DE10031800A1 - Vorrichtung zum Einbringen und/oder Ausbringen von Gegenständen, insbesondere Behältern, in bzw. aus einem Behandlungsraum - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Einbringen und/oder Ausbringen von Gegenständen in bzw. aus einem Behandlungsraum sind zwischen einem mit Schleusenkammern versehenen Schleusenrad und einem dieses umgebenden Gehäuse Dichtungseinrichtungen vorgesehen. Die Dichtungseinrichtungen weisen mindestens einen Dichtring mit einer im Wesentlichen gasdicht ausgebildeten Trennfuge auf, der durch ein elastisches Druckkissen in Form eines mit Druckgas gefüllten elastischen Schlauches über den größten Teil seines Umfangs in radialer Richtung gegen eine Gleitfläche gepresst wird. Hierdurch ergibt sich eine konstant hohe Dichteinwirkung sowie eine lange Gebrauchsdauer der Dichtringe auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen und/oder Ausbringen von Gegenständen, insbesondere Behältern, in bzw. aus einem Behandlungsraum gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits eine derartige Vorrichtung mit durchgehenden Dichtringen bekannt, die offensichtlich allein auf Grund ihrer Eigenelastizität bzw. einer beim Einbau erzeugten Vorspannung an den zylindrischen Gleitflächen anliegen (EP 0943 699 A1). Die Dichtwirkung wird hier durch die bei derartigen Vorrichtungen üblichen Betriebsbedingungen wie Verformungen von Schleusenrad und Gehäuse durch starke, wechselnde Druckdifferenzen, durch unterschiedliche Erwärmungen usw. negativ beeinflußt und die Standzeit der Dichtringe ist gering.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen eine konstant hohe Dichtwirkung sowie eine lange Gebrauchsdauer der Dichtringe zu realisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf Grund der Trennfuge eine optimale Anpassung des Dichtrings an die Betriebssituation bis hin zu periodischen Verformungen auf Grund von periodischen Druckschwankungen oder periodischen Verformungen des Schleusenrads oder des Gehäuses möglich. Durch die gasdichte Gestaltung der Trennfuge wird verhindert, dass diese selbst die Dichtwirkung beeinträchtigt. Die Formgebung und das Material des Dichtrings kann optimal an die Betriebsbedingungen angepaßt werden, da der erforderliche Anpressdruck durch ein eigenes Bauteil, nämlich den Druckring erfolgt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher in idealer Weise zum Einbringen und/oder Ausbringen von Behältern in einen Behandlungsraum geeignet, in dem ein extrem hohes Vakuum von ca. 10^-4 Millibar herrscht. Ein derartig hohes Vakuum ist insbesondere beim Beschichten von Kunststoffflaschen unter Plasmabedingungen mit einer Barriereschicht erforderlich, wo bereits die geringste Druckerhöhung zu einer Störung oder Blockierung des Beschichtungsvorgangs führt. Die Kombination der erfindungsgemäßen Merkmale hat hier zu einer sprunghaften Verbesserung geführt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, die alle zu einer hohen, konstanten Dichtwirkung und einer langen Standzeit führen, sind in den Unteransprüchen enthalten.

Im Nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Einbringen und Ausbringen von Flaschen in und aus einem Behandlungsraum, teilweise im Schnitt

Fig. 2 den Schnitt AB nach Fig. 1

Fig. 3 die Einzelheit Z nach Fig. 2 in vergrößerter Darstellung

Fig. 4 die Draufsicht auf den Dichtring nach Fig. 3 im Bereich der Trennfuge

Fig. 5 die Draufsicht auf die Trennfuge nach Fig. 4 bei geöffnetem Dichtring

Fig. 6 die Ansicht DD nach Fig. 5

Fig. 7 die Ansicht CC nach Fig. 5

Fig. 8 die Draufsicht einer anderen Ausführung der Trennfuge

Fig. 9 die Seitenansicht der Trennfuge nach Fig. 8.

