DE19941617C1

DE19941617C1 - Shaft seal manufacturing method has graphite material rolled to form thin layers pressed together by diametrically opposing press plates

Info

Publication number: DE19941617C1
Application number: DE1999141617
Authority: DE
Inventors: Peter Bartsch
Original assignee: Bartsch & Co KG GmbH
Current assignee: Klinger AG
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2019-09-02

Abstract

The manufacturing method has a flexible graphite material, made from an expanded natural graphite or a graphite powder, rolled for providing thin layers (1.1,1.2,1.3,..) which are pressed together in a mould (2) via a pair of coaxial, diametrically opposing press plates (3,4), positioned on opposite sides of the shaft seal (1). The press plates are moved together simultaneously at a constant velocity. An Independent claim for a shaft seal is also included.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wellendichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einen Wellendichtring, hergestellt nach diesem Verfahren.The invention relates to a method for producing a shaft seal according to the Preamble of claim 1 and a shaft sealing ring, manufactured according to this Method.

Bekannt sind Wellendichtungen beispielsweise in Form von Stopfbuchspackungen bei Armaturen oder Kolbenmaschinen, bei denen eine Abdichtung und damit ein Austreten gasförmiger oder flüssiger Medien verhindert werden soll. Diese als Berührungsdichtungen eingesetzten Wellendichtungen werden zumeist in Form von Flechtpackungen verwendet, die aus miteinander verwobenen Fasern, Gewebeschnüren oder Fäden unterschiedlicher Materialien bestehen. Die Flechtpackungen oder Graphitringe werden in einem Hohlraum einer Stopfbuchspackung entweder einzeln oder übereinander geschichtet angeordnet und durch eine Stopfbuchsbrille in axialer Richtung zusammengepreßt. Die Stopfbuchsbrille ist dabei zumeist auf der dem Betriebsmitteldruck abgewandten Seite der Wellendichtung angeordnet. Durch die Stopfbuchsbrille wird der benötigte Druck auf die Ringe ausgeübt, der letztendlich die Dichtwirkung erzeugt. Beim Einbau in die Armatur oder in die Anlage wird demnach nochmals ein konstanter Druck auf die Wellendichtung ausgeübt. Eine derartige Wellendichtung ist beispielsweise aus der DE 298 19 261 U1 bekannt.Shaft seals are known, for example, in the form of gland packing Valves or piston machines, in which a seal and thus leakage gaseous or liquid media should be prevented. These as contact seals shaft seals used are mostly used in the form of braided packings, those made of interwoven fibers, fabric cords or threads of different Materials exist. The braided packings or graphite rings are in a cavity a gland packing either individually or stacked and pressed together in the axial direction by gland packing. The stuffing box is mostly on the side of the shaft seal facing away from the operating fluid pressure arranged. The stuffing box gland exerts the necessary pressure on the rings, which ultimately creates the sealing effect. When installed in the valve or in the system a constant pressure is therefore exerted on the shaft seal. A such a shaft seal is known for example from DE 298 19 261 U1.

Darüber hinaus sind massive, flexible Graphitringe in geteilter oder in geschlossener Ausführung bekannt, wie sie in der DE 41 18 446 A1 beschrieben sind. Dabei handelt es sich zumeist um Reingraphitringe, von denen mehrere übereinander geschichtet werden müssen, um die geforderte Abdichtung zu erreichen.In addition, massive, flexible graphite rings are in split or closed Execution known as described in DE 41 18 446 A1. This is what it is about mostly around pure graphite rings, several of which are stacked on top of each other to achieve the required sealing.

Zu unterscheiden sind dabei flexibler Reingraphit, der zumeist aus expandiertem Naturgraphit in Folien- oder in Pulverform besteht, wobei dieser auch vorverdichtet, d. h. vorverarbeitet sein kann und Graphitpulver, das auch als Schüttgut erhältlich und verarbeitbar ist. A distinction is made between flexible pure graphite, which mostly consists of expanded There is natural graphite in foil or powder form, which is also pre-compressed, i.e. H. can be preprocessed and graphite powder, which is also available in bulk and is processable.

