Stopfbuchspackung Die Erfindung betrifft eine axial anziehbare und elastisch verformbare Stopfbuchspackung mit min destens einem Dichtungselement in Form eines Lip penringes, der von seiner Rückseite mittels eines er sten starren Ringes axial gegen einen zur Stützung dienenden zweiten starren ringförmigen Teil gedrückt wird.
Bisher bekannte und zum Abdichten, bzw. Ab streifen vorzugsweise bei hin- und hergehenden Be wegungen angewandte Lippenringe können einzeln oder zu mehreren hintereinander angeordnet sein. Sind sie einzeln angeordnet, so wird der axiale An zug auf den kürzeren, gedrungenen Stützteil des Lip penringes entweder direkt oder über eine Zwischen lage ausgeübt. Diese Zwischenlage kann ein Rund gummi, eine Weichpackung oder ähnliches sein.
Beim axialen Anziehen drückt der Stützring selbst oder über die Zwischenlage den Stützteil des Lippen ringes gegen den Druckring, und gleichzeitig drückt die Zwischenlage gegen die Lippe und presst die Dichtkante bzw. den Lippenrücken gegen den abzu dichtenden Teil, beispielsweise einen Plunger oder ein Rohr.
Sind die Lippenringe zu mehreren hinter einander ohne starre Zwischenringe angeordnet, so drückt beim axialen Anziehen jeweils der Rücken bzw. der an ihm anschliessende Teil die Dichtlippe des benachbarten Lippenringes gegen den abzudich tenden Teil und die Dichtlippe des dem Stützring am nächsten gelegenen Lippenringes wird wieder über eine Zwischenlage - Rundgummi oder Weichstoff packung -. angepresst.
Die Fläche des Stützteiles, auf die der axiale Druck ausgeübt wird, ist bei bis her bekannten Lippenringformen schräg, und zwar derart, dass bei innen liegenden Dichtlippen der axiale Abstand der Fläche von der durch den Lip- penringrücken gehenden achsnormalen Scheitelfläche von aussen nach innen kleiner wird und bei aussen liegenden Dichtlippen von innen nach aussen kleiner wird.
Auf diese Fläche drückt, wenn mehrere Lip penringe ohne Zwischenringe hintereinander ange ordnet sind, der meist rund ausgebildete Rücken des nächstfolgenden Lippenringes. Beim letzten Lippen ring sowie auch in dem Fall, wenn nur ein Lippen ring angeordnet ist, drückt gegen diese Fläche die Zwischenlage, die auch meist eine runde Form hat.
Beim Einbau ist für diese Art der Dichtung ein axiales Anziehen notwendig, ganz gleich ob sie als Abstreifelement oder als Dichtelement verwendet werden, und zwar auch wenn bei Anwendung als Dichtelement die Dichtung nicht durch den Druck mittels der Stopfbuchsbrille erreicht wird, sondern durch den eigenen Arbeitsdruck der Maschine, der hinter die Dichtlippe kommt und diese an den ab zudichtenden Teil presst.
Stopfbuchspackungen mit Lippenringen dieser Form haben den Nachteil, dass durch axiales An ziehen beim Einbau die zwischen Dichtlippe und ab zudichtenden Teile erzeugte Reibungskraft unkontrol lierbar ist.
Ausserdem ist die Charakteristik zwischen axialem Anzug und entstehender Reibungskraft sehr steil, d. h. bei relativ geringem Anzug nimmt die Reibungskraft verhältnismässig stark zu. Somit kann beim Einbau leicht durch etwas zu starkes Anziehen die auf das abzudichtende Teil auszuübende Durch schubkraft sehr gross werden, und es ist die Gefahr des Heisslaufens und des Anfressens gegeben. Da das Ausmass des Anziehens vom Gefühl d. h. von der Erfahrung des Monteurs abhängt, ist die jewei lige Grösse der Reibungskraft mehr oder weniger zu fällig.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht diese Nachteile zu vermeiden. Es wird erreicht, dass die Charakteristik zwischen axialem Anzug und der ent stehenden Reibungskraft weniger steil verläuft. Das ist beim Einbau vorteilhaft, denn durch axiales An ziehen nimmt die Reibungskraft zwischen Dichtlippe und abzudichtendem Teil weniger stark zu.
