DE10127849A1

DE10127849A1 - Vorrichtung zum schwimmenden Lagern eines Dichtgehäuses

Info

Publication number: DE10127849A1
Application number: DE10127849A
Authority: DE
Inventors: Alfred Kunz; Joerg M List
Original assignee: List AG
Current assignee: List AG
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2003-01-09
Also published as: EP1419329A1; CN1514917A; CA2449608A1; WO2002101268A1; US7036824B2; US20040183258A1; AU2002348755A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum schwimmenden Lagern eines Dichtgehäuses (17) um eine drehende, auslenkende Welle (1) und gegenüber einem statischen Teil (5) soll ein Dichtgehäuse (17) sowohl radial ausweichbar als auch wenigstens in geringem Umfang um eine Wellenachse (2) drehbar mit dem statischen Teil (5) verbunden sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schwimmenden Lagern eines Dichtgehäuses um eine drehende, auslenkende Welle und gegenüber einem statischen Teil.
In sehr vielen technischen Bereichen wird eine Welle insgesamt oder über einen Wellenzapfen in einem Lager gehalten, in dem die Welle dreht. Meist handelt es sich dabei auch um Wellendurchführungen durch ein Dichtgehäuse, bei denen vermieden werden soll, dass ein Medium aus beispielsweise einem Raum, in dem die Welle dreht, über die Dichtung nach Aussen gelangt.
Derartige schwimmende Abdichtungen sind vielfältigen Kräften ausgesetzt, welche die Dichtelemente beanspruchen und verschleissen. Im Falle des Verschleisses müssen die entsprechenden Dichtelemente leicht zu ersetzen sein.
Als Kräfte, die auf eine solche schwimmende Abdichtung wirken, sind vor allem radiale Kräfte, torsions- und axial wirkende Kräfte zu erwähnen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich vor allem, jedoch keineswegs ausschliesslich, auf sogenannte Mischkneter zum mechanischen und/oder thermischen Behandeln von Produkten in flüssigem, pastösem und/oder pulverförmigem Zustand mit oder ohne Zu- bzw. Abführung von Gasen und/oder Dämpfen mit einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse um eine Drehachse drehenden Welle, an der in axialer Richtung verteilt Knetelemente vorgesehen sind. Beispielsweise ist ein derartiger Mischkneter in der EP 0 422 454 B1 beschrieben. Die Welle mit den Knetelementen lagert über Wellenzapfen in sogenannten Wälzlagern, bei denen zwischen der Welle, dem dynamischen Teil, und dem Gehäuse, dem statischen Teil, in einem Dichtgehäuse zumindest eine Packung aus Dichtmaterial eingesetzt und zusammen gepresst ist, wodurch sich die Dichtungspackung dicht an die Gleitfläche anschmiegt.
Derartige Dichtgehäuse müssen flexibel gelagert sein, um Wellenbewegungen aufzufangen. Dies geschieht bisher über entsprechende Balgverbindungen zwischen dem Dichtgehäuse und dem statischen Teil, jedoch sind diese Balgverbindungen ebenfalls einem erheblichen Verschleiss ausgesetzt und brechen wegen Ermüdung im Laufe der Zeit auseinander.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der oben genannten Art zu schaffen, bei der die auftretenden Kräfte in geeignetem Umfange aufgefangen werden, die Verschleissteile aber leicht austauschbar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass ein Dichtgehäuse sowohl radial ausweichbar als auch wenigstens in geringem Umfange um eine Wellenachse drehbar mit dem statischen Teil verbunden ist.
Die Verbindung geschieht bevorzugt durch eine Bogenfeder zwischen dem Dichtgehäuse und dem statischen Teil. Diese Bogenfeder soll das Lagergehäuse zumindest teilweise beabstandet umspannen, wobei bevorzugt zwei halbkreisförmige Bogenfedern vorgesehen sind, die jeweils in einer Halterung am statischen Teil und einem Lagerblock am Dichtgehäuse festliegen. Diese Bogenfedern haben den erheblichen Vorteil, dass sie radial relativ weich sind, d. h., sie weichen einer radialen Bewegung des Wellenzapfens aus. Dagegen wirken sie Torsionskräften entgegen, vor allem, wenn die Drehrichtung und die Anordnung der Bogenfedern so gewählt wird, dass die Bogenfedern auf Zug beansprucht werden.
Als Bogenfeder wird bevorzugt ein unter Vorspannung stehender Rundstab verwendet, jedoch sind auch hier andere Federn sowie bei geeigneter Anordnung Seilzüge denkbar.