Die bislang bekannten Ausführungen von Reingraphitringen werden mittels eines Pressverfahrens hergestellt, bei dem zunächst das Graphitmaterial in eine topfförmige Form eingebracht wird, deren Innen- und Außenabmessungen der späteren Wellendichtung entsprechen. Anschließend wird einseitig über einen Pressstempel der erforderliche Druck auf das Graphitmaterial aufgebracht, sodaß sich dieses verdichtet. Bei dem Verpressen in der beschriebenen Weise stellt sich jedoch eine ungleichmäßige Dichteverteilung ein, weil die dem Preßstempel zugewandte Seite naturgemäß höher verdichtet wird als die entgegengesetzte Seite auf der Forminnenseite. Bei der in DE 41 18 446 A1 beschriebenen Lösung wird versucht, diesem Nachteil durch ein mehrfach aufeinander folgendes Verpressen zu begegnen, was jedoch sehr aufwendig und damit fertigungstechnisch ungünstig ist.The previously known versions of pure graphite rings are by means of a Pressing process is produced, in which the graphite material is first in a cup-shaped Form is introduced, the inner and outer dimensions of the later shaft seal correspond. The required pressure is then applied on one side using a press stamp applied to the graphite material so that it densifies. When pressing in the manner described, however, there is an uneven density distribution because the side facing the ram is naturally compressed higher than that opposite side on the inside of the mold. In the described in DE 41 18 446 A1 Solution is tried to overcome this disadvantage by a multiple successive To meet pressing, but this is very expensive and therefore manufacturing technology is unfavorable.

Weiterhin ist es nachteilig, dass den fertiggestellten Wellendichtungen beispielsweise nicht anzusehen ist, welche Seite höher verdichtet wurde und somit eine bessere Dichtwirkung erzielt. Beim Einbau derartig hergestellter Wellendichtungen in Armaturen sind deshalb Montagefehler nicht mit Sicherheit auszuschließen. Ein weiterer Unsicherheitsfaktor derartiger Wellendichtungen zeigt sich auch in den Anpreßwegen der Stopfbuchsbrille, denn es ist ein Unterschied, ob die Stopfbuchsbrille auf der Seite mit einer höheren oder auf der Seite mit einer niedrigeren Dichte anliegt. Der nicht erkennbare Dichteunterschied zwischen Ober- und Unterseite der Wellendichtung läßt eine exakte Aussage über die Dichtigkeit der fertig montierten Wellendichtung selbst bei einem vorgegebenen Drehmoment nicht zu. Demzufolge wird kein gleichmäßiger radialer Andruck der Wellendichtung, bezogen auf die abzudichtende Wellenlänge, erreicht.Furthermore, it is disadvantageous that, for example, the completed shaft seals are not it can be seen which side was compressed higher and thus a better sealing effect achieved. Therefore, when installing shaft seals manufactured in this way in fittings Assembly errors cannot be excluded with certainty. Another factor of uncertainty Such shaft seals can also be seen in the pressure paths of the stuffing box gland, because there is a difference whether the gland on the side with a higher or on the side with a lower density. The undetectable difference in density between the top and bottom of the shaft seal allows an exact statement about the Tightness of the assembled shaft seal even at a given one Torque not too. As a result, the radial pressure is not uniform Shaft seal, based on the wavelength to be sealed, reached.

Bei bekannten Ausführungen ist es deshalb häufig erforderlich eine Markierung an der Wellendichtung anzubringen, die beispielsweise die höherverdichtete Seite kennzeichnet oder mehrere Wellendichtungen nacheinander in der Armatur angeordnet einzusetzen, die jeweils eine geringe Höhe haben.In known designs, it is therefore often necessary to mark the Install shaft seal, which, for example, identifies the higher-density side or use several shaft seals arranged one after the other in the valve each have a low height.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Wellendichtung zu schaffen, die bei rotierenden oder axial beweglichen Wellen zum Einsatz kommt, die über ihre gesamte axiale Länge einen gleichmäßigen radialen beziehungsweise zentripetalen Anpressdruck erzeugt und so den Betriebsmitteldruck wirksam abbaut. It is the object of the invention to provide a shaft seal that is rotating or axially movable shafts that are used over their entire axial length generates a uniform radial or centripetal contact pressure and so effectively reduces the operating pressure.

Gelöst wird diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und des Patentanspruches 6.This task is solved with the features of claim 1 and Claim 6.

Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Embodiment of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Wellendichtung läßt sich dementsprechend herstellen, indem die nachfolgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:
A shaft seal according to the invention can accordingly be produced by performing the following process steps:

- Flexible pure graphite, consisting of expanded natural graphite or graphite powder first rolled into thin layers,
- then several of these layers are arranged in the mold,
- Now the layers or the powder are pressed in the mold, two Coaxial and diametrically opposed press rams moved towards each other become. The shaft seal is located between the press rams.

