Wellenabdichtung mit Druckschmierung Beim Verpumpen, Mischen und/oder Rühren von Flüssigkeiten oder Mischungen von Flüssigkeiten mit Gasen, welche empfindlich sind gegen Erwärmung und/oder Reibung, wie Gummi-Latex und Polyvinyl- chlorid-Plastisolen, verursachen Abdichtungen und Dreh wellen oft grosse Schwierigkeiten durch das Auftreten von Koagulation oder Gelierung.
Durch die bei der Abdichtung auftretende Reibung und Erwärmung koaguliert Gummi-Latex und zerfällt in eine Gummi- und eine Wasser-Phase und gelieren PVC- Plastisolen. Hierdurch entsteht mehr und mehr Reibung, womit die Erwärmung zunimmt, so dass die Welle in der Abdichtung schliesslich festläuft oder Leckagen auftre ten.
So wird die Abdichtung um die Welle des Rotors eines Mischkopfes für das ununterbrochene Verschäu- men von komprimierter Luft oder Gas mit einer Latex- Mischung oder PVC-Plastisole durch Koagulation oder Gelierung schnell verschmutzen und nach einer kurzen Betriebszeit gereinigt oder erneuert werden müssen. Dies ist ein grosser Nachteil der an sich guten Wirtschaftlich keit eines solchen Apparates.
Dasselbe gilt bei Dichtungen um Wellen von Pumpen und Rührern, welche in Berührung mit wärme- und reibungsempfindlichen Flüssigkeiten kommen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Behebung der geschilderten Nachteile auf wirksame und wirtschaft liche Weise.
Die Erfindung gründet sich auf eine Druckschmie rung einer Wellenabdichtung mit flexiblen O-Ringen. Sie betrifft demnach eine Abdichtung der Welle eines Appa rates zum Rühren, Mischen und/oder Verpumpen von Flüssigkeiten oder Mischungen von Flüssigkeiten mit Gasen unter Verwendung einer Druckschmierung der Welle, welche Abdichtung zwei die Welle umschliessen- de, flexible 0-Dichtungsringe umfasst, die in einem Lagergehäuse für die Welle gefasst sind und durch welche die Welle geführt wird.
Erfindungsgemäss befin det sich zwischen Lagergehäuse und Welle zwischen den beiden 0-Dichtungsringen eine Schmiermittelkammer mit Schmiermittel, wobei dieses Schmiermittel unter einem Druck steht, der höher ist als der Druck an den anderen Seiten der 0-Dichtungsringe.
Die Abdichtung gemäss dieser Erfindung umfasst somit zwei flexible O-Dichtungsringe, die die Welle umschliessen. Die O-Ringe können aus Gummi, flexib lem Kunststoff oder aus einem andern flexiblen Material bestehen. Die Welle. kann mit austauschbaren Ver- schleissbüchsen versehen sein.
Zwischen den beiden flexiblen O-Ringen befindet sich die Schmiermittelkammer, welche zweckmässig in Ver bindung mit einem Schmiermitteldruckgefäss steht, wobei das Schmiermittel auf an sich bekannte Weise unter Druck gesetzt werden kann. Wenn dies der Fall ist, z.B. mittels komprimierter Luft oder eines anderen Druck gases, und dafür gesorgt ist, dass vorher alle Luft aus der Zuleitung und der Schmiermittelkammer entfernt worden ist, dann werden die 0-Dichtungsringe von innen mit dem Schmiermittel befeuchtet.
Der Schmiermitteldruck bewirkt ferner, dass sich die 0-Dichtungsringe an die Welle und das Lagergehäuse anschmiegen und damit die Abdichtung verbessern.
Dadurch, dass der Druck auf das Schmiermittel höher ist als der Druck, der auf den andern (den Aussen-) Seiten der O-Ringe herrscht, wird nicht nur eine gute Abdichtung und Schmierung der O-Ringe erreicht, son dern es werden koagulierende oder gelierende Stückchen, welche sich unter den O-Ringen formen könnten, zurück gedrückt bei gleichzeitiger Schmierung der O-Ringe.