Die Festlegung der Bogenfeder in der Halterung bzw. am Lagerblock geschieht der Einfachheit halber mittels eines Querbolzens, welcher den Lagerblock bzw. die Halterung quert und dabei in eine Mulde der Bogenfeder eingreift. Zum Lösen der Bogenfeder braucht dann lediglich der Querbolzen aus der Halterung bzw. dem Lagerblock genommen zu werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, für das auch separat Schutz begehrt werden soll, ist vorgesehen, dass das Dichtgehäuse entlang der Welle zumindest in geringem Umfang axial bewegbar ist. Das bedeutet, dass auch axiale Kräfte, die auf das Lagergehäuse einwirken, aufgefangen werden. Hierzu zählen vor allem Kräfte infolge von Wärmeausdehnungsunterschieden.
Dabei greift ein dem Dichtgehäuse zugeordneter Aussenflansch zwischen einen Stirnflansch am statischen Teil und einen mit dem Stirnflansch beabstandet verbundenen Ring ein. D. h., auch dieser Ring gehört zum statischen Teil. Der Aussenflansch stützt sich dann einerseits gegen Federn ab, die sich in dem Ring befinden, andererseits drückt er mit Dichtungsringen gegen den Stirnflansch.
Bevorzugt ist die oben erwähnte Halterung für die Bogenfeder ebenfalls an dem Ring festgelegt und zwar andererseits der Federn, die gegen den Aussenflansch drücken.
Der oben erwähnte Lagerblock für die Bogenfedern sitzt bevorzugt dem Halbring auf, der beabstandet von dem Ring am statischen Teil die Halterung untergreift. Dabei wirken zwei Halbringe zusammen, wobei jeder Halbring einen Lagerblock und eine Bogenfeder besitzt. Damit werden die Kräfte in sehr günstiger Weise aufgenommen.
Die Halbringe dienen gleichzeitig dazu, einen Hülsenabschnitt, der auch den oben erwähnten Aussenflansch aufweist, mit anderen Hülsenabschnitten des Dichtgehäuses zu verbinden. Dabei stützen sich einige dieser Hülsenabschnitte mit Dichtungspaketen gegenüber der Welle ab, während die anderen Hülsenabschnitte die eben erwähnten Hülsenabschnitte untergreifen und so beim Zusammenziehen durch Zuganker die Dichtungspakete zusammenpressen, wodurch die Stopfbuchse entsteht.
Die gesamte Vorrichtung ist so aufgebaut, dass ein schneller Austausch der Dichtungspakete möglich ist. Aussen sichtbar sind nur die beiden Bogenfedern, wodurch eine mögliche Beschädigung dieser Bogenfedern sofort erkannt werden kann. Hervorzuheben ist, dass die Bogenfedern keinen Produktkontakt haben.
Durch die Möglichkeit des radialen Ausweichens ist die Reibungswärme, welche zwischen Abdichtung und Welle entsteht, stark reduziert. Dadurch wird auch wiederum die Standzeit der gesamten Vorrichtung verlängert. Exzentrizitäten können durch die gewählte Lagerung leicht kompensiert werden. Im Verhältnis zu bekannten Lagerungen ist eine extrem grosse Auslenkung möglich. Es wird nicht nur die Grundexzentrizität zwischen Welle und Dichtgehäuse beseitigt, sondern die gewählte Lagerung kann auch erhebliche Wärmeausdehnungsunterschiede auffangen.
Ferner ist hervorzuheben, dass - im Gegensatz zu bisher - die Dichtungspakete selbst sehr hart und fest sein können, da sie einer Wellenbewegung nicht mehr nachgeben müssen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Lagern einer Abdichtung auf einer drehbaren Welle;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 1 entlang Linie II-II;
Gemäss Fig. 1 dreht eine Welle 1 um eine Längsachse 2 in Drehrichtung z. Dabei greift die Welle 1 mit einem Wellenzapfen 3 in eine schwimmende Doppelstopfbüchse 4 ein, welche an einem statischen Teil 5 festgelegt ist. Dieser statische Teil 5 weist ein Zylindergehäuse auf, von dem lediglich ein Teil der Stirnwand 6 gezeigt ist. Dieses Zylindergehäuse ist bevorzugt von einem Aussenmantel 7 umgeben, wobei in freien Räumen 8 zwischen Aussenmantel 7 und Zylindergehäuse ein Medium zum Erwärmen des Zylindergehäuses geführt werden kann.