Das genannte Verfahren läßt sich dahingehend ausgestalten, daß die Pressstempel gleichmäßig, also mit konstanter Geschwindigkeit und/oder mit konstantem Druck aufeinanderzu bewegt werden.The method mentioned can be designed so that the press stamp evenly, i.e. with constant speed and / or with constant pressure be moved towards each other.

Der auf den Wellendichtring ausgeübte Druck bestimmt die Dichte des Fertigteiles und kann zwischen 2 und 50 N/mm² betragen. Bevorzugt wird jedoch ein Druckbereich zwischen 4 und 30 N/mm².The pressure exerted on the shaft sealing ring determines the density of the finished part and can be between 2 and 50 N / mm ² . However, a pressure range between 4 and 30 N / mm ² is preferred.

Um diesen Druck zu erzeugen, ist es vorteilhaft, die Pressstempel gleichzeitig oder nacheinander mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch aufeinanderzu zu bewegen.In order to generate this pressure, it is advantageous to press the ram at the same time or to move one after the other mechanically, hydraulically or pneumatically.

Eine erfindungsgemäße Wellendichtung, wie sie mit den zuvor genannten Verfahrensschritten hergestellt werden kann, besteht aus Reingraphit aus dünnen, gewalzten Schichten, expandierten Naturgraphites bzw. aus Graphitpulver. Aufgrund einer gleichmäßigen Verpressung wird ein Wellendichtring gebildet, der über seine axiale Länge gesehen eine konstante Dichte aufweist. A shaft seal according to the invention, as used with the aforementioned Process steps can be produced consists of pure graphite from thin, rolled layers, expanded natural graphites or graphite powder. Because of a uniform compression, a shaft seal is formed over its axial length seen has a constant density.

Der wesentliche Vorteil einer derartigen Wellendichtung liegt darin, daß durch die gleichmäßige Verpressung des Wellendichtringes beim Einbau in die Armatur oder in die Anlage eine exaktere Definition zur Dichtheit derselben möglich ist. Damit kann für die Montage erfindungsgemäßer Wellendichtringe ein genaues Maß für das Drehmoment und den Verpreßweg angegeben werden. Eine Verwechslungsgefahr bzw. eine fehlerhafte Montage ist durch die gleichmäßige Dichteverteilung ausgeschlossen, wodurch auch ein Einbau mittels teil- oder vollautomatischer Systeme ermöglicht wird.The main advantage of such a shaft seal is that Uniform pressing of the shaft sealing ring when installed in the valve or in the System a more precise definition of the tightness of the same is possible. It can be used for Assembly of the shaft sealing rings according to the invention is an exact measure of the torque and the pressing path can be specified. A risk of confusion or an incorrect one Assembly is excluded due to the even density distribution, which also means Installation by means of partially or fully automatic systems is made possible.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Wellendichtringe können sehr enge Toleranzen eingehalten werden.Very tight tolerances can be produced in the production of the shaft sealing rings according to the invention be respected.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, den Wellendichtring in einer Form, deren Innen- und Außenmaße den Abmessungen des Wellendichtringes entsprechen, schwimmend herzustellen. Unter "schwimmender" Herstellung ist ein Verpressen zu verstehen, bei dem zwei Preßstempel gleichzeitig auf den Wellendichtring einwirken.According to a further embodiment of the invention, it is also proposed that Shaft sealing ring in a shape, the inside and outside dimensions of the dimensions of the Corresponding shaft seal to produce floating. Under "floating" Manufacturing is to be understood as a pressing in which two press rams on the at the same time Act on the shaft seal.

Der Wellendichtring kann aus mehreren, in axialer und/oder radialer Richtung (d. h. horizontal und/oder vertikal) übereinander angeordneten dünnen, gewalzten Schichten aus expandiertem Naturgraphit zusammensetzt sein, die beispielsweise aus schuppenförmigen Folien bestehen. Diese Folien werden bevorzugt flexibel, das heißt beweglich oder biegsam ausgeführt. Es läßt sich aber auch ein Pulver in expandierter oder vorverdichteter Form einsetzen.The shaft seal ring can consist of several, in the axial and / or radial direction (i.e. horizontally and / or vertically) of thin, rolled layers arranged one above the other Expanded natural graphite composed, for example, of scale-like Foils exist. These foils are preferably flexible, that is to say movable or flexible executed. But it can also be a powder in expanded or pre-compacted form deploy.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is described below with reference to FIG Drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Form zur Herstellung eines Wellendichtringes nach dem Stand der Technik im Schnitt und Fig. 1 shows a mold for producing a shaft seal according to the prior art in section and

Fig. 2 eine Form zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wellendichtringes im Schnitt. Fig. 2 shows a shape for producing a shaft seal ring according to the invention in section.

