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PATENTANSPRÜCHE
1. Wellendichtung, insbesondere an einer Rührwerk- oder Kolloidmühle, mit einem Gleit- und Gegenring, wobei einer der beiden Ringe aus einem harten Material mit einer Vikkershärte von mindestens 1000 kp/mm2 und der andere Ring aus einem weichen Material gefertigt ist und die Ringe von einer Kühlflüssigkeit umspült sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring aus dem weichen Material eine Härte von höchstens 100 Shore A aufweist, die miteinander in Berührung stehenden Flächen der Ringe von der Kühl- und Schmierflüssigkeit benetzt werden, der Gleitring (24, 55) einen Gleitringhalter (29, 44) aufweist, der zwecks Fernhalten von Mahlgut und/oder Mahlkörpern von den in Berührung stehenden Flächen mit einem Schleuderring (32, 61) ausgestattet ist und dass der unter Federdruck stehende verschiebbare Gegenring (20,
56) von aussen zugänglich und nachstellbar ist, um seine durch den Abrieb bedingte Verkürzung zu kompensieren.
2. Wellendichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (24, 55) aus dem harten Material, insbesondere Sinterhartmetall oder Keramik, besteht, und der Gegenring (20, 56) aus einem weichen Kunststoff gefertigt ist und eine grössere Länge als der Gleitring aufweist.
3. Wellendichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (111) aus dem weichen und der Gegenring (112) aus dem harten Material besteht.
4. Wellendichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (55) mittels einer Druckfeder (43) gegen den Gegenring (56) gepresst und durch den Gleitringhalter (44) auf den die Druckfeder wirkt, umfasst wird, wobei die Druckfeder durch einen verformbaren Balg (47) abgedeckt ist.
5. Wellendichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlaufrohr (27, 113) für die Ktihl- und Schmierflüssigkeit und eine längs dem Dichtungsring (20, 111) aus weichem Material verlaufende Kammer (27a, 113a), die zwecks Druckerhöhung durch einen Schliessring (26, 116) verschlossen ist, vorgesehen ist.
6. Wellendichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Einlaufrohr (27) für die Kühl- und Schmierflüssigkeit, eine Kammer (32) in einer Federführung (23) an der Stirnseite des Dichtungsrings (20) aus weichem Material aufweist, und dass in diesem Dichtungsring (20) Bohrungen (33) angebracht sind, um die erwähnte Flüssigkeit aufzunehmen und an die Grenzfläche zwischen beiden Dichtungsringen zu leiten.
7. Wellendichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) von der Antriebsseite aus gesehen Öffnungen aufweist, um das Nachstellen und Ausbauen des Gegenrings (20) zu ermöglichen.
8. Wellendichtung gemäss einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einem weichen Material bestehende Dichtungsring zweiteilig oder aufgeschnit tenist.
9. Wellendichtung gemäss einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einem harten Material bestehende Dichtungsring zweiteilig ist.
10. Verwendung von Wellendichtungen gemäss Anspruch 1 in einer Kolloidmühle, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt nur zwei Wellendichtungen verwendet werden, wobei die antriebsseitige Wellendichtung einen von aussen verstellbaren Gegenring (20) aus einem weichen Material der mittels einer Druckfeder (21) an den fest mit der Welle (3) verbundenen Gleitring (24) aus einem harten Material gepresst wird, aufweist, und die ausgangsseitige Wellendichtung einen von aussen nachstellbaren und unter Federdruck (56a) stehenden Gegenring (53) aus einem weichen Material und einen ebenfalls unter Federdruck (43) stehenden Gleitring (55) aus einem harten Material, aufweist.
11. Verwendung von Wellendichtungen gemäss Anspruch 10, wobei die horizontal angeordnete Kolloidmühle einen konischen Mahlbehälter (126) aufweist und das Mahlgut in Richtung des sich erweiternden Konus fliesst.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung, insbesondere an einer Rührwerk- oder Kolloidmühle, mit einem Gleit- und Gegenring, wobei einer der beiden Ringe aus einem harten Material mit einer Vickershärte von mindestens 1000 kp/mm2 und der andere Ring aus einem weichen Material gefertigt ist und die Ringe von einer Kühlflüssigkeit umspült sind.
Wellendichtungen, die aus zwei aufeinandergleitenden Ringen bestehen, gibt es in vielfältiger Form und aus verschiedenartigen Materialien. Neben der dichtenden Eigenschaft ist es insbesondere die Lebensdauer eines oder beider Partner, die die Anwendbarkeit und Wirtschaftlichkeit einer solchen Wellendichtung bestimmt.
Aus der Zeitschrift Chemie-Ingenieur-Technik 29. Jahrgang, 1957, Nr. 4, Seiten 241-248, sind Gleitringdichtungen für Kreiselpumpen bekannt, wobei ein Ring aus einem Material mit einer Vickershärte von über 1000 kp/mm2 und der andere Ring aus einem weicheren Material besteht und Beispiele angegeben werden, worin die Ringe von einer Kühlflüssigkeit umspült werden.
Gleitringdichtungen sind jedoch in Kolloidmühlen stärkeren Belastungen ausgesetzt als in Kreiselpumpen, so dass die richtige Materialwahl eine wichtige Rolle spielt, ausserdem genügt die dort beschriebene Umspülung der Dichtungen nicht den Anforderungen in einer Kolloidmühle. Eine zweckmässige Schmierung und Kühlung der aufeinander gleitenden Flächen wird hingegen in der DE-AS 1 199077 beschrieben, die sich jedoch im übrigen auf eine Misch- und Knetvorrichtung für Gummi und Kunststoffe bezieht.