Als weiteres Element des statischen Teils ist mit der Stirnwand 6 ein Hülsenabschnitt 9 über entsprechende Schraubenbolzen 10 verbunden, wobei ein Flansch 11 der Stirnwand 6 anliegt.
Fern von dem Flansch 11 ist ein Stirnflansch 12 vorgesehen, an den die schwimmende Doppelstopfbüchse 4 anschlägt. Ferner ist mit dem Stirnflansch 12 über entsprechende Schraubenbolzen 13 als weiteres Teil des statischen Teils 5 ein Ring 14 verbunden, an dem sich zwei Halterungen 15.1 und 15. 2 (siehe Fig. 2) befinden. Damit gehören diese Halterungen 15.1 und 15.2 ebenfalls zum statischen Teil 5.
Zwischen den Ring 14 und den Stirnflansch 12 greift ein Aussenflansch 16 als Teil eines Dichtgehäuses 17 (Sekundär- Dichtgehäuse) ein. Dieser Aussenflansch 16 wird mittels Schraubenfeder 18 und einem Kolbenring 19, die in dem Ring 14 gelagert sind, zur statischen Abdichtung mittels Dichtungspaket 20 gegen den Stirnflansch 12 gedrückt.
Der Aussenflansch 16 ist Teil einer Primär-Stopfbüchse 21, welcher Teil des Sekundär-Dichtgehäuses 17 ist. Diese Primär-Stopfbüchse 21 umfängt eine Verschleisshülse 22 der Welle 1 unter Zwischenlage eines Dichtungspaketes 23. Dabei verläuft er beabstandet unter dem Ring 14 hindurch.
Andererseits des Ringes 14 weist das Primär-Dichtgehäuse 21 eine Ringnut 24 auf, in der zwei Halbringe 25.1 und 25.2 sitzen. Beide Halbringe 25.1 und 25.2 sind an ihren Enden miteinander über Schraubenbolzen 26.1 und 26.2 verbunden, durch die eine Klemmwirkung erzielt wird, mit der die Halbringe 25.1 und 25.2 in der Ringnut 24 sitzen. Dabei greift jeder Schraubenbolzen 26.1 und 26.2 in einen Lagerblock 27.1 und 27.2 an dem anderen Halbring 25.2 bzw. 25.1 ein. Dieser Lagerblock 27.1 bzw. 27.2 dient der Festlegung einer Bogenfeder 28.1 bzw. 28.2, welche den jeweiligen Halbring 25. bzw. 25.2 beabstandet umspannt und beidseitig in der Halterung 15.1 bzw. 15.2 festliegt.
Das Befestigen der Bogenfeder 28.1 bzw. 28.2 erfolgt über jeweils einen Querbolzen 29 bzw. 30, welcher den Lagerblock bzw. die Halterung quert und dabei in einer Mulde 31 bzw. 32 sitzt, welche der Bogenfeder 28.1 bzw. 28.2 eingeformt ist.
Die Halbringe 25.1 bzw. 25.2 sind über Zuganker 33 bzw. 34 mit weiteren Sekundär-Dichtgehäusen 35, 36 und 37 des Sekundär-Dichtgehäuses 17 verbunden, wobei sich das Dichtgehäuse 36 nochmals über ein Dichtungspaket 38 gegen die Verschleisshülse 22 abstützt.
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
Der Wellenzapfen 3 muss mit seiner Verschleisshülse 22 ungehindert in dem Dichtgehäuse 17 rotieren können, was die Dichtungspakete 23 und 38 erlauben. Dabei sollen die Kräfte, die vom Wellenzapfen 3 ausgehen, durch die schwimmende Doppelstopfbüchse 4 aufgefangen werden. Einmal sind dies Radialkräfte, die von dem Wellenzapfen 3 ausgehen. Diese werden von den Bogenfedern weich abgefedert.
Des weiteren werden aber von den Bogenfedern auch Umlaufkräfte aufgenommen, wenn der Wellenzapfen in Richtung z dreht. Dabei werden die Bogenfedern auf Zug beansprucht, so dass sie die Umlaufkräfte, verursacht durch die Reibung der Primär- und Sekundär-Dichtung, aufheben.
Radiale und Umlaufkräfte werden im übrigen über den gesamten 360°-Drehbereich aufgefangen, so dass es über diesen gesamten Bereich auch die gewünschte Auslenkmöglichkeit gibt.
