DE19515094A1 - Wellenabdichtung einer Pumpe für gefährliche und/oder aggressive Fördermedien, insbesondere Notfallabdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenabdichtung, insbesondere Notfallabdichtung, an einer Pumpe für gefährliche und/oder aggressive Fördermedien, mit einer Sperrmittel-Stopfbuchse und einem in deren Packungsraum zwischen Packungsringen angeordneten Sperring, der über einen Sperrmittelanschluß mit einer Fördervorrichtung für Sperrmittel in Verbindung steht, wobei der Pumpe Überwachungs- und Schaltmittel zugeordnet sind, die im Falle einer Undichtigkeit die Fördervorrichtung für Sperrmittel in Tätigkeit setzen und Sperrmittel unter Druck in die Sperrmittel-Stopfbuchse pressen und diese dichtsetzen.

Wellenabdichtungen der genannten Art sind grundsätzlich bekannt und werden insbesondere bei Pumpen zur Förderung von Medien verwendet, die einer besonderen Gefahrenklasse zuordenbar sind, beispielsweise flüssige Giftstoffe, radioaktive, brennbare und/oder explosionsgefährliche Medien bzw. niedrig siedende Flüssigkeiten wie Kohlenwasserstoffe oder verflüssigte Gase wie Chlor oder Ammoniak.

Alle diese und ähnliche Fördermedien erfordern, daß innerhalb eines Fördersystems nicht die geringste Leckage auftreten darf. Chemie- und/oder radioaktive Unfälle haben die Öffentlichkeit derart sensibilisiert, daß immer höhere Sicherheitsanforderungen an Pumpen für gefährliche Fördermedien gestellt werden.

Es ist beispielsweise bekannt, Chemiepumpen mit Sperrwasser-Stopfbuchsen auszubilden, welche den Austritt von Fördermedien im Betrieb verhindern sollen. Hierdurch wird jedoch vielfach keine absolut befriedigende Abdichtung der Pumpenwelle erreicht. Darüber hinaus ist eine Mischung von Fördermedium mit Sperrwasser unerwünscht und zumeist unzulässig. Wenn eine hermetische Wellenabdichtung gefordert wird, beispielsweise in der Atomtechnik, werden Pumpen eingesetzt, deren hydraulischer Teil von einem außerhalb des Fördergutes liegenden Motor berührungsfrei über magnetische Felder durch eine dicht abschließende unmagnetische Membran bzw. einen Spalttopf angetrieben wird. Aber auch bei diesen Magnetkupplungspumpen sind Störfälle mit Austritt von Fördermedium infolge Versagens der Membran oder des Spalttopfes nicht mit letzter Sicherheit auszuschließen.

Weiterhin sind Pumpen bekannt, bei welchen das Laufrad nur im Betriebszustand wirksame Mittel für eine hydrodynamische Entlastung der Wellenabdichtung aufweist. Bei Stillstand muß dann die Packung der Stopfbuchse nach Art einer Stillstandsabdichtung durch zusätzliche Vorrichtungen oder Mittel gegenüber dem Betriebszustand stärker komprimiert und damit dichtgesetzt werden.

Aus der DE 94 07 390.2 U1 ist eine gattungsgemäße Wellenabdichtung einer Pumpe bekannt, bei welcher das Sperrmittel ein medien- und temperaturbeständiges Substrat ist, wobei der Wellenabdichtung Überwachungs- und Schaltmittel zugeordnet sind, die beim Stillsetzen der Pumpe und/oder im Falle einer Undichtigkeit eine Fördervorrichtung für Sperrmittel in Tätigkeit setzen und Sperrmittel unter Druck in die Stopfbuchse einpressen und diese hermetisch dichtsetzen.

