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Abdichtung von Rührwerkswellen in Druck- oder Unterdruckgefäßen Geschlossene
Reaktionsbehälter mit Rührwerk besitzen üblicherweise Abdichtungen, welche den Raum
zwischen Gefäßwandung oder Gefäßaufsatz und Rührwelle verschließen. Bei Behältem
für Druck-oder Vakuumarbeiten ergeben sich hohe Anforderungen an die Elemente des
Rührwerksverschlusses, was die Entwicklung komplizierter Anordnungen mit teilweise
erheblichem Verschleiß und beträchtlichen Wartungskosten nach sich zog. Besondere
Schwierigkeiten treten bei Apparaturen auf, die der Umsetzung aggressiver chemischer
Reaktionspartner oder Arbeitsweisen mit Lösungsmitteln dienen, welche die Dichtungsmaterialien
zersetzen oder lösen können. Werden chemische Verfahren bei Siedetemperatur des
Lösungsmittels durchgeführt, so ergibt sich neben der chemischen und physikalischen
Belastung des Rührwerksverschlusses als weiterer Nachteil, daß die Dämpfe des Lösungsmittels
die zwischen Welle und Wellenführung befindlichen Schmiermittel herauswaschen. Als
Folge hiervon können trockenlaufende Wellen festfressen oder brechen und automatische
Rührwerksmotoren wegen überlastung durchschmoren. Außerdem führt das herausgewaschene
Schmiermittel leicht zu Verunreinigung des Reaktionsgutes, bei empfindlichen Substanzen
unter Umständen sogar zu Störungen des Reaktionsablaufes.
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Es ist bereits bekannt, Reaktionsbehälter mit Kunststoffdichtungen
zu versehen. Auch wurden Produkte der Kunststoffehemie bereits als Lagermaterial
für umlaufende Wellen benutzt. Um derartige Kunststofflager jedoch für Druck- oder
Vakuumreaktionen genügend abzudichten und sie längere Zeit funktionsfähig zu erhalten,
ist die Verwendung von Stopfbuchsen oder ähnlichen Anordnungen erforderlich, damit
durch seitliche Verformung unter Druck eine Abdichtung gegen Wandung und Rührwelle
erzielt wird.
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Es ist auch nach Bernhauer, »Einführung in die organische chemische
Laboratoriumstechnik«, 1944, S. 43, bekannt, daß man die Abdichtung von Rührwerken
an Vakuumgefäßen durch ein auf der Rührwelle befestigtes Auflager aus Gummi durchführt,
das auf einem Führungsrohr aufliegt.
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Gegenüber dieser bekannten Anordnung hat die erfindungsgemäße Abdichtung
von Rührwerkswellen den Vorteil, daß während der üblichen Laufzeiten keine besondere
Wartung erforderlich ist und gute Notlaufeigenschaften vorhanden sind. Bei der Anordnung
nach B e r n h a u e r ist dagegen eine dauernde Wartung und Schmierung erforderlich,
das Auflager läuft sehr leicht heiß, und der Rührer kann steckenbleiben. Es wurde
nun gefunden, daß die Abdichtung umlaufender Wellen in Rührwerksverschlüssen für
Arbeitsweisen bei Über- oder Unterdruck, welche (vgl. Fig. 1 und
11) zwischen Wandung A und WelleB eine Tührung C aus chemisch
und physikalisch weitgehend indifferentem, insbesondere abriebfestem Material mit
geringem Reibungskoeffizienten, vorzugsweise aus polymeren Fluorkohlenwasserstoffen,
besitzen, auf einfache und technisch vorteilhafte Weise möglich ist, wenn die FührungC
nur an die Wanduno,A -asundurchlässig angebracht wird, während die Abdichtung, gegen
die umlaufende WelleB durch einen auf der Seite höheren Druckes die Welle lose umgebenden
RingD aus chemisch und physikalisch weitgehend indifferentem, insbesondere abriebfestem
Material mit geringem Reibungskoeffizienten, vorzugsweise aus polymeren Fluorkohlenwasserstoffen
erzielt wird, wobei die Dichtung D durch ein mit der Welle B gasundurchlässig
verbundenes Gegenlager E an die Oberfläche der Führung C angedrückt
wird. Besonders geeignete Materialien für die Führung C und Dichtung
D sind polymere. Fluorkohlenwasserstoffe, welche unter dem Namen TEFLON bekanntgeworden
sind. Dieselben besitzen hohe chemische und physikalische Resistenz, äußerst geringen
Reibungskoeffizienten und hohe Abriebfestigkeit. Man kann auch Teflonmaterial mit
einem Zusatz von Molybdändisulfid verwenden.
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Da die Welle B bei Anlegen von Über- oder Unterdruck in Richtung der
Seite mit niedrigerem Druck gezogen wird, sorgt das mit der Welle verbundene Gegenlager
E für ein festes Anliegen der DichtungD an der Führung C, wodurch
überraschenderweise
eine zuverlässige Abdichtung des Reaktionsraumes
erzielt werden kann, ohne den Umlauf der WelleB infolge der auftretenden Reibung
merklich zu erschweren.