In der Fig. 1 wird verdeutlicht, wie bisher die Herstellung von Wellendichtringen erfolgte. Die gezeigte Form ist insgesamt mit 2 bezeichnet. Sie besteht vorliegend aus einer Wandung 2.1 mit einem Boden 2.2. Die Form 2 weist in ihrem Inneren einen zylindrischen Aufnahmeraum mit einem Durchmesser auf, der dem späteren Außendurchmesser 6 eines Wellendichtringes 1 entspricht. In den Aufnahmeraum ist im Bereich des Bodens 2.2 das aus mehreren dünnen, gewalzten Schichten (1.1, 1.2, 1.3, . .) bestehende Dichtungsmaterial aus expandiertem Naturgraphit oder Graphitpulver eingebracht, welches nach seiner Fertigstellung den Wellendichtring 1 bildet. Ein Dorn 5 durchsetzt die gesamte Form 2 und auch das Dichtungsmaterial. Er tritt durch eine Bohrung aus dem Boden 2.2 der Form 2 aus. Der Dorn 5 wird zur Erzeugung der Innenbohrung des Wellendichtringes 1 benötigt. Oberhalb des Dichtungsmaterials ist ein dicht an den Wandungen 2.1 anliegender, gleitend in dem Aufnahmeraum geführter Pressstempel 3 angesetzt. Mit seiner dem Dichtungsmaterial zugewandten Seite liegt der Pressstempel 3 zunächst lose auf der Oberfläche des Wellendichtringes 1 auf. Die gegenüberliegende Seite des Wellendichtringes 1 kommt an der inneren Oberfläche des Bodens 2.2 der Form 2 zur Anlage. Der Pressstempel 3 nimmt etwa zentral und axial verschieblich den Dorn 5 auf. Durch Aufbringung einer axial in Richtung auf den Boden 2.2 der Form 2 gerichteten Kraft F, die auf den Pressstempel 3 aufgebracht wird, erfolgt die Verpressung des Wellendichtringes 1 und damit seine Fertigstellung.In Fig. 1 it is made clear how shaft seals were previously manufactured. The shape shown is generally designated 2. In the present case, it consists of a wall 2.1 with a floor 2.2 . The form 2 has in its interior a cylindrical receiving space with a diameter which corresponds to the later outer diameter 6 of a shaft sealing ring 1 . In the receiving area in the area of the floor 2.2, the sealing material consisting of several thin, rolled layers (1.1, 1.2, 1.3,...) Made of expanded natural graphite or graphite powder is introduced, which forms the shaft sealing ring 1 after its completion. A mandrel 5 penetrates the entire form 2 and also the sealing material. It emerges through a hole from the bottom 2.2 of the form 2 . The mandrel 5 is required to produce the inner bore of the shaft sealing ring 1 . Above the sealing material there is a press ram 3 , which bears tightly against the walls 2.1 and is guided in the receiving space. With its side facing the sealing material, the press ram 3 initially lies loosely on the surface of the shaft sealing ring 1 . The opposite side of the shaft sealing ring 1 comes to rest on the inner surface of the bottom 2.2 of the mold 2 . The press ram 3 receives the mandrel 5 approximately centrally and axially displaceably. By applying a force F directed axially towards the bottom 2.2 of the mold 2 , which is applied to the press ram 3 , the shaft sealing ring 1 is pressed and thus completed.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführung einer Form 2 weist eine Durchgangsbohrung mit einem Durchmesser auf, der später dem Außendurchmesser 6 des Wellendichtringes 1 entspricht. Das zu dem Wellendichtring 1 zu verarbeitende Dichtungsmaterial besteht auch hier aus mehreren dünnen, gewalzten Schichten (1.1, 1.2, 1.3, . .). Jedoch werden bei dieser Ausführung zwei koaxiale und diametral gegenüberliegend angeordnete Pressstempel 3 und 4 in die Durchgangsbohrung eingeführt und nehmen zwischen ihren Pressflächen den Wellendichtring 1 auf. Der Dorn 5 wird wiederum zur Erzeugung der Innenbohrung des Wellendichtringes 1 verwendet. Sein Außendurchmesser entspricht dabei dem Innendurchmesser 7 des Wellendichtringes 1. Die Pressstempel 3 und 4 werden zur Fertigstellung des Wellendichtringes 1 gleichmäßig aufeinanderzu bewegt, was mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch unterstützt erfolgen kann. The embodiment shown in FIG. 2, a mold 2 has a through bore with a diameter which subsequently corresponds to the external diameter 6 of the shaft sealing ring 1. The sealing material to be processed to the shaft sealing ring 1 also consists of several thin, rolled layers (1.1, 1.2, 1.3,...). However, in this embodiment, two coaxial and diametrically opposed press rams 3 and 4 are inserted into the through bore and receive the shaft sealing ring 1 between their press surfaces. The mandrel 5 is in turn used to produce the inner bore of the shaft sealing ring 1 . Its outer diameter corresponds to the inner diameter 7 of the shaft sealing ring 1 . The press rams 3 and 4 are moved towards each other evenly towards completion of the shaft sealing ring 1 , which can be done mechanically, hydraulically or pneumatically.