Man wird vorzugsweise als Schmiermittel eine Flüs sigkeit wählen, die in der zu behandelnden Flüssigkeit bzw. Flüssigkeit-Gas-Mischung vorhanden ist oder mit dieser ohne Nachteil gemischt werden kann.
So wird bei der Verarbeitung von Gummi-Latex eine Schmierflüssigkeit aus einer Seifenwasser-Lösung vorge zogen, während bei Verarbeitung von PVC-Plastisolen als Schmierflüssigkeit vorzugsweise ein geeigneter Weich macher verwendet wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeich nung beispielsweise näher erklärt. Fig. 1 zeigt schema tisch eine Ausbildung eines Mischkopfes zum Verschäu- men von Flüssigkeiten mit Luft oder Gas, wie dies z.B. in einem Kontinu-Latex- oder PVC-Plastisol-Schaummi- scher erfolgt, mit einer Wellenabdichtung gemäss der Erfindung. In Fig.2 ist die Abdichtung der Welle des Rotors des Mischkopfes in grösserem Massstab darge stellt. Fig.3 veranschaulicht schematisch eine zweite Ausführungsform der Wellenabdichtung nach der Erfin dung.
Die zu verschäumende Flüssigkeit, in diesem Falle Gummi-Latex oder PVC-Plastisol, wird mit komprimier ter Luft oder Gas durch das Rohr 1 in die Mischkammer 2 gebracht. Diese Mischkammer besteht aus einem röhrenförmigen Stator 3 und einem Rotor 4 mit der Welle 5. Der Rotor 4 und der Stator 3 sind mit Stiften 6 versehen, welche während der Drehung des Rotors 4 in bezug aufeinander eine kneifende Bewegung ausführen und dadurch Flüssigkeit und Gas bis zu einem feinen Schaum vermischen.
Der Schaum wird kontinuierlich durch den Schlauch 7 abgeführt. Die Reibung in diesem Schlauch 7 verursacht einen Überdruck in dem Raum 8 zwischen Stator 3 und Rotor 4. Die Abdichtung zwischen Stator 3 und Welle 5 des Rotors 4 besteht aus zwei flexiblen 0-Dichtungsringen 9a und 9b, welche in Nu ten 10a des Lagergehäuses 10 des Stators 3 angeordnet sind. Das Lagergehäuse 10 weist zwischen den beiden Nuten 10a eine Aussparung auf, so dass sich zwischen den O-Ringen 9a, 9b eine Kammer 11 bildet.
Diese steht mittels Öffnungen 12 in Verbindung mit einem Druck- gefäss 13, das ein Schmiermittel 14 enthält.
In dem Druckgefäss 13 steht das Schmiermittel unter Druck, z.B. von komprimierter Luft, welche durch die Leitung 15 hereinströmt. Der Druck im Druckgefäss wird dabei so gewählt, dass der Druck auf das Schmiermittel in der Schmiermittelkammer 11 grösser ist als der Druck auf den anderen Seiten der O-Ringe. Die flexiblen 0- Ringe 9a und 9b bleiben also immer durch das Schmier mittel geschmiert und koagulierende Teilchen werden durch den Überdruck, welche in der Schmiermittelkam- mer 11 in bezug auf den Mischraum 8 herrscht, in diesen zurückgedrückt und abgeführt.
Die Vorteile der vorstehend beschriebenen Abdich tung mit Druckschmierung kommen allerdings nur dann völlig zur Geltung, wenn die flexiblen O-Ringe völlig konzentrisch um die Welle montiert sind. Wäre dies nicht der Fall, dann würden die O-Ringe nicht überall die Welle dicht umschliessen, so dass das unter Überdruck stehende Schmiermittel zwischen die O-Ringe und die Welle durchgedrückt und weglaufen würde. Es ist früher erwähnt worden, dass sich die flexiblen O-Ringe infolge des Schmiermitteldruckes an das Lagergehäuse und die Welle anschmiegen. Aber in der Praxis stellt sich heraus, dass dies allein eine einwandfreie Abdichtung gewährlei stet und das genaue konzentrische Montieren der flexib len O-Ringe um die Welle gewisse Schwierigkeiten bereitet.