Ausser- dem kann durch weiteres axiales Anziehen die Rei- bungskraft nur bis zu einer bestimmten Grösse ge steigert werden. Erreicht die Reibungskraft diese Grösse, so wird durch noch weiteres Anziehen diese Kraft wieder geringer. Damit wirkt eine solche Stopf buchspackung in dieser Weise selbstsichernd , d. h. durch Anziehen der Stopfbuchsbrille kann die Rei bungskraft eine bestimmte Grösse nicht überschrei ten.
Die Erfindung besteht darin, dass die der Rück seite des Lippenrings zugewandte Fläche des Druck ringes der Form der Lippenringrückseite angepasst ist und dass der kürzer sowie etwas gedrungener als der Lippenteil ausgebildete Stützteil des Lippenringes eine dem Stützring zugewandte Stützfläche hat,
deren axialer Abstand von der achsnormalen Scheitelfläche der Rückseite an der der Dichtlippe zugewandten Be grenzung des Stützteils grösser ist als deren axialer Abstand an der von der Dichtlippe abgewandten Be grenzung des Stützteiles, und dass schliesslich die Stützflächen am Lippenring und am Stützring derart unterschiedlich geneigt sind, dass sich die Stützfläche des Stützteiles und die diesem zugewandte Fläche des Stützringes nur teilweise berühren, so dass an dervon der Dichtlippe abgewandten Seite zwischen diesen beiden Flächen ein Hohlraum entsteht.
Die Lippenringe können so ausgebildet sein, dass die dem Stützring zugewandte, ringförmige Begren- zungsfläche des Stützteiles kegelförmig ist. Ebenfalls kann die dem Stützteil zugewandte Fläche des Stütz ringes kegelförmig sein.
Die dem Stützring zuge wandte Fläche des Lippenringes und die dem Lippen ring zugewandte Fläche des Stützringes können, im Querschnitt gesehen, auch gekrümmt verlaufen, wo bei nur die Berührung beider Flächen so erfolgen muss, dass sich bei innenliegenden Dichtlippen mit zunehmendem axialem Anzug die Resultierende der eingeleiteten achsparallelen Kraftvon innen nach aus sen verschiebt und sich bei aussenliegenden Dicht lippen der radiale Abstand der Resultierenden ver kleinert.
Nach einer anderen Ausführungsform kann der Stützring an der dem Stützteil des Lippenringes zugewandten Seite durch eine achsnormale Ebene be grenzt sein. Der axiale Abstand der Stützfläche am Stützring von der achsnormalenScheitelfläche derLip- penringrückseite kann auch an der Dichtlippe zuge wandten Begrenzung grösser sein als der axiale Ab stand an der von der Dichtlippe abgewandten Be grenzung.
Eine angestrebte, verhältnismässig geringe Zunahme der zwischen Dichtlippe und abzudichten dem Teil auftretenden Anpresskraft mit dem axialen Anzug wird erreicht, wenn die Stützfläche des Stütz teiles mit der achsnormalen Fläche einen Winkel von 400-50 einschliesst, und wenn die dem Stützteil zugewandteFläche des Stützringes mit der achsnorma len Fläche einen Winkel von 20o-250 einschliesst.
Bei Anordnung von mehreren Lippenringen hinter- einander in Form einer Gruppe kann der zwischen zwei Lippenringen liegende, starre Ring aus einem Teil bestehen, der so ausgebildet ist, dass er für den einen als Druckring und für den anderen als Stütz ring wirkt. Die dem Lippenteil zugewandte Begren zung des Stützteiles kann achsparallel verlaufen ; sie kann aber auch parallel zur inneren Begrenzung des Lippenteiles sein.
Die Herstellung und Anwendung der Lippenringe ist nicht an ein bestimmtes Material gebunden. So kann als elastischer Werkstoff z. B. Gummi, Gummi mit Gewebeeinlage oder auch Kunstpresstoff, wie Nylon oder Ähnliches dienen, während die Zwischen ringe bzw. Druck- oder Stützringe vorzugsweise aus Metall hergestellt werden.