Um Gleitringdichtungen zu erhalten, die auch in Kolloidmühlen, worin die Mahlkörper beispielsweise aus Sand bestehen können, eine wirtschaftlich vernünftige Lebensdauer aufweisen, sind jedoch noch weitere Massnahmen zu treffen, und es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtung anzugeben, die auch in Kolloidmühlen und unter härtesten Bedingungen eine hohe Lebensdauer aufweist.
Eine solche Gleitringdichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Ring aus dem weicheren Material eine Härte von höchstens 100 Shore aufweist, die miteinander in Berührung stehenden Flächen der Ringe von der Kühl- und Schmierflüssigkeit benetzt werden, der Gleitring einen Gleitringhalter aufweist, der zwecks Fernhalten von Mahlgut und/oder Mahlkörpern von den in Berührung stehenden Flächen mit einem Schleuderring ausgestattet ist, und dass der unter Federdruck stehende verschiebbare Gegenring von aussen zugänglich und nachstellbar ist, um seine durch den Abrieb bedingte Verkürzung zu kompensieren.
Weitere Vorteile und Anwendungsbeispiele solcher Wellendichtungen werden weiter unten, anhand einer beispielsweisen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch und teilweise im Schnitt eine Kolloidmühle;
Fig. 2 teilweise im Schnitt eine Wellendichtung an einer Kolloidmühle;
Fig. 3 einen Schnitt gemäss III-III von Fig. 2;
Fig. 4 einen Ausschnitt von Fig. 2;
Fig. 5 eine Ausführungsvariante einer Wellendichtung im Schnitt gemäss Linie V-V der Fig. 6;
Fig. 6 einen Schnitt gemäss der Linie VI-VI von Fig. 5 und
Fig. 7 eine weitere Ausführungsvariante einer Wellendichtung.
In den Fig. 2 und 3 ist eine Wellendichtung auf der Antriebsseite einer Kolloidmühle dargestellt. Man erkennt ein Gestell 1, in welchem mittels Kugellagern 2 die Welle 3 gelagert ist. Die Welle 3 ragt durch die eine Stirnwand 4 des Gefässes der Kolloidmühle durch. Auf der Welle 3 sind Rührflügel 5 angedeutet, wobei es sich in diesem Fall um Flügel handelt, die in einem Halter befestigt sind, der schwenkbar und feststellbar in der Nabe gehalten ist und in der DE-OS 26 26 757 beschrieben sind. Man erkennt eine Nabe 6, die mit Hilfe eines Sicherungsbolzens 7 und eines Distanzstückes 6a auf der Welle 3 befestigt ist, und die Bohrungen 8 aufweist, in die je ein Zapfen 9 eines Flügelhalters eingesetzt werden kann. Mit dem Zapfen 9 ist ein U-Profil 10 verbunden, wodurch diese Teile 9 und 10 zusammen einen Halter bilden.
Der Zapfen 9 weist ferner eine Ringnut 11 auf, in die eine Sicherungsschraube 12 greift und somit den Halter gegen Drehung und axiale Verschiebung sichert. Sowohl die nach aussen stehenden Schenkel des U-Profils 10 als auch die Flügel 5 weisen je zwei Löcher auf, durch welche Befestigungsschrauben 13 durchragen und den Flügel am Halter sichern. Es ist selbstverständlich im Rahmen dieser Erfindung auch möglich, andere Flügel einzusetzen oder ebenfalls vorbekannte Mahlscheiben.
Am Gestell 1 anliegend erkennt man einen Lagerklemmdeckel 14, der über das Gehäuse 15, Flansch 16, mittels Schrauben 17 mit dem Gestell 1 verbunden ist. Die Stirnwand 4 ist gegenüber dem Gehäuse 15 durch einen O-Ring 18 abgedichtet. Zwischen dem Gehäuse 15 und der Welle 3 befindet sich, durch eine Manschette 19 abgedichtet, der Gegenring 20. Dieser Gegenring ist im vorliegenden Fall aus einem Polyurethan gefertigt, also aus einem Kunststoff, wobei aber auch durchaus andere, relativ weiche Materialien benutzt werden könnten, und dieser Gegenring entweder aufgeschnitten oder zweiteilig ausgeführt wird, um sein Auswechseln zu erleichtern. Der Gegenring wird durch eine Feder 21, die einerseits durch eine verschiebbare Brille 22 und' andererseits durch eine ebenfalls verschiebbare Federführung 23 gehalten wird, gegen den Gleitring 24 gepresst.
Der Gleitring 24 ist vorzugsweise aus Keramik gefertigt, doch können für bestimmte Verwendungszwecke der Kolloidmühle andere harte Materialien, wie z. B. Sinterhartmetalle oder dergleichen verwendet werden. Die Brille 22 wird mittels Stellschrauben 25 in Richtung der Stirnwand 4 gepresst, wodurch einerseits die Feder 21 zusammengedrückt und vor allem der Gegenring 20 bei Abnützung nachgestellt wird.
An der Federführung 23 befindet sich ein Schliessring 26, der dazu dient, in der zwischen dem Gegenring 20 und der Welle 3 gebildeten Kühlkammer 27a einen leichten Über- druck der Kühl- und Schmierflüssigkeit zu erzeugen und bei Stillstand der Maschine Flüssigkeit zurückzubehalten.