Die insgesamt mit 30 bezeichnete Vorrichtung nach Fig. 1 bis 9 ist zum Einbringen und Ausbringen von Behältern in Form von PET-Flaschen, im Nachstehenden kurz Flaschen 1 genannt, in bzw. aus einem unter Hochvakuum (10^-4 Millibar) stehenden Behandlungsraum 2 eingerichtet, in welchem die Flaschen 1 zwecks Erhöhung der Barriereeigenschaften unter Plasmaeinwirkung beschichtet werden. Der Behandlungsraum 2 ist u. a. durch Wände 31a, 31b hermetisch von der Umgebung abgeschlossen und weist einen kontinuierlich umlaufenden Förderer 23 mit in die Öffnung der Flaschen 1 einführbaren Dornen 32 auf, welcher die Flaschen 1 an den nicht gezeigten Beschichtungseinrichtungen vorbeibewegt.

Die Vorrichtung 30 besitzt eine horizontale Grundplatte 33, an deren Oberseite ein zentrales Schleusenrad 4 sowie insgesamt vier mit diesem zusammenarbeitende Sternräder 17, 18, 19, 20 mit jeweils senkrechter Drehachse gelagert sind. Durch unterhalb der Grundplatte 33 angeordnete, nicht gezeigte Antriebsorgane werden das Schleusenrad 4 und die Sternräder 17 bis 20 synchron zueinander sowie synchron zum Förderer 23 kontinuierlich in Pfeilrichtung angetrieben, so dass sie im wesentlichen nach Art von Zahnrädern miteinander kämmen.

Das Schleusenrad 4 ist am Umfang mit nur radial nach außen hin offenen und ansonsten gasdicht geschlossenen Schleusenkammern 3 ausgestattet, deren Höhe, Tiefe und Breite geringfügig größer ist als die größte zu verarbeitende Flasche 1. Die radial nach außen weisenden, die Schleusenkammern 3 begrenzenden Flächen des Schleusenrads 4 liegen in einer konzentrisch zu dessen Drehachse angeordneten Zylinderfläche und wirken mit entsprechend zylindrisch gekrümmten, ein Gehäuse G bildenden Schleusenwänden 34a und 34b zusammen, die gasdicht in die Wände 31a und 31b des Behandlungsraums 2 übergehen. Durch das Schleusenrad 4 und die Schleusenwände 34a, 34b, die an der Unterseite mit der Grundplatte 33 und an der Oberseite mit einer Deckplatte 51 starr verbunden sind, wird eine rotierende Schleuse gebildet, deren Schleusenkammern 3 in ihrem dem Behandlungsraum 2 benachbarten Bereich zu diesem und am gegenüberliegenden Umlaufbereich zur Umgebung hin offen und in den beiden dazwischenliegenden Umlaufbereichen sowohl vom Behandlungsraum 2 als auch von der Umgebung getrennt sind. Die Schleusenkammern 3 können im Bereich der Schleusenwände 34a, 34b mit nicht gezeigten Leitungen zur Gaszufuhr und/oder Gasabfuhr verbunden werden.

Jede Schleusenkammer 3 weist einen eigenen Greifer 6 auf, mit dem die Flaschen 1 während ihres Transports mit dem Schleusenrad 4 zentriert und fixiert werden und zwar hängend ohne Bodenunterstützung und ohne Kontakt mit den Wänden der Schleusenkammern 3. Jeder Greifer 6 erfasst die Flasche 1 unterhalb des Tragrings und weist zwei im wesentlichen parallele, nach Art einer Greifzange angeordnete Schwenkhebel 8, 9 auf, die in der horizontalen Umlaufebene des Schleusenrads 4 und im wesentlichen radial zu dessen Drehachse angeordnet sind. Die beiden Schwenkhebel 8, 9 sind mittels Lagerbolzen auf einer gemeinsamen Stützplatte 12 schwenkbar gelagert. Die Stützplatte 12 ihrerseits ist in horizontaler, radialer Ausrichtung in einer Ausnehmung 37 der zugehörigen Schleusenkammer 3 mittels einer Schraube lösbar sowie gasdicht befestigt. Die Greifer 6 werden bei einer Rotation des Schleusenrads 4 durch eine Steuereinrichtung 5 mit stationären Anschlägen 13, 14, 15, 16 funktionsgerecht geöffnet und geschlossen.

