicherung von Schnittstellen in Apparten, an denen Innen- oder Außendruck von Flüssigkeiten oder Gasen wirkt und ein gewisses Spiel der Bauteilachsen in axialer und/oder radialer Richtung durch Fertigungs-, Montagetoleranzen oder Betriebsbelastungen zu erwarten ist.

Aus der DE-OS 29 23 600 ist ein Dichtungssystem dieser Gattung bekannt. Fig. 4 zeigt eine Dichtung zwischen einem Gehäuse und einem Wellenabsatz aus zwei axial wirkenden Kunststoffringen mit dazwischen angeordneten Metallringen, die eine im Querschnitt trapezförmige Lücke zwischen sich bilden. In dieser Lücke ist eine aus zwei übereinanderliegenden, geteilten Ringen aus Metall gebildeter und durch eine äußere Ringfeder gehaltene Dichtung eingelegt. Durch die Ringfeder ist das Dichtungssystem elastisch und vermag geringfügige Fluchtungsfehler zwischen Gehäusebohrung und Welle sowie Reibverschleiß an den Flanken der Metallringe auszugleichen.

Größere Disparallelitäten zwischen den Bauteilachsen als einige 1/10 mm können nicht ausgeglichen werden, da die Metallringe nicht elastisch genug sind, um von einer Kreisform abweichende Dichtspalte gasdicht schließen zu können.

Aus der DE-OS 29 32 825 ist ein anderes gattungsgemäßes Dichtungssystem bekannt mit zwei oder drei gegeneinander abdichtenden Kunststoffringen kreisförmigen Querschnittes. Allerdings ist eine Axialverschiebung der abzudichtenden Bauteile Gehäuse/Welle nicht vorgesehen, und die Dichtspaltüberbrückung hängt allein von der Dicke und Kompressibilität der Kunststoffringe ab und ist entsprechend begrenzt.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Dichtungssystem zu schaffen, das größere Achsfluchtungstoleranzen, eine Achsverschiebung in radialer und axialer Richtung zuläßt, dabei aber gasdicht bleibt und technisch einfach zu fertigen und zu montieren ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale.

Vorteilhafte Weiterbildungen des allgemeinen Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß kombiniert wirkende Dichtungen für mehrere Freiheitsgrade zweier gegenüberliegender Bauteile material- und konstruktionsbedingte Grenzen haben.

Daher werden zwei verschiedene Dichtungselemente vorgeschlagen, von denen die eine gegen axiale Verschiebung und die andere gegen radiale Verschiebung der Bauteilachsen unempfindlich sind.

In dem neuen Dichtungssystem ergeben die zwei gleichzeitig wirkenden Dichtungspaarungen, die durch definierbare Kraft gegeneinader gedrückt werden, eine kombinierte Wirkung.

Mit der Zerlegung der kombinierten Dichtfunktion in zwei voneinander unabhängige Dichtungspaarungen kann die Auslegungsgrenze für Relativbewegungen an der abzudichtenden Bauteile-Schnittstelle wesentlich vergrößert werden und auch sich überlagernde Toleranzen, resultierend aus Achsbiegung, Rotationsexzentrizitäten und Achsverschiebung, ausgeglichen werden.

Wenn beispielsweise eine rotatorische Relativbewegung zwischen den Bauteilen entsteht, ist eine Dichtung einem Reibverschleiß ausgesetzt. Durch erfindungsgemäße Aufteilung der axialen Dichtfunktion auf zwei Dichtpaarungen kann die Standzeit verdoppelt werden bei gleichzeitiger exakter Zentrierung der Dichtungen auf den beiden Bauteilen. Eine identische Ausführung der Dichtungen erleichtert die Ersatzteilhaltung und vermeidet Einbaufehler.

Die Forderungen nach hoher Standfestigkeit, geringer Reibung, Gasdichtigkeit und Wirtschaftlichkeit wird in an sich bekannter Weise nur von einer Dichtungspaarung Metall/Kunststoff gewährleistet.

Versuche haben gezeigt, daß insbesondere der Kunststoff Polytetrafluorethylen geeignet ist, da er geringe Haftung, Langlebigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit aufweist. Ähnlich geeignet wäre eine Dichtung aus Gußpolyamid, jedoch bei geringerer Dauerbelastbarkeit unter höheren Temperaturen.

Die radiale Abdichtung soll erfindungsgemäß eine planparallele Ringdichtung, die in weiten Grenzen - entsprechend der Ringbreite - eine parallele Achsverschiebung zuläßt, übernehmen.

Hohe Zuverlässigkeit über Betriebszeiten von mehreren Jahren bedingen standfeste Werkstoffe. Daher soll das Dichtungssystem aus stählernen Grundelementen bestehen, in die lediglich die verschleißenden Dichtungsteile erneuerbar eingeklebt werden können. So ist auch eine einfache Reparatur möglich.

Der für eine Dichtwirkung notwendige Anpreßdruck zwischen den Dichtflächen soll erfindungsgemäß durch einen gewichtsbelasteten Seilzug aufgebracht werden. Damit wird eine stets gleichbleibende Preßkraft über einen nahezu beliebig langen Verschiebeweg garantiert. Die meisten bekannten Dichtungssysteme sind abhängig von der Dauerelastizität der verwendeten Werkstoffe und ermüden daher schneller.

Der Einfachheit halber wird die Anpreßkraft über ein vorzugsweise nicht rotierendes Bauteil auf die Dichtung übertragen.