Man erkennt von oben ein Einlaufrohr 27, womit eine Kühl- und Schmierflüssigkeit, im allgemeinen Wasser, an die Federführung 23 und in die Kammer 27a und von dort zwischen den Gegenring und Gleitring gebracht werden kann.
Auf der Zeichnung unten erkennt man das Auslaufrohr 28 und die Auslauföffnung 28a. Das Benetzen insbesondere der Grenzfläche zwischen dem Gegen- und Gleitring ist ein ausschlaggebender Faktor, um die Lebensdauer der beiden Dich- tungsringe erheblich zu erhöhen. Durch diese Kühlung und Schmierung können ganz besonders günstige Reibungs- und Dichtungspartner verwendet werden, wobei es sich herausgestellt hat, dass die Verwendung einer sehr harten und eines relativ weichen Partners besonders grosse Vorteile bringt.
Versuche mit Keramik und Polyurethanringen haben nach vielen hundert Stunden Betrieb keinen merkbaren Verschleiss gezeigt. Der Gleitring 24 wird durch einen Gleitringhalter 29 gehalten, wobei dieser Gleitringhalter mittels Bolzen 30 an der Nabe 6 befestigt ist und mittels einem O-Ring 31 gegenüber der Welle 3 abgedichtet ist. Am Gleitringhalter 29 befindet sich ein Schleuderring 32, der verhindern soll, dass Mahlgut und gegebenenfalls Mahlkörper in die Grenzfläche zwischen dem Gleitring und dem Schleuderring gelangt. Die im Mahlgut enthaltene Flüssigkeit jedoch kann ungehindert an die Grenzfläche zwischen beiden Ringen gelangen und trägt damit zur Schmierung und Kühlung beL
In Fig. 4 ist eine Variante der Kühl- und Schmierflüssigkeitszuführung aufgezeichnet.
Man erkennt das Einlaufrohr 27, durch welches die Flüssigkeit in eine Kammer 32 der Federführung 23 gelangt, und dass der Gegenring 20 Bohrungen 33 aufweist, durch welche die Flüssigkeit an dieGrenze zwischen den beiden Ringen gelangt.
In Fig. 3 erkennt man den Flansch 16 mit den darin angeordneten Schrauben 17, das Gehäuse 15 und die in dieses Gehäuse hineinragenden Stellschrauben 25. Man erkennt ferner das in die Federführung 23 führende Einlaufrohr 27 und wie in dieser Federführung die Feder 21 angeordnet ist, ferner erkennt man den Schliessring 26, der dicht an der Welle 3 anliegt. Das gebrauchte Wasser sammelt sich im Gehäuse an und wird durch das Auslaufrohr 28 nach aussen abgeführt.
Aus diesem Schnitt sieht man vor allem, dass das Gehäuse 15 Öffnungen aufweist, durch die man bequem an die Schrauben 25 gelangen kann, um den Gegenring 20 nachzustellen oder auszuwechseln und dies, ohne die Kolloidmühle öffnen und auseinandernehmen zu müssen.
Aus dem oben beschriebenen Aufbau der Wellendichtung geht klar hervor, dass einerseits die dichtenden Teile, insbesondere auch ihre Grenzflächen, ausreichend gekühlt und geschmiert werden, was ihre Lebensdauer entscheidend verlängert, und dass andererseits die Ausgestaltungen des Gegenrings und der Federführung es gestatten, einen relativ langen Gegenring zu gebrauchen und diesen nachzustellen.
Dadurch wird eine nochmalige beträchtliche Steigerung der Lebensdauer einer solchen Dichtung erreicht, was bedeutet, dass diese erst in sehr grossen Zeitabständen ausgewechselt werden muss.
In den Fig. 5 und 6 ist die auslaufseitige Wellendichtung dargestellt. Man erkennt wieder die Welle 3, auf der ein rotierender Abscheider befestigt ist, der zwei Abscheiderscheiben 35, 36 aufweist sowie ein zwischen diesen Scheiben angeordnetes Sieb 37, das mittels Profilmanschetten 38 an den Scheiben befestigt ist. Die Scheiben 35 und 36 sind mittels Schrauben 39 verschraubt und ihre gegenseitige Distanz wird durch Distanzhülsen 40 bestimmt. Die rechte Scheibe 36 weist einen Durchlass 41 und eine Nabe 42 auf. Das Innere der Nabe dient der Aufnahme einer Druckfeder 43, die auf einen Gleitringhalter 44 drückt. Das Nabenäussere weist eine Ausnehmung 46 auf, in die das eine Ende eines Balges 47 eingepasst werden kann. Das andere Ende des Balges sitzt in einer ähnlichen Ausnehmung 48 im Gleitringhalter 44.
Auf dieser rechten Scheibe 36 ist ferner ein Schleuderring 49 angebracht, um zu verhindern, dass Mahlgut an den Balg gerät. Ein Führungstopf 50 dient einerseits dazu, den Abscheider und damit über Distanzringe die Rührflügel spiegelfrei zu befestigen und andererseits um den Gleitringhalter zu führen.