Zwar kann diese Art der Wellenabdichtung in vielen Anwendungsfällen befriedigende Ergebnisse erzielen. Jedoch können sich in der Praxis Betriebsbedingungen innerhalb der höchsten Sicherheitsstufen ergeben, die mit den bisher bekannten Mitteln und Konstruktionen nicht oder nur unzureichend beherrscht werden. Dies betrifft beispielsweise die Förderung extrem gefährlicher, hochgiftiger oder radioaktiver oder gegenüber dem verwendeten Sperrmittel aggressive Eigenschaften aufweisende Medien, insbesondere bei extremen Betriebsparametern wie erhöhter Temperatur und/oder hohem Druck, welche besondere Anforderungen an eine Notfallabdichtung einer Welle stellen. In besonderen Fällen muß hierbei der Zeitfaktor zwischen Auftreten eines Störfalles bis zum Abschluß der Welle besonders berücksichtigt werden, etwa vergleichbar der Entfaltung eines Airbags unmittelbar nach dem Aufprall eines Fahrzeugs auf ein Hindernis.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Wellenabdichtung einer Pumpe soweit zu verbessern und zu vervollkommenen, daß diese für höchste sicherheitstechnische Ansprüche und insbesondere als Notfallabdichtung zur Verfügung steht und ein Austreten von Fördermedium sicher verhindert und im Störfall bevorzugt auch eine automatische Störmeldung ausgelöst wird, durch welche das Fördersystem stillgesetzt wird.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einer Wellenabdichtung der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art, wobei die Stopfbuchse als Sperrmittel-Stopfbuchse mit einem im Packungsraum zwischen Packungsringen angeordneten Sperring ausgebildet und der Sperring über einen Sperrmittelanschluß mit einer Fördervorrichtung für ein Sperrmittel verbunden ist erfindungsgemäß dadurch, daß das Sperrmittel ein medien- und temperaturbeständiges Substrat ist, und daß der Pumpe Überwachungs- und Schaltmittel zugeordnet sind, die bei Austreten von Fördermedium aus dem Pumpenraum und/oder beim Stillsetzen der Pumpe die Fördervorrichtung für Sperrmittel in Tätigkeit setzen und Sperrmittel unter Druck in die Sperrmittel-Stopfbuchse einpressen und diese hermetisch dichtsetzen.

Mit Vorteil verhindert das in die Sperrmittel-Stopfbuchse eingepreßte Sperrmittel eine Leckage des Fördermediums sowohl im Falle eines Pumpenschadens als auch beim Stillsetzen einer mit hydrodynamischen Entlastungsmitteln ausgestatteten Chemiepumpe, vorzugsweise bei abgeschalteter und stillgesetzter Pumpe.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Schaltmittel so ausgebildet sind, daß sie zugleich mit der Aktivierung der Sperrmittel-Fördervorrichtung im Falle eines Pumpenschadens Alarm auslösen und die Pumpe stillsetzen. Durch diese unkomplizierte Maßnahme wird die Sicherheit gegenüber Betriebsunfällen bei Undichtigkeit oder Schaden an der Pumpe weiter erhöht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Wellenabdichtung einen auf Fördermedium ansprechenden Sensor auf, der bei Ansprechen über Schaltmittel und eine Kommandoleitung den Antrieb der Sperrmittel-Fördervorrichtung in Gang setzt und den Druck des Sperrmittels in der Sperrmittel-Stopfbuchse erhöht.

Diese Vorrichtung zur Aktivierung der Wellenabdichtung ist unkompliziert, mit üblichen Mitteln für Sensor und Schalteinrichtung durchführbar und hat bei entsprechender Ausbildung und Anordnung den Vorteil, daß schon bei ersten Anzeichen einer Undichtigkeit der Wellenabdichtung durch unmittelbar folgenden Druckanstieg von Sperrmittel im Packungsraum der Stopfbuchse praktisch verzögerungslos eine hermetische Abdichtung erfolgt, wobei die Sperrmittel-Stopfbuchse mit Sperrmittel unter Druck versorgt, die Pumpe abgeschaltet, Alarm ausgelöst und damit insgesamt ein Optimum an zusätzlicher Sicherheit erreicht wird.

Erfindungswesentlich ist das Sperrmittel ein medien- und temperaturbeständiges, mit einer Druckpumpe förderbares, zähflüssiges Substrat. Beispielsweise kann das Sperrmittel ein Polymer oder Copolymer auf Basis von PTFE und damit ein Kunststoff sein. Derartige Kunststoffe lassen sich in einer solchen Vielfalt ihrer stofflichen Komponenten herstellen, daß damit Substrate geschaffen werden, die jeweils für ein bestimmtes Fördermedium unlösbar, somit resistent und erforderlichenfalls temperaturbeständig bis beispielsweise 250°C sind.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Sperrmittel ein Polymer oder Copolymer auf Basis von Silicon oder Silicon-Derivaten ist. Fallweise kann das Sperrmittel auch ein thixotropes Material, vorzugsweise auf Keramikbasis sein. Hierfür eignet sich beispielsweise Kaolinteig, der einerseits gute Dämmungseigenschaften aufweist, andererseits gegenüber vielen Fördermedien inert ist.

Dazu ist weiter vorgesehen, daß die Sperrmittel- Fördervorrichtung eine mit einem Druckmedium beaufschlagbare und an eine Druckmediumquelle anschließbare Differentialkolbenpumpe und die Druckmediumquelle bevorzugt eine Druckluftquelle ist. Zum Antrieb der Pumpe eignen sich weiterhin auch motorische bzw. elektromotorische Antriebe, Letztere insbesondere für thixotrope Materialien.

Vorteilhaft ist in der Leitung zwischen Fördervorrichtung und Druckmediumquelle ein Druckminderer und stromabwärts von diesem ein 3/2-Wegeventil angeordnet.