Die vier Sternräder 17 bis 20 weisen den gleichen Grundaufbau auf, der im Nachstehenden anhand des ersten Sternrads 17 erläutert wird: Auf einer senkrechten Antriebswelle 42 ist eine horizontale Sternplatte 43 befestigt, an der gleichmäßig über den Umfang verteilt acht Winkelhebel 44 schwenkbar gelagert sind, die ihrerseits radial bewegliche Schieber 41 tragen. Am äußeren Ende jedes Schiebers 41 ist elastische Klammer 24 angeordnet, welche eine Flasche 1 überhalb des Tragrings erfasst. Durch eine Kurvensteuerung 40 wird bei einer Rotation des Sternrads 17 die Schwenkbewegung der Winkelhebel 44 und die Radialbewegung der Schieber 41 funktionsgerecht gesteuert.

Über und unter den Schleusenkammern 3 liegt zwischen der zylindrischen Innenfläche des Gehäuses G bzw. dessen Schleusenwände 34a, 34b und der rotationssymmetrischen Außenfläche des Schleusenrads 4 jeweils ein Ringspalt 25 vor, der durch jeweils eine Dichtungseinrichtung 21, 22 hermetisch abgedichtet ist. Die beiden Dichtungseinrichtungen 21, 22 sind spiegelbildlich angeordnet und weisen den gleichen Grundaufbau auf, der im Nachstehenden anhand der oberen Dichtungseinrichtung 21 in Verbindung mit den Fig. 3 bis 9 erläutert wird.

Die obere Dichtungseinrichtung 21 umfasst einen rotationssymmetrischen Flansch 7, der unter Zwischenlage von drei Packungsringen 10a, 10b, 10c absolut dicht auf den Schleusenwänden 34a, 34b befestigt ist. An der Innenseite des Flansches 7 ist eine zylindrische Gleitfläche 11 ausgebildet, die konzentrisch zur Drehachse D des Schleusenrads 4 liegt. An der Außenseite des Flansches 7 ist auf Höhe der Gleitfläche 11 zwischen zwei Packungsringen 10a, 10b ein Kühlkanal 26 vorgesehen, gebildet durch eine Ringnut im Gehäuse G. Durch den Kühlkanal 26 zirkuliert im Betrieb ein geeignetes Kühlmittel, beispielsweise Wasser, welches die im Betrieb entstehende Reibungswärme abführt.

Weiter umfasst die obere Dichtungseinrichtung 21 einen Haltering 27, der unter Zwischenlage einer Packungsscheibe 28 absolut dicht an der Oberseite des Schleusenrads 4 in dessen äußerem Randbereich befestigt ist. Die äußere Mantelfläche des Halterings 27 verläuft konzentrisch zur Drehachse D des Schleusenrads 4 und liegt der Gleitfläche 11 mit geringem Abstand gegenüber. In die Mantelfläche des Halterings 27 ist eine durchgehende Ringnut 29 mit rechteckigem Querschnitt eingearbeitet. In dieser ist ein Dichtring 35 mit winkelförmigem Querschnitt lose aufgenommen. Der senkrechte Schenkel des Dichtrings 35 steht geringfügig aus der Ringnut 29 heraus und liegt mit seiner zylindrischen Außenfläche an der Gleitfläche 11 an. Der horizontale Schenkel des Dichtrings 35 endet mit geringem Abstand zum Grund der Ringnut 29 und liegt mit seiner ebenen, ringförmigen Unterseite an der gleichfalls ebenen, ringförmigen Unterseite der Ringnut 29 an.

In dem durch die beiden Schenkel des Dichtrings 35 einerseits und die beiden benachbarten Flächen der Ringnut 29 andererseits definierten Ringraum sitzt ein elastischer Schlauch 36, der im Betrieb mit Druckluft von beispielsweise 1,5 bar gefüllt ist. Hierdurch wird der Dichtring 35 einerseits mit einer bestimmten Kraft radial nach außen gegen die Gleitfläche 11 und andererseits mit einer in etwa gleich großen Kraft axial nach unten gegen die untere Fläche der Ringnut 29 gepreßt. Es kann somit weder zwischen der Gleitfläche 11 und dem Dichtring 35 noch zwischen dem Dichtring 35 und dem Haltering 27 Umgebungsluft zum Spalt 25 und weiter in die Schleusenkammern 3 eindringen, wodurch das Schleusenrad 4 gegenüber der Umgebung hermetisch abgedichtet ist.