Der Führungstopf wird mittels einer Schraube 51 in der Welle 3 befestigt. Der Führungstopf 50 besitzt Öffnungen 52, damit das Mahlgut mit der Flüssigkeit, das durch das Sieb 37, dem Durchlass 41 in der rechten Abscheiderscheibe 36 hervortritt, durch diese Öffnung im Führungstopf in das Gehäuse 53 gelangen und von dort über ein an das Gewinde 54 anschliessbares Rohr abgeführt werden kann. Im Gleitringhalter 44 eingepasst befindet sich der aus Hartmetall oder vorzugsweise aus Keramik bestehende Gleitring 55. An diesen Gleitring wird durch eine Gegenringfeder 56a ein aus einem weichen Material, vorzugsweise Polyurethan bestehender Gegenring 56 gepresst, wobei dieser Gegenring die mehrfache Länge des Gleitringes aufweist und in diesem Falle einteilig ausgeführt werden kann.
Der Gegenring 56 wird sowohl gegen den-Flansch 57 als auch gegenüber dem zylinderförmi- gen Gehäuse 53 mittels Manschetten 58, bzw. 59 abgedichtet. Der Flansch 57 ist mit dem hinteren Deckel 60 der Kol loidmühle verbunden. Die Gegenringfeder 56a drückt nicht direkt auf den Gegenring, sondern auf einen ringförmigen Gegenringhalter 61, der einen Absatz zur Aufnahme der Feder aufweist. Der Gleitringhalter 44 weist einen Schleuder- ring 61 auf, der mit dem an der hinteren Abscheiderscheibe 36 befestigten Schleuderring 59 zusammenarbeitet und die gleiche Aufgabe erfüllt, nämlich das Eindringen von Mahlgut und Mahlkörper bis zum Balg 47 und zu der Grenzfläche zwischen Gleitring und Gegenring zu verhindern.
Die Gegenringfeder 56a stützt sich auf eine auf dem Gehäuse 53 gleitbare Brille 62 ab, die mittels Verstellschrauben 63 verschoben werden kann, um den Gegenring nachstellen zu können. Mit dem Gehäuse 53 ist ein Abschlusskreuz 64 verbunden, das mittels Schrauben 65 mit dem- Flansch 57 verbunden werden kann. Das Abschlusskreuz ist derart ausgebildet, dass ein leichter Zugang zu den Verstellschrauben 63 gewährleistet ist. In Fig. 6 erkennt man von aussen nach innen den Balg 47, den Gleitringhalter 44, in welchem die Druckfeder 43 gelagert ist, die vier Segmente 67 des Führungstopfes 50 mit den Öffnungen 52, das Gehäuse 53 mit seinem Hohlraum. Aus diesem Aufbau ersieht man deutlich, dass das Auswechseln des Gegenrings sehr einfach ist, indem lediglich das Abschlusskreuz entfernt werden muss.
Vergleicht man diese einfache Handhabung mit dem bei herkömmlichen Mühlen mühseligen Ausbauen von Teilen, lässt sich der grosse Fortschritt leicht feststellen.
In Fig. 7 ist ein weiteres Beispiel für die Anwendung der vorgeschlagenen Wellendichtung veranschaulicht. Man er- kennt wieder das Gestell 101, in das mittels Kugellager 102 die Welle 103 gelagert ist. Die Welle 103 ragt durch die eine Stirnwand 104 des nur teilweise dargestellten Gefässes der Kolloidmühle durch, wobei die Mahlscheiben oder Rührflügel nicht mehr dargestellt sind. Die Stirnwand 104 ist mittels Schrauben 105 mit dem Gehäuse 106 verbunden, das durch den Lagerklemmdeckel 107 mittels Schrauben 108 am Gestell 101 befestigt ist. Auf der Welle sitzt ein Teller 109 zur Aufnahme der Druckfeder 110. Im Gegensatz zur Ausführung gemäss Fig. 2 ist in diesem Beispiel der Gleitring 111 aus einem weichen Material, vorzugsweise Polyurethan.
In vorliegendem Falle dreht sich also die Druckfeder 110 mit dem Gleitring 111, während der aus Keramik gefertigte Gegenring 112 fest mit dem Gehäuse 106 verbunden ist. Das als Kühl- und Schmiermittel dienende Wasser strömt über das Einlaufrohr 113 in eine Kammer 113a zwischen dem Gehäuse und dem Gleitring, gelangt an den Gleitring und an den Gegenring und dort insbesondere in die Grenzfläche zwischen diesen beiden Ringen und läuft über das Auslaufrohr 115 ab. Ein Schliessring 116 sorgt dafür, dass das Wasser auf die beiden Ringe gelenkt wird und nicht abfliessen kann. Um insbesondere beim Stillstand der Maschine ein Abfliessen des Kühlwassers zu verhindern, wird anschliessend an den Gleitring eine Wasserstauscheibe 117 angebracht Der Gleitring 111 ist gegenüber der Welle 103 durch Manschetten 118 gedichtet.
Auch der Ein- und Ausbau dieser Wellendichtung ist einfach. Nach Lösen der Schrauben 105 und 108 kann das Gehäuse mitsamt dem Keramikgegenring entfernt werden, woraufhin der Gleitring mit dem Abstreifring, der Wasserstauscheibe und der Feder über die Welle abgezogen werden kann. Dabei ist auch dieser Gleitring vorteilhafterweise aufgeschnitten, um seinen Ein- und Ausbau zu erleichtern, wobei er aufgebogen wird und sich dank seiner Elastizität wieder schliesst. Diese Wellendichtung vermag die bei herkömmlichen Kolloidmühlen üblichen zwei Dichtungen durch eine einzige zu ersetzen.