Eine gute Selbstzentrierung der axialen Dichtungen auf den beiden gegenüberliegenden Bauteilen wird dadurch erreicht, daß die Bauteile gewölbte Oberflächen. d.h. Dichtflächen aufweisen, die zudem feinstbearbeitet sein sollten. Dabei können sowohl konkave Oberflächen für innerhalb der Bauteilabmessungen liegende Dichtungen als auch konvexe Oberflächen für von außen wirkende Dichtringe vorgesehen werden.

Anhand einer schematischen Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.

Bei einer Müllpyrolyseanlage fließt ein Füllgut in Richtung A durch ein Rohr 1 mit 400 mm Durchmesser von einem nicht dargestellten Einfülltrichter mit der Hauptachse B zu einem ebenfalls nicht dargestellten Reaktorbehälter mit der Achse C. Flansch 2 ist elastisch durch in Bohrung 3 einsetzbare Schrauben mit dem stillstehenden Einfülltrichter verbunden. Flansch 19 ist über eine Schraubverbindung 20 mit dem rotierenden, 5 m durchmessenden Reaktorbehälter verbunden. Ein Ringsystem mit 600 mm Innendurchmesser und 700 mm Außendurchmesser, bestehend aus den baugleichen axialen Dichtungen 11 bzw. 15 sowie der radialen Dichtung 13, eingeklebt in die Ringkörper 10 bzw. 14, dichtet den Spalt 16 zwischen den Flanschen 2 bzw. 19 auf deren balligen Oberflächen 8 bzw. 18 gasdicht ab. Das Ringsystem wird durch einen an Absatz 4 des Flansches 2 angelaschten und über Rolle 6 umgelenkten, mit Gewicht 7 belasteten Seilzug 5 mit stets konstanter Kraft zwischen den Flanschen 2 und 19 zusammengepreßt.

Überdeutlich ist ein montagebedingter Fluchtfehler F als Winkelabweichung zwischen den Apparateachsen B und C dargestellt. Derartige Differenzen können auch beispielsweise in der entgegengesetzten Richtung durch Biegung nach Beladung des Reaktorbehälters entstehen.

Der Ringkörper 14 ist über die eingeklebte Dichtung 13 aus Teflon® nur reibschlüssig über die geschliffene Dichtfläche 12 mit dem Ringkörper 10 verbunden.

Der Fluchfehler F führt daher zu einer Verschiebung der Dichtungspaarung 17 zwischen der geschliffenen Oberfläche 18 des Flansches 19 und der Dichtung 15 aus Teflon® im stählernen Ringkörper 14.

Dadurch wird dieser Ringkörper 14 relativ zu Ringkörper 10 um das Differenzmaß D radial verschoben, ohne daß die Dichtwirkung zwischen der Dichtfläche 12 und der dazu planparallelen Dichtung 13 nachläßt.

Die balligen Oberflächen 18 bzw. 8 der Flansche 19 bzw. 2 bewirken durch die Verspannung über Seilzug 5, daß die Dichtungspaarungen 17 bzw. 9 zu den Dichtungen 15 bzw. 11 erhalten bleiben und das Ringsystem stets senkrecht zwischen den Flanschen 19 bzw. 2 zentriert wird.

Eine durch Abrieb der Dichtungen 15 bzw. 11 oder durch Wärmedehnung verursachte Axialverschiebung der Flansche 19 oder 2 gleicht der Seilzug 5 aus. Wenn der Abrieb ein definiertes Maß erreicht hat, können die Dichtungen 15 und 11 gegenseitig gewechselt oder ausgetauscht werden.

Durch diese Anordnung von getrennten axial und radial wirkenden Dichtelementen kann jede auftretende Relativbewegung zwischen den Flanschen 19 und 2 sowie eine Winkeldifferenz oder ein Parallelversatz der Achsen B und C ausgeglichen werden, ohne daß die Dichtfunktion leidet.

Alle Teile des Ringsystems bestehen aus einfachen Drehteilen; das Dichtungssystem kann über Jahre wartungsfrei betrieben werden.

Claims (8)

1. Gasdichtes, verspanntes Dichtungssystem für unparallele Dichtungsflächen zweier in einem Abstand gegenüberliegender relativbewegter Bauteile mit einem aus mindestens zwei gegeneinander verschiebbaren Ringteilen bestehenden ringförmigen Dichtungssatz, gekennzeichnet durch mindestens je eine radial wirkende und eine axial wirkende Dichtungspaarung (12 bzw. 9, 17) und mindestens ein mit definierter Kraft axial verschiebbares Bauteil (2).

2. Dichtungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei axiale und eine radiale Dichtungspaarung (9, 17 bzw. 12).

3. Dichtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Dichtungspaarung (9, 12, 17) Metall/Kunststoff.

4. Dichtungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine planparallele radiale Ringflächendichtung (13) zwischen den Ringteilen.

5. Dichtungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch auf stählerne Ringkörper (10, 14) geklebte Dichtungen (11, 13, 15) aus Kunststoff.

6. Dichtungssystem nach den Ansprüchen 1-5, gekennzeichnet durch eine Dichtung (11, 13, 15) aus Polytetrafluorethylen.

7. Dichtungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch Axialverschiebbarkeit eines Bauteiles (2, 19), vorzugsweise eines nicht rotierenden Bauteiles, durch einen gewichtsbelasteten Seilzug (5).

8. Dichtungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine gewölbte Oberfläche (8, 18) mindestens eines Bauteiles (2, 19).