Der Schlauch 36 kann entweder durchgehend ringförmig und mit einem Anschlussstutzen versehen sein, ähnlich wie ein Fahrradschlauch, oder er ist, wie Fig. 4 zeigt, aufgeschnitten. In diesem Falle sind die beiden Enden des Schlauchs 36 durch entsprechende Bohrungen im Haltering 27 radial nach innen durchgeführt und abgedichtet in einem Anschlussklotz 38 befestigt. Dieser ist über einen nicht gezeigten, konzentrisch zur Drehachse D angeordneten Drehverteiler mit einer stationären, regelbaren Druckluftquelle verbunden. Es kann daher auch im Betrieb laufend die Anpresskraft des Dichtrings 35 an seine Gegenflächen reguliert werden.

Wie bereits gesagt, ist der Dichtring 35, der vorzugsweise aus einem verschleißfesten Material mit guten Gleiteigenschaften wie z. B. PTFE besteht, beweglich in der Ringnut 29 aufgenommen. Außerdem ist im Bereich des Anschlussklotzes 38 zwischen den beiden radial nach innen führenden Schenkeln des Schlauches 36 eine durchgehende Trennfuge 39 vorgesehen. Diese ermöglicht, dass sich der Dichtring 35 in Umfangsrichtung verformt bzw. verlängert oder verkürzt. Hierdurch kann sich der Dichtring 35 unter dem Druck des elastischen Schlauches 36 immer vollflächig und über seinen gesamten Umfang an die Gleitfläche 11 anlegen, wodurch Beeinträchtigungen der Dichtwirkung z. B. durch Verschleiß am Dichtring 35 oder durch Verformung des Schleusenrads 4 und/oder des Gehäuses G durch die aufgrund des hohen Vakuums entstehenden Kräfte wirkungsvoll kompensiert werden. Dabei wird ein Durchdrehen des Dichtrings 35 gegenüber dem Haltering 27 durch einen am Haltering 27 ausgebildeten nasenförmigen Mitnehmer 45, der in eine entsprechende Kerbe des Dichtrings 35 eingreift, verhindert.

Wie die Fig. 5 bis 9 zeigen, sind die Stoßenden des Dichtrings 35 bei beiden Varianten sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung treppenförmig ineinander greifend abgestuft. In Verbindung mit der auch im Bereich der Trennfuge 39 wirkenden Anpresskraft des Schlauches 36 ergibt sich dadurch eine praktisch gasdichte Trennfuge 39, die trotzdem eine Relativbewegung der Stoßenden in Umfangsrichtung ermöglicht. Auch im Bereich der Trennfuge 39 kann daher keine Umgebungsluft zu den Schleusenkammern 3 vordringen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wirkt zwar der Schlauch 36 nicht direkt auf die Enden des Dichtrings 35 ein; dieser ist jedoch ausreichend steif, dass sich die Anpresskraft von den benachbarten Stellen her überträgt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Trennfuge 39 direkt durch den Druckschlauch 36 zu beaufschlagen. Auch ist es möglich, bei extrem großen Durchmessern erforderlichenfalls mehrere gasdichte Trennfugen 39 vorzusehen.

Gemäß Fig. 3 ist unterhalb der Ringnut 29 in der Mantelfläche des Halterings 27 eine ringförmige Ausnehmung 46 ausgebildet, in der ein Filzring 47 oder dgl. mit leichter Vorspannung eingesetzt ist. Dieser verhindert den Gasaustausch zwischen benachbarten Schleusenkammern 3 in Verbindung mit zwischen diesen angeordneten Dichtleisten 48, von denen zwei in Fig. 1 dargestellt sind.

Im normalen Betrieb der vorstehend beschriebenen Vorrichtung 30 werden die durch zwei parallele Förderschnecken 54a, 54b kontinuierlich zugeführten und vereinzelten unbeschichteten Flaschen 1 vom ersten Sternrad 17 übernommen und durch eine Öffnung zwischen den Schleusenwänden 34a, 34b einzeln nacheinander in die Schleusenkammern 3 eingeführt. Darin werden die Flaschen 1 von den Greifern 6 fixiert und an der ersten Schleusenwand 34b vorbei zum zweiten Sternrad 18 transportiert. Dieses sitzt vollständig im Behandlungsraum 2, übernimmt die Flaschen 1 von den Schleusenkammern 3 und übergibt sie einzeln nacheinander an den Förderer 23 in der Behandlungskammer 2. Während des Passierens der Schleusenwand 34b werden die Schleusenkammern 3 durch die nicht gezeigten Anschlüsse in der Schleusenwand 34b stufenweise auf das in dem Behandlungsraum 2 herrschende Hochvakuum evakuiert. Dabei werden die Schleusenkammern 3 gegenseitig durch die Dichtleisten 48 und die Filzringe 46 abgedichtet, während das Schleusenrad 4 als ganzes gegenüber der Umgebung durch die beiden Dichtungseinrichtungen 21 und 22 optimal abgedichtet sind.