-Im nach innen gerichteten Teil des Gehäuses ist ein Schleifring 119, ebenfalls aus Keramik oder Hartmetall, angebracht, der zusammen mit einer ringförmigen Dichtungslippe 120, respektive deren Dichtungskante 121 das Gefäss ab dichtet, wobei die Dichtungslippe 120 an einem zylindrischen Träger 122 befestigt ist. Das Mahlgut gelangt über ein Einlaufrohr 123 und Einlaufkammer 124 in den Behälter.
In Fig. 1 ist, schematisch, ein Anwendungsbeispiel für die Wellendichtungen gemäss den Fig. 2 bis 6 dargestellt. Vergleicht man diese schematische Zeichnung mit einem Schema von herkömmlichen Kolloidmühlen, erkennt man einerseits, dass nur noch zwei Wellendichtungen benötigt werden, die eine wesentlich höhere Lebensdauer aufweisen als herkömmliche und sehr leicht nachgestellt und ersetzt werden können und vor allem, dass die Durchströmungsrichtung des Mahlgutes entgegengesetzt ist, d. h. in Richtung des sich öffnenden Konus. Zusammen mit an sich bekannten verstellbaren Rührscheiben oder Rührflügeln bringt diese Umkehrung der Durchströmrichtung des Mahlgutes einen höheren Wirkungsgrad. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, die Duchströmungsrichtung in der gebräuchlichen Richtung, d. h. gegen das sich verjüngende Ende des Konus hin erfolgen zu lassen.
In dem Anwendungsbeispiel gemäss Fig. 1 wird das Mahlgut mit Hilfe geeigneter Pumpen durch ein zentrales Einlaufrohr 125 in den Mahlbehälter 126 eingeleitet, wobei dieser Mahlbehälter je nach Verwendungszweck teilweise mit Mahlkörpern gefüllt sein kann.
Durch die mit hoher Drehzahl umlaufende Rührscheibenwelle 3, d. h. durch die Rührscheiben 128 oder Rührflügel, die auch verstellbar sein können, wird das Mahlgut und gegebenenfalls die Mahlkörper einer Radialbeschleunigung in Richtung Mahlbehälterwandung ausgesetzt. Durch geeignete Wahl der Peripheriegeschwindigkeit, der Form und gegebe nenfalis des Anstellwinkels der Rührscheiben oder der Rührflügel, kann eine optimale Mahlgutfeinheit und eine herabgesetzte Behandlungszeit erreicht werden, wobei für gewisse Materialien ein Mahlen ohne Mahlkörpermaterial möglich ist. Die Mahlwirkung wird zusätzlich durch an den Distanzstücken 6a aufgesetzte Schleudernocken 127 oder Schleuderscheiben erhöht, indem das Mahlgut und die Mahlkörper zusätzlich aufgerührt werden.
Ausserdem bewirken diese Schleudernocken, dass insbesondere die Mahlkörper nicht die Welle angreifen. Sowohl die Rührscheiben wie die inneren Wände 129 des Behälters können mit einem abriebfesten Material, wie Keramik ausgekleidet sein. Nach Durchlaufen der Mahlzone verlässt das Mahlgut durch den Rotationsabscheider 130 den Mahlbehälter 126 durch die Gehäusekammer 53 mit Abflussrohr 132.
Wenngleich die von aussen nachstellbaren Wellendichtungen gemäss Fig. 2 oder 5 besonders vorteilhaft sind und eine sehr grosse Lebensdauer gewährleisten, ist es durchaus möglich, von innen auswechselbare Wellendichtungen anzuwenden. Allen diesen Wellendichtungen gemeinsam ist jedoch die Kombination von hartem Material, wie Hartmetall oder Keramik, mit einem weichen Material wie Kunststoff und die Schmierung und/oder Kühlung der Dichtungsringe und dort insbesondere der aufeinanderreibenden Grenzflächen der beiden Ringe. Um ein Auswechseln auch der harten Dichtungsringe zu erleichtern, können diese zweiteilig ausgeführt sein.
In der Ausgestaltung der Wellendichtungen sind verschiedene Varianten denkbar. So ist es auch in den Wellendichtungen gemäss den Fig. 2 und 5 denkbar, dass die Rolle und das Material der Gleit- und Gegenringe vertauscht werden können oder dass anstatt Druckfedern Kreuzgelenke verwendet werden oder dass man anstatt Manschetten andere Dichtungselemente, beispielsweise O-Ringe, wählt
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PATENT CLAIMS
1. Shaft seal, especially on an agitator or colloid mill, with a sliding ring and counter ring, one of the two rings being made of a hard material with a Vikkers hardness of at least 1000 kp / mm2 and the other ring being made of a soft material and the rings are surrounded by a cooling liquid, characterized in that the ring made of the soft material has a hardness of at most 100 Shore A, the surfaces of the rings which are in contact with one another are wetted by the cooling and lubricating liquid, and the sliding ring (24, 55) has a Sliding ring holder (29, 44) which is equipped with a slinger (32, 61) to keep ground material and / or grinding bodies away from the surfaces in contact and that the movable counter ring (20,
56) is accessible from the outside and can be readjusted to compensate for its shortening caused by abrasion.
2. Shaft seal according to claim 1, characterized in that the sliding ring (24, 55) consists of the hard material, in particular cemented carbide or ceramic, and the counter ring (20, 56) is made of a soft plastic and has a greater length than that Has slip ring.
3. Shaft seal according to claim 1, characterized in that the sliding ring (111) consists of the soft and the counter ring (112) consists of the hard material.