Es ist deshalb vorteilhaft, die O-Ringe in einem metallenen Ring zu fassen, der über die Welle geschoben und in der Schmiermittelkammer fixiert wird, beispiels weise mittels eines Schraubenverschlusses. Die O-Ringe sind auf diese Weise immer völlig konzentrisch um die Welle angeordnet, unabhängig davon, ob die Welle sich zentrisch in der Bohrung der Lagerplatte des Lager gehäuses befindet.
Der metallene Ring selbst ist an den Seitenflächen mit Vorteil ebenfalls mit 0-Dichtungsringen in nutenähnli- chen Vertiefungen versehen, welche für eine Abdichtung der Schmiermittelkammer Sorge tragen. Im metallenen Ring mit den O-Ringen befinden sich zweckmässig Bohrungen, welche die Verbindung über einen Nippel und eine Leitung mit dem Druckgefäss für das Schmier mittel herstellen.
Um eine zuverlässige Lagerung der Welle zu errei chen, muss die Lagerplatte des Lagergehäuses winkel recht zur Welle stehen. Die Welle braucht jedoch nicht genau zentrisch in der Bohrung der Lagerplatte zu liegen. Auf diese Weise kann das Problem des völlig zentrischen Montierens der 0-Dichtungsringe auf der Welle und der Abdichtung des Schmierkanals in der Schmiermittelkam- mer der Lagerplatte zweckmässig, praktisch und überra schend gut gelöst werden:
Eine beispielsweise Ausführungsform einer solchen Lösung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt, wie sie in einer Pumpenkammer, einem Mischkopf bei einem Kon- tinu-Schaummischer, einem Rührgefäss oder in einem anderen derartigen Apparat verwendet werden kann, bei dem eine drehende Welle durch eine dichte Packung geführt wird und wobei eine gute Schmierung dieser Wellenabdichtung wichtig ist, insbesondere dann, wenn Reibung und Wärme-Entwicklung vermieden werden müssen. Letzteres ist, wie bereits früher erwähnt, vor allem der Fall bei durch Reibung oder Wärme koagulier- enden oder gelierenden Flüssigkeiten.
In Fig. 3 ist mit 5 die Welle bezeichnet, auf der eine Verschleissbüchse 16 sitzt, welche durch einen Stift 26 fixiert ist. Der metallene Ring 17, beispielsweise aus korrosionsbeständigem Stahl oder einem andern Metall, das gegen Schmiermittel und die zu verarbeitende Flüs sigkeit korrosionsbeständig ist, besitzt wellenseitig nuten artige Ausnehmungen für die beiden flexiblen O-Dich- tungsringe 9a, 9b. Weitere ähnliche Aussparungen sind in den Seitenwänden des metallenen Ringes 17 angebracht für flexible 0-Dichtungsringe 18.
Der Ring 17 weist an einer oder mehreren Stellen Bohrungen 19 auf. Im Lagergehäuse 10 befindet sich eine geräumige Schmiermittelkammer 11. Die Lagerplatte 20 hat eine ringförmige Aussparung 27 mit einem Gewinde 22. Mit einer Ringmutter 21 mit Aussengewinde, das in das Gewinde 22 passt, wird der Ring 17 in der Kammer 11 festgehalten. Durch die Bohrung 19 wird das Schmier mittel 14, welches vom Druckgefäss 13 aus über die Leitung 24 und den Nippel 25 die Schmiermittelkammer 11 erreicht, den O-Ringen 9a und 9b zugeführt. Die 0- Dichtungsringe 18 sorgen dafür, dass das Schmiermittel 14 nicht zwischen dem metallenen Ring 17 u. dem Lager gehäuse 10 oder der Muter 21 wegfliessen kann.