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Lippenring mit Druck- und Stützring und Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teil einer Stopfbuchse, bei der zwei Gruppen von Lippenringen angeordnet sind.
Der aus einem Lippenteil 2 und einem Stützteil 3 bestehende Lippenring hat eine Rückseite 9, die hier rund ist, aber auch gerade sein kann. Die dem Lip penring zugewandte Fläche 12 des Druckringes 1 ist der Form der Lippenringrückseite angepasst. Die Dichtlippe 2 wirkt durch Anpressen ihres Rückens 17 an die Fläche 15 des abzudichtenden, beweglichen Rohres 18 dichtend oder abstreifend und soll ein übertreten von gasförmigem oder flüssigem Medium aus dem Raum 14 in den Raum 34 verhindern. Der Stützteil 3 hat eine dem Stützring 5 zugewandte Fläche 4, die schräg verläuft.
Der axiale Abstand der Fläche 4 von der achsnormalen Scheitelfläche 13-13 durch die Lippenringrückseite 9 an der der Dicht lippe zugewandten Begrenzung 6 des Stützteiles 3 ist a. Der axiale Abstand der Fläche 4 an der von der Dichtlippe 2 abgewandten Begrenzung (7) des Stützteiles 3 ist b.
Der Stützring 5 hat eine dem Stützteil 3 zugewandte Fläche 8, die auch schräg ver- läuft.Der axialeAbstandvon der achsnormalenSchei- telfläche 13-13 der Lippenringrückseite 9 an der der Dichtlippe zugewandten Begrenzung 10 ist c ; der axiale Abstand an der von der Dichtlippe abgewand ten Begrenzung 11 des Stützringes 5 ist d. Bei An ordnung von mehreren Lippenringen hintereinander (Fig. 2) sind zwischen den Lippenringen 19, 19' starre Ringe 20, 20' angeordnet.
Die Lippenringe 19 bilden eine Gruppe und sollen ein übertreten von gasförmigem oder flüssigem Medium vom Raum 21 in den Raum 22 verhindern und die Lippenringe 19', die eine weitere Gruppe bilden, die der ersten ent gegengesetzt ist, sollen übertreten von gasförmigem oder flüssigem Medium aus dem Raum 23 in den Raum 22 verhindern. An den einzelnen Lippenrin gen bzw. an jeder Gruppe vorbeileckendes Medium wird in bekannter, nicht gezeichneter Weise abge- führt. Im feststehenden Gehäuse 24 befindet sich ein Zylinder 25, der zwischen den Flächen 32 und 33 beweglich geführt ist, um ein Zentrieren zu ermög lichen.
Der Zylinder 25 hat in seinem inneren Teil eine der Rückseite des Lippenringes angepasste Fläche 26. Der zwischen zwei Lippenringen 19 an geordnete, starre Zwischenring 20 wirkt für einen Lippenring mittels seiner Fläche 27 als Stützring und mittels einer weiteren, der Rückseite des Lippen ringes angepassten Fläche 28 für den anderen Lip penring als Druckring. Der Zylinder 25 hat an sei nem einen Ende ein Innengewinde 30, in das ein in einem Ring 29 vorhandenes Gewinde eingreift. Die dem Lippenring zugewandte Fläche 31 des Ringes 29 ist entsprechend ausgebildet wie die Fläche 27 der Zwischenringe. Durch Anziehen des Ringes 29 wird ein axialer Druck auf die Lippenringe ausge übt, und die Lippen werden an die äussere Fläche des abzudichtenden Rohres 32 angepresst.
Dadurch wird eine Abstreif- oder Dichtwirkung erreicht. Hier bei kann auch, wie bei bisher bekannten Lippen ringen, ein zusätzliches Anpressen der Lippe durch den Arbeitsdruck der Maschine erfolgen. Die eine weitere Gruppe bildenden Lippenringe 19' weisen dieselben Merkmale auf, wie die aus den Lippen ringen 19 gebildete Gruppe. Gleiche Teile haben das gleiche Bezugszeichen, nur mit einem Strich versehen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch eine bestimmte Form des Lippenringstützteiles, auf den der axiale Druck ausgeübt wird, und durch eine bestimmte Form des Stützringes die Charakte ristik zwischen axialem Anzug und entstehender Rei bungskraft geeignet gewählt werden kann. Dieses Verhalten wird an einem einzeln angeordneten Lip penring mit innenliegender Dichtlippe anhand der Fig. 3 und 4 erklärt. Für einen Lippenring mit aus senliegender Dichtlippe oder bei Anordnung von mehreren Lippenringen hintereinander zu einer Gruppe erklärt sich das Verhalten sinngemäss.
