Wissenschaftliche Forschungsarbeit 41 6/76 - Synopse

CHEMIE INGENIEUR TECHNIK

Zur Theorie von Stopfbuchsenpackungen

Karl Wisseroth*

Stopfbuchsen dienen zur Abdichtung von bewegten Maschinen- teilen. Hierbei wird im allgemeinen plastische Dichtungsmasse mit- tels auflerer Krafte gegen eine bewegte Dichtungsflache geprefit. Durch Relativbewegung des abzudichtenden Maschinenteils er- zeugte Reibungswarme fuhrt mit Regelmafiigkeit zu thermisch- mechanischer Zerstorung des Packungsmaterials in der Dichtungs- flache und damit zum Standzeit-Ende der Packung. Ursache des Verschleifies sind Coulombsche Reibungskrafte, welche z. B. die Packung bei einer radial schwingenden Welle (Abb. 1) beanspru- chen.

Packungsmaterialien sind in rheologischer Hinsicht viskoelastische Korper. Ihre Relaxationszeiten [ l] (im allgemeinen grofier als 1 0 s [2]) sind in der Regel grog gegenuber den Zeitintervallen technischer Storzwange. Letzteren kann daher prinzipiell elastisch

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Abb. 1. (Aufsicht).

Schwingende bzw. ,,schlagende" Welle in einer Packung

begegnet werden. D a nach dem Hookeschen Gesetz die von der Packung aufzunehmenden Krafte proportional d b/b (b Ringraum- breite der Packung, d b ihre radiale Anderung unter Wirkung des Storzwanges) sind, konnen sie bzw. die Reibungsarbeit durch ge- nugende Bemessung von b nahezu beliebig klein gehalten werden. D.h. es konnen sowohl das Uberschreiten der Elastizitatsgrenze des Packungsmaterials als auch eine unzulassig hohe Temperatur vermieden werden, indem die mechanische Reibungsarbeit auf die gewohnlich nur beschrankte Abfuhrmoglichkeit fur die Reibungs- warme abgestimmt wird.

Dr. K . Wisseroth, BASF Aktiengesellschaft, 6700 Ludwigshafen.

Fur zwei praktische Beispiele - Abfuhr der Reibungswarme durch die aus der Packung ragende Welle und Obergang an die Um- gebungslufi (normale Anordnung) sowie fur Abfuhr durch eine unmittelbar wassergekuhlte Welle - wurden geeignete Padtungs- geometrien unter dem Aspekt unvermeidbarer Abhangigkeit von den Ableitungswiderstanden erzeugter Reibungswarme abgeleitet. In Abb. 2 ist das Ergebnis fur den ersten Fall nomografisch ver-

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Die erforderliche Ringraumbreite bei normaler Anord-

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Abb. 2. nung.

tafelt. Hierin bedeuten h die Packungshohe und r den Wellen- radius. Bei Unterteilung der Dichtungsflache in peripher um- laufcnde schneidenartige Kamme [3] verringert sich die erforder- liche Ringraumbreite b der Packung um etwa eine Grofienordnung, wie es der rechten Doppelleiterseite im Nomogramm entspricht.

Mit solchen Stopfbuchsenpackungen (z. B. fur Wellen von 200 mm Durchmesser, Drehzahl 40 bis 60 U/min, Behalterdruck 30 bis 50 bar) konnten Standzeiten von mehr als 1 a beobachtet werden. Sie eignen sich wegen des geringen Abriebes besonders fur emp- findliche Prozesse der chemischen Industrie und fur Anwendungen in der Nahrungs- und GenuBmittel-Industrie.

Eingegangen am 14. Januar 1976

[ I ] Maxwell , /. C.: Philos. Trans. Roy. SOC. London 257 (1867)

[2] Wisseroth, K.: Materialpruf. 17 (1975) S. 104. [3] K . Wisseroth (Erf. K . Wisseroth, R. Scholl und E. Kolk) D B P

s. 49.

1 6 7 5 211 (20. Marz 1968).

Schliisselworte: Packungsverschleifi, Packungsmaterial-Rheologie, viskoelastische Grundgleichung, Relaxationsgleichung, Hookesches Gesetz, Coulomb-Reibung, Reibungswarme-Bilanz, Packungsgeo- metrie, Packungs-Ringraumbreite, unterteilte Dichtungsflachen.

Das vollstandige Manuskript dieser Arbeit umfaBt 22 Seiten mit 8 Abbildungen, I Tabelle und 7 Literaturzitaten. Es ist als Foto- kopie oder Mikrofiche M S 41 6/76 erhaltlich. Eine Bestellkarte finden Sie am SchluB dieses Heftes.

Chern.-lng.-Tech. 48. lahrg. 1976 I Nr. 10 899

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