Wenn das Schmiermittel 14 im Druckgefäss 13 ein Druck, z.B. mittels komprimierter Luft oder eines ande ren Gases, durch die Leitung 24 ausgeübt wird, welcher Druck stets höher ist als derjenige auf den Aussenseiten der O-Ringe 9a, 9b, werden diese Ringe immer von innen aus geschmiert bleiben, so dass sie nicht trocken laufen können oder die zu verarbeitende Substanz nicht unter den Ringen durchfliessen kann. Sollten sich aber doch Fremdkörper unter den O-Ringen 9a, 9b bilden, dann werden sie durch den Überdruck, unter dem die Schmier flüssigkeit steht, zurückgedrückt bei gleichzeitiger Schmierung der Ringe.
Wichtig bei der Montage der Abdichtung ist also, dass zuerst der metallene Ring 17 mit den O-Ringen 9a, 9b über die Welle 5 geschoben wird und danach der Ring 17 in der konzentrischen Lage in bezug auf die Welle 5 fixiert wird. Die Lagerplatte 20 mit der Aussparung 27 steht völlig winkelrecht zur Welle 5.
Es wurde festgestellt, dass eine auf diese Weise geschmierte und abgedichtete Wellendurchführung bei einem Mischkopf eines Kontinu-Latex-Schaummischers nach zwölf Stunden ununterbrochenen Betriebes kaum verschmutzt war, während bei bisher bekannten Wellen abdichtungen schon innerhalb einiger Stunden sich eine Menge Gummi-Koagulat in der Wellenabdichtung ge formt hatte, welche eine Demontage nötig machte.
Beim Verschäumen von PVC-Plastisolen machte man die Erfahrung, dass mit einer Wellenabdichtung mit Druckschmierung mit den erfindungsgemässen Merkma len der störungslose Betrieb gegenüber Apparaten mit bekannten Wellenabdichtungen verzehnfacht werden kann.
Der Erfindungsgedanke lässt sich aber nicht nur bei Apparaten, bei denen Flüssigkeiten unter Druck verar beitet werden, anwenden, sondern auch bei Apparaten, die drucklos arbeiten. Der Überdruck auf die Schmier mittelseite der Abdichtung gegenüber dem herrschenden Druck auf den anderen Seiten der Wellenabdichtung kann bei wechselnden Arbeitsdrücken wenn nötig kon stant gehalten werden. Gegebenenfalls kann der Über druck dem wechselnden Arbeitsdruck angepasst werden, d.h. regelbar sein, und zwar entweder zwangsläufig entsprechend dem Arbeitsdruck und/oder im Bedarfsfall von Hand.
Shaft sealing with pressure lubrication When pumping, mixing and / or stirring liquids or mixtures of liquids with gases which are sensitive to heat and / or friction, such as rubber latex and polyvinyl chloride plastisols, seals and rotating waves often cause great difficulties the appearance of coagulation or gelation.
Due to the friction and heating that occurs during sealing, rubber latex coagulates and breaks down into a rubber and a water phase and gels PVC plastisols. This creates more and more friction, which increases the temperature, so that the shaft eventually jams in the seal or leaks occur.
The seal around the shaft of the rotor of a mixing head for the uninterrupted foaming of compressed air or gas with a latex mixture or PVC plastisols will quickly become dirty through coagulation or gelation and must be cleaned or replaced after a short operating time. This is a major disadvantage of the inherently good economy of such an apparatus.
The same applies to seals around the shafts of pumps and stirrers that come into contact with liquids that are sensitive to heat and friction.
The present invention aims to remedy the disadvantages described in an effective and economical way.
The invention is based on pressure lubrication of a shaft seal with flexible O-rings. It therefore relates to a seal of the shaft of an apparatus for stirring, mixing and / or pumping liquids or mixtures of liquids with gases using pressure lubrication of the shaft, which seal comprises two flexible O-sealing rings surrounding the shaft, which are in a bearing housing for the shaft are taken and through which the shaft is guided.