4. Shaft seal according to claim 2, characterized in that the slide ring (55) by means of a compression spring (43) is pressed against the counter ring (56) and is encompassed by the slide ring holder (44) on which the compression spring acts, the compression spring being encompassed by a deformable bellows (47) is covered.
5. Shaft seal according to claim 1, characterized in that an inlet pipe (27, 113) for the Ktihl- and lubricating fluid and a along the sealing ring (20, 111) of soft material extending chamber (27a, 113a), which for the purpose of increasing the pressure by a Closing ring (26, 116) is closed, is provided.
6. Shaft seal according to claim 1, characterized in that it has an inlet pipe (27) for the cooling and lubricating liquid, a chamber (32) in a spring guide (23) on the end face of the sealing ring (20) made of soft material, and that in this sealing ring (20) bores (33) are made in order to receive the mentioned liquid and to guide it to the interface between the two sealing rings.
7. Shaft seal according to claim 1, characterized in that the housing (15), viewed from the drive side, has openings in order to enable the counter ring (20) to be readjusted and removed.
8. Shaft seal according to one of claims 1-7, characterized in that the sealing ring consisting of a soft material is in two parts or is cut open.
9. Shaft seal according to one of claims 1-7, characterized in that the sealing ring made of a hard material is in two parts.
10. Use of shaft seals according to claim 1 in a colloid mill, characterized in that a total of only two shaft seals are used, the drive-side shaft seal having an externally adjustable counter ring (20) made of a soft material which is fixed to the by means of a compression spring (21) The sliding ring (24) connected to the shaft (3) is pressed from a hard material, and the shaft seal on the output side has a counter-ring (53) which is adjustable from the outside and is under spring pressure (56a) made of a soft material and a counter ring (53) also under spring pressure (43) standing slide ring (55) made of a hard material.
11. Use of shaft seals according to claim 10, wherein the horizontally arranged colloid mill has a conical grinding container (126) and the grinding material flows in the direction of the widening cone.
The present invention relates to a shaft seal, in particular on an agitator or colloid mill, with a sliding ring and counter ring, one of the two rings made of a hard material with a Vickers hardness of at least 1000 kp / mm2 and the other ring made of a soft material is made and the rings are surrounded by a cooling liquid.
Shaft seals, which consist of two rings sliding on top of one another, are available in a variety of shapes and made of different materials. In addition to the sealing property, it is in particular the service life of one or both partners that determines the applicability and economy of such a shaft seal.
From the journal Chemie-Ingenieur-Technik 29th year, 1957, No. 4, pages 241-248, mechanical seals for centrifugal pumps are known, one ring made of a material with a Vickers hardness of over 1000 kp / mm2 and the other ring made of a softer material and examples are given in which the rings are washed by a cooling liquid.
However, mechanical seals in colloid mills are exposed to greater loads than in centrifugal pumps, so that the right choice of material plays an important role, and the flushing of the seals described there does not meet the requirements in a colloid mill. Appropriate lubrication and cooling of the surfaces sliding on one another, however, is described in DE-AS 1 199077, which, however, otherwise relates to a mixing and kneading device for rubber and plastics.
In order to obtain mechanical seals that also have an economically reasonable service life in colloid mills, in which the grinding media can consist of sand, for example, further measures must be taken, and it is therefore an aim of the present invention to provide a mechanical seal that can also be used in Colloid mills and has a long service life under the toughest conditions.
Such a mechanical seal is characterized in that the ring made of the softer material has a hardness of at most 100 Shore, the surfaces of the rings that are in contact with one another are wetted by the cooling and lubricating liquid, the sliding ring has a sliding ring holder which, in order to keep away from Grist and / or grinding bodies from the surfaces in contact is equipped with a slinger, and that the movable counter ring, which is under spring pressure, is accessible and adjustable from the outside in order to compensate for its shortening caused by the abrasion.
Further advantages and application examples of such shaft seals are explained in more detail below with reference to an exemplary drawing. Show it:
1 shows schematically and partly in section a colloid mill;
2 shows a shaft seal on a colloid mill, partially in section;
3 shows a section according to III-III from FIG. 2;
FIG. 4 shows a detail from FIG. 2; FIG.
FIG. 5 shows a variant embodiment of a shaft seal in section along line V-V of FIG. 6;
6 shows a section along the line VI-VI of FIG. 5 and
7 shows a further embodiment variant of a shaft seal.
In FIGS. 2 and 3, a shaft seal is shown on the drive side of a colloid mill. One recognizes a frame 1 in which the shaft 3 is supported by means of ball bearings 2. The shaft 3 protrudes through one end wall 4 of the vessel of the colloid mill. Stirring blades 5 are indicated on the shaft 3, which in this case are blades which are fastened in a holder which is pivotably and lockably held in the hub and which are described in DE-OS 26 26 757. A hub 6 can be seen which is fastened to the shaft 3 with the aid of a securing bolt 7 and a spacer 6a, and which has bores 8 into which a pin 9 of a wing holder can be inserted. A U-profile 10 is connected to the pin 9, whereby these parts 9 and 10 together form a holder.
The pin 9 also has an annular groove 11 into which a locking screw 12 engages and thus secures the holder against rotation and axial displacement. Both the outward legs of the U-profile 10 and the wings 5 each have two holes through which fastening screws 13 protrude and secure the wing on the holder. It is of course also possible within the scope of this invention to use other blades or likewise previously known grinding disks.