Die Erfindung sieht weiter vor, daß in einer Sperrmittel Leitung zwischen Fördervorrichtung und Sperrmittelanschluß ein Druckschalter und stromabwärts von diesem ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist.

Zur Erzielung einer höheren Sicherheitsstufe durch Einbau der erfindungsgemäßen Wellenabdichtung eignen sich in der Praxis unterschiedliche Pumpentypen, insbesondere Chemiepumpen. Es kann sich dabei ebenso um Pumpen mit konventionellen Stopfbuchsabdichtungen der Pumpenwelle handeln, wie um Pumpen mit hydrodynamischen Entlastungsmitteln oder um Magnetkupplungspumpen. In jedem Falle wird mit der zusätzlichen Anordnung der Wellenabdichtung nach der Erfindung die Eignung der Pumpe für ein größeres Anwendungsspektrum verschiedenster Fördermedien unter Einsatz vergleichsweise preisgünstiger Mittel erheblich erweitert und dem entsprechenden Sicherheitsbedürfnis Rechnung getragen.

Eine andere Ausgestaltung der Wellenabdichtung sieht mit der Erfindung vor, daß die Fördervorrichtung einen mit einer pastösen Dichtungsmasse füllbaren Membranspeicher und einen zum Antrieb damit zusammenwirkbaren Druckgasgenerator mit einer Anzündpille und mit Schaltmitteln zum Anlegen einer Spannungsquelle zusammenwirkbare Auslösemittel zum Zünden der Anzündpille aufweist. Dabei kann der Membranspeicher einen Gasraum und einen von diesem durch eine Membran getrennten Sperrmittelraum aufweisen, wobei zweckmäßig der Druckgasgenerator über eine Druckausgleichkammer mit dem Gasraum des Speichers in Verbindung steht.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen sind entsprechend den Unteransprüchen vorgesehen.

Die Erfindung wird in Figuren in Ausführungsbeispielen gezeigt, wobei aus den Figuren weitere wesentliche Einzelheiten erkennbar sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Stammbaum einer ersten Ausführungsform der Wellenabdichtung,

Fig. 2 die Wellenabdichtung gem. Fig. 1 an einer Magnetkupplungspumpe.

Fig. 3 im Schnitt eine Magnetkupplungspumpe mit Elementen einer zweiten Ausführungsform der Notfallabdichtung,

Fig. 4 eine andere Ausführung der Notfallabdichtung gem. Fig. 3,

Fig. 5 im Schnitt einen Membranspeicher für Sperrmittel mit angebautem Druckgasgenerator,