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Gegenüber den Herstellungsmethoden für bisher bekannte Apparaturen
des gleichen Anwendungsbereiches ergeben sich beträchtliche Vereinfachungen und
Einsparungen durch den Umstand, daß die FührungC des erfiridungsgemäßen Rührwerksverschlusses
nur gegen die WandungA gasundurchlässig angebracht zu werden braucht, während die
Oberfläche in Richtung der WelleB nicht die gleiche Paßform erfordert. An Stelle
der bisher üblichen direkten Ab-
dichtung zwischen Führung und Welle, wird
nämlich der Verschluß nach der Erfindung über die Dichtung D und das mit
der Welle B verbundene Gegenlager E erzielt, wobei auch die Dichtung
D die Welle B nur lose zu umgeben braucht. Der abdichtende Effekt beruht
auf der Tatsache, daß die durch das Gegenlager E unter Druck stehende Dichtung
D
gegen die Oberfläche der Führung C dergestalt angedrückt wird, daß
zwischen diesen drei Elementen des Aggregats eine überraschend gute Abdichtung erzielt
wircL Der erfindungsigemäße Rührwerksverschluß gewährleistet selbst dann eine einwandfreie
Arbeitsweise bei über- oder Unterdruck, wenn die Führung C
und die Dichtung
D nicht in der Fertigung durch Oberflächenbehandlungen einander angepaßt
werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Inbetriebnahme des Rührwerksverschlusses
sich schon nach kurzer Zeit diese Elemente derart aufeinander einschleifen, daß
eine Präzisionsbehandlung in der Fertigung überflüssig ist.
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Der erfindungsgemäße Rührwerksverschluß ermöglicht mit einfachen Mitteln,
in Vakuumgefäßen einen Unterdruck bis zu 1/io oder '/ioo mm zu halten. Eine Schmierung
von Führung C oder Dichtung D ist wegen des geringen Reibungskoeffizienten
und des praktisch nicht vorhandenen Abriebs kaum erforderlich. Für Umsetzungen bei
höherem Druck, höheren Temperaturen oder hoher Tourenzahl der umlaufenden Welle
empfiehlt sich eine Schmierung des Rührwerksverschlusses. Dieselbe kann beispielsweise
dadurch erfolgen, daß man in eine Aussparung des Gegenlagers E Graphit bzw.
Molybdändisulfid in Pulver- oder Pastenform oder auch Siliconöl einbringt.
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Arbeitet man bei geringem über- oder Unterdruck, so kann es zweckmäßig
sein, die Abdichtung zwischen Führung C, Dichtung D und Gegenlager
E
dadurch zu verbessern, daß auf das Gegenlager in Richtung der Führung
C ein leichter zusätzlicher Druck ausgeübt wird, beispielsweise durch Anbringung
einer Spiralfeder, welche auf das Gegenlager oder das Wellenende wirkt.
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Für Apparaturen, welche wahlweise für Druck-oder Vakuumreaktionen
bestimmt sind, läßt sich die Abdichtung durch Anordnung von Dichtungen D und Gegenlagern
E beiderseits der Führung C auf vorteilhafte Weise erzielen.
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Als Material für die Wandung A kommen Stoffe wie Glas, Porzellan,
Keramik oder Metalle, insbesondere rostfreier Stahl, in Frage. Bei kleinen Apparaturen
kann unter Umständen die ganze Rühraufsatzwandung A einschließlich der Führung
C in einem Stück aus polymerein Halogenkohlenwasserstoff gearbeitet sein,
wobei gegebenenfalls auswechselbare Lagerschalen Verwendung finden. Die Führung
C kann aus einem Stück bestehen. Es ist aber auch möglich, mehrere Führungen
mit räumlichem Abstand voneinander anzubringen, um eine bessere Lagerung der Welle
zu erreichen.
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Es ist zweckmäßig, die Führung bzw. Führungen C
auf der Innen-
und Außenseite mit konzentrischen Rillen zu versehen, welche ein besseres Einpassen
ermöglichen. Dies ist besonders wichtig für die Ab-
dichtung gegen die Wandung
A; während eine gute Paßforin gegen die Welle B vernachlässigt werden kann,
da sie für das Prinzip der Abdichtung bei dem erfindungsgemäßen Rührwerksverschluß
unwesentlich ist.
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Es empfiehlt sich, der Führung C an ihrem der Seite höheren
Drucks zugewandten Ende einen verbreiterten Rand zu geben, welcher ein Aufliegen
auf der Wandung,4 ermöglicht.
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Die ringförmige Dichtung D besitzt zweckmäßigerweise einen
Durchmesser, welcher mit demjenigen der Führung C etwa übereinstimmt.
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Das mit der Welle verbundene Gegenlager E kann gleichfalls
ringförmige Gestalt besitzen und mit der Welle B starr verbunden oder auch abnehmbar
gestaltet sein. Die Verbindung zwischen Gegenlager und Welle muß gasundurchlässig
ausgebildet sein. In einfachen Fällen, z. B. bei Laboratoriumsapparaturen, genügt
es, wenn die Glaswelle an geeigneter Stelle eine walstförmige Verdichtung besitzt.
Eine Ausführungsform, bei welcher das GegenlagerE aus einem über die Welle B gezogenen
Schlauchstück oder einem entsprechenden Kunststoffring besteht, hat sich besonders
bewährt. Für größere Maßstäbe kommen in erster Linie Metallringe in Frage, welche
mit der Welle verschraubt werden können.
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Der erfmdungsgemäße Rührwerksverschluß vermeidet die eingangs geschilderten
Nachteile bekannter Anordnungen in überraschend vielfältiger Weise. Eine Schmierung
oder Wartung der Verschlußteile ist kaum erforderlich. Die Elemente des Rührwerksverschlusses
besitzen eine außerordentlich hohe Lebensdauer und gestatten lange Laufzeiten ohne
überwachung und Wartung der Apparatur. Die Belastung des Rührwerksmaterials infolge
Reibung ist sehr gering. Der Verschluß arbeitet völlig geräuschlos. Die Fertigungskosten
liegen erheblich unter denjenigen, welche für bekarmte Rührwerksverschlüsse mit
entsprechenden Anwendungsbereichen veranschlagt werden müssen.