Entsprechend umgekehrt werden die beschichteten Flaschen 1 vom gleichfalls innerhalb des Behandlungsraums 2 angeordneten dritten Sternrad 19 übernommen und einzeln nacheinander den Schleusenkammern 3 zugeführt. Darin werden die Flaschen 1 an der Schleusenwand 34a vorbei zum vierten Sternrad 20 transportiert, das sie durch die Öffnung zwischen den Schleusenwänden 34a und 34b hindurch aus den Schleusenkammern 3 entnimmt und an einen Abförderer 52 übergibt. Beim Passieren der Schleusenwand 34a werden die Schleusenkammern 3 stufenweise belüftet und zurück auf den normalen Atmosphärendruck gebracht.

Durch eine Überwachung der Temperatur des durch den Kühlkanal 26 zirkulierenden Kühlwassers und/oder durch eine Überwachung des erforderlichen Drehmoments für den Antriebsmotor der Vorrichtung 30, insbesondere für das Schleusenrad 4, kann jederzeit festgestellt werden, ob die Reibung zwischen der Gleitfläche 11 und dem Dichtring 35 im gewünschten optimalen Bereich liegt. Durch Erhöhung oder Erniedrigung des Druckes im Schlauch 36 kann jederzeit eine Einstellung der Reibung und damit auch der Dichtwirkung vorgenommen werden. Kurzzeitige oder periodische Verformungen des Dichtrings 35 oder auch des Stützrings 27, der Gleitfläche 11 usw. werden durch die Elastizität des Schlauches 36 ausgeglichen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Einbringen und/oder Ausbringen von Gegenständen, insbesondere Behältern, in bzw. aus einem Behandlungsraum, mit einem drehbaren, am Umfang mit nach außen hin offenen Schleusenkammern (3) für die Gegenstände versehenen Schleusenrad(4) und einem dieses teilweise umgebenden Gehäuse (G) sowie mit Dichtungseinrichtungen (21, 22) zwischen Schleusenrad und Gehäuse, von denen jede eine im wesentlichen zylindrische, koaxial zur Drehachse (D) des Schleusenrads angeordnete Gleitfläche (11) und mindestens einen diese beaufschlagenden Dichtring (35) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dichtring (35) eine im Wesentlichen gasdicht ausgebildete Trennfuge (39) aufweist, und dass der Dichtring (35) durch mindestens ein elastisches Druckkissen (36) über den größten Teil seines Umfangs in radialer Richtung gegen die Gleitfläche (11) pressbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkissen durch einen mit Druckgas gefüllten elastischen Schlauch (36) gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Schlauch (36) an eine verstellbare Druckgasquelle angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Enden des Schlauches (36) mit Abstand voneinander vom Dichtring (35) wegführen und im Bereich dieses Abstandes die Trennfuge (39) liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (35) in einer Ringnut (29) angeordnet ist, einen L-förmigen Querschnitt aufweist und das elastische Druckkissen (36) in dem von den beiden Schenkeln des Dichtrings (35) gebildeten Winkelraum sitzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (35) durch das elastische Druckkissen (36) in axialer Richtung gegen die Ringnut 29 pressbar ist, vorzugsweise in Richtung eines Bereichs mit geringerem Druck.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (29) in einem Haltering (27) ausgebildet ist, der auf dem Schleusenrad (4) abgedichtet befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (11) an einem Flansch (7) ausgebildet ist, der abgedichtet am Gehäuse (G) befestigt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßenden des Dichtrings (35) im Bereich der Trennfuge (39) sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung treppenartig ineinandergreifend abgestuft sind.