Zu Beginn des axialen Anziehens berührt die kreisring förmige Fläche des Stützringes die zur achsnormalen schräge Fläche des Lippenringstützteiles auf einer kreisförmigen Linie. Diese kreisförmige Berührungs- linie hat denselben Durchmesser wie die innere Be grenzung des Stützteiles (Fig. 3).
Mit zunehmendem axialem Anzug wird aus dem Berührungskreis eine kreisringförmige Berührungsfläche, während zwischen Stützring und der diesem zugewandten Fläche des Lippenringes an der von der Dichtlippe abgewandten Seite ein Hohlraum bleibt, sich also Lippenring und Stützring in diesem Teil nicht berühren. Durch die in Axialrichtung ausgeübte Kraft auf die Berührungs fläche werden Reaktionskräfte geweckt.
Die Resul- tierendeder imDruckring auftretenden achsparallelen Kräfte und die Resultierende der mittels des Anzugs achsparallelen angeleiteten Kräfte bilden in bezug auf die Querschnittsfläche des Lippenringes ein Torsions- moment, welches eine Verformung der Lippe radial nach innen bewirkt.
Der Dichtrücken der Lippe wird somit gegen eine im Lippenring befindliche, ab- zudichtende Fläche gedrückt. Wird der axiale Anzug vergrössert, so verformt sich der Stützteil des Lippen ringes weiter, und es vergrössert sich die kreisring- förmige Berührungsfläche zwischen Stützring und dem Stützteil. Die Resultierende der in dem Lippenring eingeleiteten achsparallelenKräfteverschiebtdabeiihre Wirkungslinie radial nach aussen.
Absoluter Betrag und Abstand der Resultierenden, der eingeleiteten und der durch sie geweckten Reaktionskraftverhalten sich dabei so, dass das auf die Lippe ausgeübte Torsionsmoment bis zu einem bestimmten Grösst- wert zunimmt. Damit nimmt die radial nach innen gerichtete Verformung und somit auch der Anpress- druck -zwischen Lippenringrücken und abzudichten dem, bewegtem Teil bis zu einem bestimmten Grösstwert zu.
Diese Zunahme geschieht weniger steil, als wenn die Dichtlippe allein durch Druck wirkung des Stützringes gegen den abzudichtenden Teil gepresst wird. Vergrössert man bei der vorge schlagenen Lippenform die eingeleitete achsparallele Kraft durch weiteres Anziehen, so nimmt die Ver formung des gedrungenen Lippenringteiles weiter zu. Die Berührungsfläche zwischen Stützring und Stütz teil vergrössert sich.
Die Lage der achsparallelen, ein geleiteten, resultierenden Kraft verschiebt sich noch weiter radial nach aussen, und das mit der achsparal- lelen, resultierenden Lagerkraft des Druckringes ge bildete Torsionsmoment wird kleiner, was eine sich verkleinernde Reibungskraft zwischen Dichtlippe und abdichtendem Teil zur Folge hat, bis schliesslich durch noch weiteres axiales Anziehen das Torsions- moment seine Drehrichtung umkehrt, was zum Ab heben der Dichtlippe vom zu dichtenden Teil führt (Fig. 4).
Dabei ist es von dem Zustand an, von dem an sich das Torsionsmoment verringert, gleichgültig, ob der Stützring nunmehr überall die ihm zugewandte Fläche des Stützteiles berührt oder ob weiterhin ein jetzt kleinerer Hohlraum zwischen beiden Flächen vorhanden ist. Dadurch wird lediglich die Art der Abnahme des Torsionsmomentes beeinflusst.