A bearing clamping cover 14 can be seen lying on the frame 1, which is connected to the frame 1 via the housing 15, flange 16, by means of screws 17. The end wall 4 is sealed off from the housing 15 by an O-ring 18. Between the housing 15 and the shaft 3 is the counter-ring 20, sealed by a sleeve 19. This counter-ring is made in the present case from a polyurethane, that is, from a plastic, although other, relatively soft materials could also be used, and this counter ring is either cut open or made in two parts in order to facilitate its replacement. The counter ring is pressed against the sliding ring 24 by a spring 21, which is held on the one hand by a displaceable goggle 22 and on the other hand by a likewise displaceable spring guide 23.
The slide ring 24 is preferably made of ceramic, but for certain uses of the colloid mill, other hard materials, such as. B. cemented carbides or the like can be used. The glasses 22 are pressed by means of adjusting screws 25 in the direction of the end wall 4, whereby on the one hand the spring 21 is compressed and, above all, the counter ring 20 is readjusted when worn.
On the spring guide 23 there is a locking ring 26 which serves to generate a slight excess pressure of the cooling and lubricating liquid in the cooling chamber 27a formed between the counter ring 20 and the shaft 3 and to retain liquid when the machine is at a standstill.
An inlet pipe 27 can be seen from above, with which a cooling and lubricating liquid, generally water, can be brought to the spring guide 23 and into the chamber 27a and from there between the counter ring and sliding ring.
In the drawing below you can see the outlet pipe 28 and the outlet opening 28a. The wetting of the interface between the mating ring and the sliding ring, in particular, is a decisive factor in considerably increasing the service life of the two sealing rings. As a result of this cooling and lubrication, particularly favorable friction and sealing partners can be used, it being found that the use of a very hard and a relatively soft partner brings particularly great advantages.
Tests with ceramic and polyurethane rings have shown no noticeable wear after many hundreds of hours of operation. The sliding ring 24 is held by a sliding ring holder 29, this sliding ring holder being fastened to the hub 6 by means of bolts 30 and being sealed off from the shaft 3 by means of an O-ring 31. A slinger 32 is located on the sliding ring holder 29, which is intended to prevent the material to be ground and possibly grinding media from reaching the interface between the sliding ring and the slinger. However, the liquid contained in the grist can reach the interface between the two rings unhindered and thus contributes to lubrication and cooling
In Fig. 4, a variant of the cooling and lubricating liquid supply is shown.
One can see the inlet pipe 27 through which the liquid enters a chamber 32 of the spring guide 23, and that the counter ring 20 has bores 33 through which the liquid reaches the boundary between the two rings.
3 shows the flange 16 with the screws 17 arranged therein, the housing 15 and the adjusting screws 25 projecting into this housing. Furthermore, the inlet pipe 27 leading into the spring guide 23 and how the spring 21 is arranged in this spring guide can be seen. Furthermore, one recognizes the locking ring 26, which lies tightly against the shaft 3. The used water collects in the housing and is discharged to the outside through the outlet pipe 28.
This section shows above all that the housing 15 has openings through which the screws 25 can be conveniently accessed in order to readjust or replace the counter ring 20 and this without having to open the colloid mill and take it apart.
From the structure of the shaft seal described above it is clear that on the one hand the sealing parts, especially their interfaces, are adequately cooled and lubricated, which significantly extends their service life, and on the other hand the designs of the counter ring and the spring guide allow a relatively long To use counter ring and to readjust it.
As a result, a further considerable increase in the service life of such a seal is achieved, which means that it first has to be replaced at very long intervals.
In FIGS. 5 and 6, the shaft seal on the outlet side is shown. One recognizes again the shaft 3, on which a rotating separator is attached, which has two separator disks 35, 36 and a sieve 37 arranged between these disks, which is fastened to the disks by means of profile collars 38. The disks 35 and 36 are screwed together by means of screws 39 and their mutual distance is determined by spacer sleeves 40. The right disk 36 has a passage 41 and a hub 42. The inside of the hub is used to accommodate a compression spring 43 which presses on a slide ring holder 44. The outside of the hub has a recess 46 into which one end of a bellows 47 can be fitted. The other end of the bellows is seated in a similar recess 48 in the slide ring holder 44.
A slinger 49 is also attached to this right-hand disk 36 in order to prevent ground material from getting onto the bellows. A guide pot 50 serves on the one hand to fasten the separator and thus the agitator blades via spacer rings in a mirror-free manner and on the other hand to guide the slide ring holder.
The guide pot is fastened in the shaft 3 by means of a screw 51. The guide pot 50 has openings 52 so that the ground material with the liquid that emerges through the sieve 37, the passage 41 in the right separator disk 36, passes through this opening in the guide pot into the housing 53 and from there via a thread 54 that can be connected Pipe can be discharged. The sliding ring 55 made of hard metal or preferably ceramic is fitted in the sliding ring holder 44. A counter ring 56 made of a soft material, preferably polyurethane, is pressed onto this sliding ring by a counter ring spring 56a, this counter ring being several times the length of the sliding ring and in this Trap can be made in one piece.
The counter ring 56 is sealed both against the flange 57 and against the cylindrical housing 53 by means of sleeves 58 and 59, respectively. The flange 57 is connected to the rear cover 60 of the colloid mill. The counter ring spring 56a does not press directly on the counter ring, but on an annular counter ring holder 61 which has a shoulder for receiving the spring. The sliding ring holder 44 has a centrifugal ring 61 which works together with the centrifugal ring 59 attached to the rear separator disk 36 and fulfills the same task, namely to prevent the ingress of ground material and grinding media as far as the bellows 47 and the interface between the sliding ring and counter ring .