Sollten auch axiale Kräfte, insbesondere Wärmeausdehnungskräfte aufgefangen werden, so geschieht dies durch die axiale Bewegungsmöglichkeit des Sekundär- Dichtgehäuses 17 gegenüber dem Stirnflansch 12 des statischen Teils, wobei sich der Aussenflansch 16 einerseits gegen die Schraubenfeder 18 und den Kolbenring 19 und andererseits gegen das Dichtungspaket 20 abstützt.
Vor allem ist bezüglich der Funktionalität noch die leichte Austauschmöglichkeit der Dichtungspakete 20, 23 und 38 zu erwähnen. Es genügt ein Lösen der Zuganker 33 und 34, um an das Dichtungspaket 38 heranzukommen. Des weiteren genügt ein Lösen der Schraubenbolzen 26.1 und 26.2, so dass die Halbringe 25.1 und 25.2 geöffnet werden können. Nach Herausnahme des Querbolzens 30 können auch die Bogenfedern 28.1 und 28.2 aus den Halterungen 15.1 und 15.2 gezogen werden.
Nach Lösen der Schraubenbolzen 13 wird auch der Ring 14 freigegeben, so dass der Hülsenabschnitt 21 von dem Wellenzapfen 3 abgenommen werden kann. Hierdurch werden die Dichtungspakete 23 und 20 freigegeben.
Der Zusammenbau geschieht auf umgedrehtem Wege.

Claims

1. Vorrichtung zum schwimmenden Lagern eines Dichtgehäuses (17) um eine drehende, auslenkende Welle (1) und gegenüber einem statischen Teil (5), dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtgehäuse (17) sowohl radial ausweichbar als auch wenigstens in geringem Umfang um eine Wellenachse (2) drehbar mit dem statischen Teil (5) verbunden ist.

2. Vorrichtung zum schwimmenden Lagern eines Dichtgehäuses (17) um eine drehende, auslenkende Welle (1) und gegenüber einem statischen Teil (5), dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtgehäuse (17) entlang der Welle (1) zumindest in geringem Umfang axial bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am statischen Teil (5) eine Halterung (15.1, 15.2) für eine Bogenfeder (28.1, 28.2) vorgesehen ist, welche teilweise das Dichtgehäuse (17) beabstandet umspannt und andererseits an dem Dichtgehäuse (17) gehalten ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenfeder (28.1, 28.2) ein unter Vorspannung stehender Rundstab ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenfeder (28.1, 28.2) in der Halterung (15.1, 15.2) am statischen Teil (5) durch einen Querbolzen (30) festgelegt ist, der in einer Mulde (32) der Bogenfeder (28.1, 28.2) sitzt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenfeder (28.1, 28.2) in einen Lagerblock (27.1, 27.2) an dem Dichtgehäuse (17) eingreift und dort durch einen in einer Mulde (31) der Bogenfeder (28.1, 28.2) sitzenden Querbolzen (29) gehalten ist.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Dichtgehäuse (17) zugeordneter Aussenflansch (16) zwischen einen Stirnflansch (12) am statischen Teil (5) und einen mit dem Stirnflansch (12) beabstandet verbundenen Ring (14) eingreift.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aussenflansch (16) gegen Federn (18) in dem Ring (14) abstützt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aussenflansch (16) über Dichtungsringe (20) gegen den Stirnflansch (12) abstützt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (15.1, 15.2) für die Bogenfeder (28.1, 28.2) gegenüber den Federn (18) am Ring (14) festliegt.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerblock (27.1, 27.2) für die Bogenfeder (28.1, 28.2) einem Halbring (25.1, 25.2) aufsitzt, der beabstandet von dem Ring (14) die Halterung (15.1, 15.2) untergreift.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Halbringe (25.1, 25.2) mit jeweils einem Lagerblock (27.1, 27.2) und zwei Bogenfedern (28.1, 28.2) vorgesehen sind, welche im Bereich der Lagerblöcke (27.1, 27.2) miteinander verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbringe (25.1, 25.2) in einer Ringnut (24) einer Primärstopfbüchse (21) des Dichtgehäuses (17) sitzen, von dem auch der Aussenflansch (16) aufragt und zwischen Ring (14) und Stirnflansch (12) eingreift.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Primärstopfbüchse (21) über Dichtungspakete (23) gegen eine Verschleisshülse (22) abstützt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Halbringen (25.1, 25.2) bzw. mit der Primärstopfbüchse (21) weitere Dichtgehäuse (35, 36, 37) über Zuganker (33, 34) verbunden sind, die sich gegebenenfalls über weitere Dichtungspakete (38) gegen die Verschleisshülse (22) abstützen.