Im rechten Bildteil der Figuren ist jeweils die Dichteverteilung innerhalb des Wellendichtringes 1 dargestellt, woraus hervorgeht, daß nur bei einer erfindungsgemäß hergestellten Wellendichtung (entsprechend der Darstellung in Fig. 2) eine über die axiale Länge des Wellendichtringes 1 konstante Dichte erreichbar ist. In the right part of the figures, the density distribution within the shaft seal 1 is shown, from which it can be seen that only with a shaft seal produced according to the invention (corresponding to the illustration in FIG. 2) can a constant density be achieved over the axial length of the shaft seal 1 .

Reference list

11

Wellendichtring
Shaft seal

1.11.1

, ,

1.21.2

, ,

1.31.3

Schicht
layer

2.12.1

Wandung
Wall

2.22.2

Boden
ground

33rd

erster Pressstempel
first stamp

44th

zweiter Pressstempel
second press stamp

55

Dorn
mandrel

66

Außendurchmesser
outer diameter

77

Innendurchmesser
F Kraft
Inside diameter
F force

Claims

1. A process for producing a shaft seal, characterized by the following process steps:

- flexible pure graphite consisting of expanded natural graphite or graphite powder is first rolled into thin layers (1.1, 1.2, 1.3,..),
several of these layers (1.1, 1.2, 1.3,...) are arranged in a mold ( 2 ),
- The layers (1.1, 1.2, 1.3,..) are pressed together in the mold ( 2 ), wherein
- Two coaxially and diametrically opposed press rams ( 3 , 4 ) are moved towards each other, between which the shaft seal ( 1 ) is located.

2. The method according to claim 1, characterized in that the press rams ( 3 , 4 ) are moved towards one another uniformly, that is to say at a constant speed.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the press rams ( 3 , 4 ) are moved towards each other evenly, ie with constant pressure.

4. The method according to claim 3, characterized in that the pressure is a function of the density of the shaft sealing ring and is approximately between 2 and 50 N / mm ² .

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the press rams ( 3 , 4 ) are moved towards one another simultaneously or successively, mechanically, hydraulically or pneumatically.

6. Shaft seal, produced by a method according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft seal consisting of thin, rolled layers of pure, expanded natural graphite or grapphite powder is a shaft sealing ring ( 1 ) with a density that is constant over its axial length.

7. Shaft seal according to claim 6, characterized in that the floating shaft sealing ring ( 1 ) has dimensions which correspond to the inner and outer dimensions of its manufacturing form ( 2 ).

8. Shaft seal according to claim 6 or 7, characterized in that the shaft sealing ring ( 1 ) is composed of several thin, rolled layers of expanded natural graphite.

9. Shaft seal according to claim 6 or 7, characterized in that the shaft sealing ring ( 1 ) is composed of a plurality of thin, superimposed, rolled layers of expanded natural graphite.

10. Shaft seal according to claim 6 or 7, characterized in that the shaft sealing ring ( 1 ) is composed of several thin, rolled graphite powder layers.

11. Shaft seal according to one of claims 8 or 9, characterized in that the thin layers (1.1, 1.2, 1.3,..) are scale-like foils.

12. Shaft seal according to one of claims 8 or 9, characterized in that the thin layers (1.1, 1.2, 1.3,..) are scale-like, flexible foils.