According to the invention, a lubricant chamber with lubricant is located between the bearing housing and the shaft between the two O-sealing rings, this lubricant being under a pressure that is higher than the pressure on the other sides of the O-sealing rings.
The seal according to this invention thus comprises two flexible O-sealing rings which enclose the shaft. The O-rings can be made of rubber, flexible lem plastic or another flexible material. The wave. can be provided with exchangeable wear sleeves.
The lubricant chamber is located between the two flexible O-rings, which is conveniently connected to a lubricant pressure vessel, whereby the lubricant can be pressurized in a manner known per se. If this is the case, e.g. by means of compressed air or another pressure gas, and it has been ensured that all air has been removed from the supply line and the lubricant chamber beforehand, then the O-sealing rings are moistened from the inside with the lubricant.
The lubricant pressure also causes the O-sealing rings to nestle against the shaft and the bearing housing, thereby improving the seal.
Because the pressure on the lubricant is higher than the pressure on the other (the outer) sides of the O-rings, not only is a good seal and lubrication of the O-rings achieved, but coagulating or gelling bits, which could form under the O-rings, are pushed back while the O-rings are lubricated at the same time.
The lubricant chosen is preferably a liquid which is present in the liquid or liquid-gas mixture to be treated or which can be mixed with it without disadvantage.
For example, when processing rubber latex, a lubricating liquid from a soapy water solution is preferred, while when processing PVC plastisols, a suitable plasticizer is preferably used as the lubricating liquid.
The invention is explained below with reference to the drawing voltage, for example. Fig. 1 shows schematically a design of a mixing head for foaming liquids with air or gas, as e.g. in a continuous latex or PVC plastisol foam mixer, with a shaft seal according to the invention. In Figure 2, the seal of the shaft of the rotor of the mixing head on a larger scale is Darge provides. 3 schematically illustrates a second embodiment of the shaft seal according to the invention.
The liquid to be foamed, in this case rubber latex or PVC plastisol, is brought through the pipe 1 into the mixing chamber 2 with compressed air or gas. This mixing chamber consists of a tubular stator 3 and a rotor 4 with the shaft 5. The rotor 4 and the stator 3 are provided with pins 6 which, during the rotation of the rotor 4, perform a pinching movement with respect to each other and thereby liquid and gas up to Mix to a fine foam.
The foam is continuously discharged through the hose 7. The friction in this hose 7 causes an overpressure in the space 8 between stator 3 and rotor 4. The seal between stator 3 and shaft 5 of rotor 4 consists of two flexible O-sealing rings 9a and 9b, which are placed in grooves 10a of bearing housing 10 of the stator 3 are arranged. The bearing housing 10 has a recess between the two grooves 10a, so that a chamber 11 is formed between the O-rings 9a, 9b.
This is connected by means of openings 12 to a pressure vessel 13 which contains a lubricant 14.
In the pressure vessel 13 the lubricant is under pressure, e.g. of compressed air flowing in through line 15. The pressure in the pressure vessel is chosen so that the pressure on the lubricant in the lubricant chamber 11 is greater than the pressure on the other sides of the O-rings. The flexible O-rings 9a and 9b therefore always remain lubricated by the lubricant and coagulating particles are pushed back into the mixing chamber 8 by the overpressure that prevails in the lubricant chamber 11 and carried away.
The advantages of the sealing device described above with pressure lubrication only come into their own when the flexible O-rings are mounted concentrically around the shaft. If this were not the case, the O-rings would not tightly enclose the shaft everywhere, so that the lubricant under excess pressure would be pushed through between the O-rings and the shaft and run away. It has been mentioned earlier that the flexible O-rings nestle against the bearing housing and shaft due to the pressure of the lubricant. But in practice it turns out that this alone ensures a perfect seal and the exact concentric mounting of the flexible len O-rings around the shaft causes certain difficulties.