The counter-ring spring 56a is supported on a pair of glasses 62 which can slide on the housing 53 and which can be displaced by means of adjusting screws 63 in order to be able to readjust the counter-ring. A terminating cross 64 is connected to the housing 53 and can be connected to the flange 57 by means of screws 65. The end cross is designed in such a way that easy access to the adjusting screws 63 is ensured. In Fig. 6 one recognizes the bellows 47, the sliding ring holder 44 in which the compression spring 43 is mounted, the four segments 67 of the guide pot 50 with the openings 52, the housing 53 with its cavity. This structure clearly shows that the replacement of the counter ring is very easy, as only the end cross has to be removed.
If you compare this simple handling with the laborious removal of parts in conventional mills, you can easily see the great progress.
In Fig. 7, a further example of the application of the proposed shaft seal is illustrated. The frame 101 can be seen again, in which the shaft 103 is mounted by means of ball bearings 102. The shaft 103 protrudes through one end wall 104 of the only partially shown vessel of the colloid mill, the grinding disks or agitator blades no longer being shown. The end wall 104 is connected by means of screws 105 to the housing 106 which is fastened to the frame 101 by means of the bearing clamping cover 107 by means of screws 108. A plate 109 is seated on the shaft for receiving the compression spring 110. In contrast to the embodiment according to FIG. 2, the sliding ring 111 in this example is made of a soft material, preferably polyurethane.
In the present case, the compression spring 110 rotates with the sliding ring 111, while the counter ring 112 made of ceramic is firmly connected to the housing 106. The water used as coolant and lubricant flows through the inlet pipe 113 into a chamber 113a between the housing and the sliding ring, reaches the sliding ring and the counter ring and there in particular the interface between these two rings and drains off via the outlet pipe 115. A locking ring 116 ensures that the water is directed onto the two rings and cannot flow away. In order to prevent the cooling water from flowing out, especially when the machine is at a standstill, a water baffle plate 117 is attached to the sliding ring. The sliding ring 111 is sealed against the shaft 103 by sleeves 118.
The installation and removal of this shaft seal is also easy. After loosening the screws 105 and 108, the housing together with the ceramic counter ring can be removed, whereupon the sliding ring with the scraper ring, the water baffle plate and the spring can be pulled off over the shaft. This sliding ring is also advantageously cut open in order to facilitate its installation and removal, wherein it is bent open and closes again thanks to its elasticity. This shaft seal is able to replace the two seals customary in conventional colloid mills with a single one.
In the inwardly directed part of the housing, a slip ring 119, also made of ceramic or hard metal, is attached, which seals the vessel together with an annular sealing lip 120 or its sealing edge 121, the sealing lip 120 being attached to a cylindrical carrier 122. The ground material enters the container via an inlet pipe 123 and inlet chamber 124.
In Fig. 1, an application example for the shaft seals according to FIGS. 2 to 6 is shown schematically. If you compare this schematic drawing with a diagram of conventional colloid mills, you can see on the one hand that only two shaft seals are required, which have a significantly longer service life than conventional ones and can be easily readjusted and replaced and, above all, that the direction of flow of the ground material is opposite is, d. H. in the direction of the opening cone. Together with adjustable agitator disks or agitator blades known per se, this reversal of the flow direction of the material to be ground brings about a higher degree of efficiency. However, it is of course also possible to change the direction of flow in the usual direction, i. H. to be done towards the tapered end of the cone.
In the application example according to FIG. 1, the material to be ground is introduced into the grinding container 126 through a central inlet pipe 125 with the aid of suitable pumps, this grinding container being partially filled with grinding media depending on the intended use.
By rotating at high speed stirring disk shaft 3, d. H. By means of the agitator disks 128 or agitator blades, which can also be adjustable, the material to be ground and possibly the grinding media is subjected to a radial acceleration in the direction of the grinding container wall. By suitable choice of the peripheral speed, the shape and, if necessary, the angle of attack of the agitator disks or the agitator blades, an optimal grist fineness and a reduced treatment time can be achieved, whereby grinding without grinding media material is possible for certain materials. The grinding effect is additionally increased by centrifugal cams 127 or centrifugal disks placed on the spacers 6a, by additionally stirring up the material to be ground and the grinding media.
In addition, these centrifugal cams ensure that the grinding media in particular do not attack the shaft. Both the stirring discs and the inner walls 129 of the container can be lined with an abrasion-resistant material such as ceramic. After passing through the grinding zone, the grinding stock leaves the grinding container 126 through the rotary separator 130 through the housing chamber 53 with the drainage pipe 132.
Although the externally adjustable shaft seals according to FIG. 2 or 5 are particularly advantageous and ensure a very long service life, it is entirely possible to use internally exchangeable shaft seals. What all these shaft seals have in common, however, is the combination of hard material, such as hard metal or ceramic, with a soft material such as plastic and the lubrication and / or cooling of the sealing rings and there in particular the boundary surfaces of the two rings that rub against one another. In order to make it easier to replace the hard sealing rings, they can be made in two parts.
Various variants are conceivable in the design of the shaft seals. So it is also conceivable in the shaft seals according to FIGS. 2 and 5 that the role and the material of the sliding and mating rings can be exchanged or that universal joints are used instead of compression springs or that other sealing elements, for example O-rings, are used instead of sleeves. chooses