It is therefore advantageous to hold the O-rings in a metal ring that is pushed over the shaft and fixed in the lubricant chamber, for example by means of a screw lock. In this way, the O-rings are always arranged completely concentrically around the shaft, regardless of whether the shaft is centered in the bore of the bearing plate of the bearing housing.
The metal ring itself is advantageously also provided with O-sealing rings in groove-like depressions on the side surfaces, which ensure that the lubricant chamber is sealed. In the metal ring with the O-rings, there are conveniently holes that establish the connection via a nipple and a line with the pressure vessel for the lubricant.
In order to achieve reliable shaft support, the bearing plate of the bearing housing must be at right angles to the shaft. However, the shaft does not need to be exactly centered in the bore of the bearing plate. In this way, the problem of the completely centric mounting of the O-sealing rings on the shaft and the sealing of the lubrication channel in the lubricant chamber of the bearing plate can be solved in an expedient, practical and surprisingly good way:
An example embodiment of such a solution is shown schematically in FIG. 3, as it can be used in a pump chamber, a mixing head in a continuo foam mixer, a stirring vessel or in another such apparatus in which a rotating shaft passes through a tight Packing is guided and a good lubrication of this shaft seal is important, especially when friction and heat generation must be avoided. As mentioned earlier, the latter is particularly the case with liquids that coagulate or gel due to friction or heat.
In FIG. 3, 5 denotes the shaft on which a wear sleeve 16 sits, which is fixed by a pin 26. The metal ring 17, for example made of corrosion-resistant steel or another metal that is corrosion-resistant to lubricant and the liquid to be processed, has groove-like recesses on the shaft side for the two flexible O-sealing rings 9a, 9b. Further similar recesses are made in the side walls of the metal ring 17 for flexible O-sealing rings 18.
The ring 17 has bores 19 at one or more points. A spacious lubricant chamber 11 is located in the bearing housing 10. The bearing plate 20 has an annular recess 27 with a thread 22. The ring 17 is held in the chamber 11 by an annular nut 21 with an external thread which fits into the thread 22. Through the bore 19, the lubricant 14, which reaches the lubricant chamber 11 from the pressure vessel 13 via the line 24 and the nipple 25, is supplied to the O-rings 9a and 9b. The O sealing rings 18 ensure that the lubricant 14 does not get between the metal ring 17 and the like. the bearing housing 10 or the nut 21 can flow away.
When the lubricant 14 in the pressure vessel 13 is a pressure, e.g. by means of compressed air or another gas through the line 24, which pressure is always higher than that on the outside of the O-rings 9a, 9b, these rings will always remain lubricated from the inside so that they do not run dry or the substance to be processed cannot flow under the rings. If, however, foreign bodies should form under the O-rings 9a, 9b, then they are pushed back by the overpressure under which the lubricating liquid is, while the rings are lubricated at the same time.
When assembling the seal, it is important that the metal ring 17 with the O-rings 9a, 9b is pushed over the shaft 5 first and then the ring 17 is fixed in the concentric position with respect to the shaft 5. The bearing plate 20 with the recess 27 is completely at right angles to the shaft 5.
It was found that a shaft bushing lubricated and sealed in this way in a mixer head of a continuous latex foam mixer was hardly contaminated after twelve hours of uninterrupted operation, while with previously known shaft seals a lot of rubber coagulate was already in the shaft seal within a few hours which made dismantling necessary.
When foaming PVC plastisols, the experience was made that with a shaft seal with pressure lubrication with the features according to the invention, trouble-free operation can be increased tenfold compared with apparatuses with known shaft seals.
The concept of the invention can be applied not only to devices in which liquids are processed under pressure, but also to devices that work without pressure. The overpressure on the lubricant side of the seal compared to the pressure prevailing on the other sides of the shaft seal can, if necessary, be kept constant when the working pressures change. If necessary, the overpressure can be adapted to the changing working pressure, i.e. be adjustable, either inevitably according to the working pressure and / or by hand if necessary.