Fig. 6 ein Schaltschema für die Überwachung der Pumpe und Betätigung der Notfallabdichtung, gemäß Fig. 3.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Wellenabdichtung bei einer Chemiepumpe (2). Aus der Detaildarstellung der Stopfbuchsenanordnung (30) ist ersichtlich, daß in den ursprünglich mit fünf Packungsringen (32) versehenen Packungsraum (31) anstelle zweier Packungsringe ein Sperring (33), beispielsweise aus Si-Guß, eingebaut ist. Die verbleibenden Packungsringe (32) behalten ihre Funktion auch weiterhin bei. In dem die Stopfbuchsanordnung (30) aufnehmenden Gehäuseteil (17) ist ein Sperrmittelanschluß (34) angeordnet, in welchen die Sperrmittel- Förderleitung (40) einmündet. Diese Sperrmittel- Förderleitung (40) ist an eine Sperrmittelfördervorrichtung (35) angeschlossen. Bei Ansprechen des Sensors (43) löst dieser einen Schaltimpuls aus, der über die Kommandoleitung (44) an das 3/2-Wegeventil (39) übertragen wird und dort die Durchgangsstellung (A → P) schaltet, woraufhin die Sperrmittelpumpe (35) in Tätigkeit gesetzt wird und Sperrmittel mit vorgegebenem Druck durch die Sperrmittel- Förderleitung (40) und den Sperrmittelanschluß (34) in die Sperrmittel-Stopfbuchse (30) preßt. In der Sperrmittel- Förderleitung (40) ist ein Druckschalter (41) zum Überwachen des Sperrmitteldrucks sowie ein Druckbegrenzungsventil (42) eingebaut. Letzteres hat die Aufgabe, die beim Anfahren der Vorrichtung durch Reibung entstehende Druckerhöhung zu entlasten, um so die Leistungsaufnahme der Druckmittel- Förderpumpe (35) zu begrenzen. Diese ist bevorzugt als pneumatisch betätigbare Differentialkolbenpumpe ausgebildet und wird über das 3/2-Wegeventil (39) gesteuert. Dieses ist über einen Druckminderer (38) und die Druckmittelleitung (37) mit der Druckmittelquelle (36) verbunden. Bei dieser handelt es sich bevorzugt um eine Druckluftquelle. Beim vorbeschriebenen Ansprechen der Schalt- und Signalorgane (43, 44, 39) wird Sperrmittel über den in die Stopfbuchse (30) eingebauten Sperring (33) in den Packungsraum (31) der Stopfbuchse (30) gepreßt. Für die Differentialkolbenpumpe (35) ergibt sich ein von ihr erzeugter Druck in annähernd linearer Abhängigkeit vom Druck der Druckluftquelle (36). Damit wird erreicht, daß bei konstant eingestelltem Wert der Druckluft ein damit erzeugter Druck des Sperrmittels durch die Differentialkolbenpumpe (35) nicht überschritten wird. Wird die Sperrmittelpumpe (35) mit Druckluft beaufschlagt, bewegt sich der Differentialkolben solange, bis der erzeugte Druck des Sperrmittels den druckproportionalen Wert erreicht hat und sich ein Gleichgewicht der Kräfte zwischen Druckluft und Sperrmittel einstellt. Bleibt der Druck in der Sperrmittelleitung (40) konstant, verharrt der Kolben der Differentialkolbenpumpe (35) in seiner Position. Nimmt er ab, wird der Kolben nachgeschoben, bis das Gleichgewicht wieder hergestellt ist. Wenn dabei der Kolben in seine Endstellung gelangt, ohne daß der Druck des Sperrmittels den entsprechenden Wert erreicht hat, wird der Kolben in seine Ausgangsstellung zurückgefahren und ein neuer Hub eingeleitet. Hierfür wird die Pumpe (35) zunächst entspannt und der Kolben durch Federkraft zurückgeschoben und dabei der Druckraum mit Sperrmittel nachgefüllt. Bei erneuter Beaufschlagung mit Druckluft beginnt ein neuer Hub. Die Beaufschlagung oder Entspannung der Pumpe (35) erfolgt über das 3/2-Wege-Magnetventil (39) der Bauform "stromlos offen", d. h., daß in Ruhestellung der Arbeitsraum der Sperrmittelpumpe (35) mit Druck beaufschlagt ist (A → P). Diese Bauform im Zusammenwirken mit der vorgesehenen Betriebsschaltung ermöglicht, daß bei Stromausfall immer ein Hub in den Packungsraum (31) gepreßt wird.

Die vorgesehene Steuerung überwacht und steuert folgende Zustände:

• I PUMPE (2) IN BETRIEB (Normalbetrieb, kein Schadensfall)
• a) Sensor (43) wirkungslos
• b) 3/2 Wegeventil erregt (Stellung A → R)
• c) Sperrmittelpumpe (35) entlastet, Kolben in Ausgangsstellung
• d) Druckschalter (41) wirkungslos
• II Schadensfall (Übertritt von Fördermedium)
• e) Sensor (43) spricht an, gibt Startsignal über Kommandoleitung (44) an 3/2-Wegeventil (39)
• f) 3/2-Wegeventil (39) ist unerregt (A → P), Sperrmittel wird in Stopfbuchse (30) gepreßt.
  Nach t₁ = 5 bis 6 Sek. wird 3/2 Wegeventil (39) erregt.
  (Stellung A → R) und gleichzeitig Drucküberwachung durch Druckschalter (41) aktiviert:
• II,1 eingestellter Druck erreicht
• - 3/2-Wegeventil (39) weiter erregt, Sperrmittelpumpe (35) in Ausgangsstellung.
• - Druckschalter (41) aktiv
• II,2 eingestellter Druck nicht erreicht
• g) Nach t₂ = 3 Sek. wird 3/2-Wegeventil (39) stromlos (Stellung A → P), Sperrmittelpumpe (35) beaufschlagt pumpt nach
• h) Vorgang wird ab f) wiederholt bis eingestellter Druck erreicht ist.
  Kommt es aus unvorhergesehenen Gründen zu keinem Druckaufbau steht über ein einstellbares Zeitglied (z. B. nach 50 Sek.) eine gesonderte Störmeldung potentialfrei zu Verfügung.

Zur Überwachung des Füllstands der Pumpe (35) ist diese mit LED für Leer- und Voltanzeige, sowie mit einem Kontakt für Leermeldung versehen.

Bei Bedarf kann dieser Kontakt (max. Spannung 42 V AC) für Warnmeldung an die Schaltwarte benutzt werden.

Mit der Wellenabdichtung wird die Pumpe (2) im Betrieb vom Sensor (43) überwacht. Dieser reagiert auf austretendes Fördermedium und/oder Druckanstieg. Hierfür sind dem Fachmann geeignete Sensoren bekannt und können je nach Ansprechart oder Fördermedium gewählt werden. Im Normalbetriebsfall bleibt der Sensor (43) unerregt, wobei durch die Sperrmittelpumpe (35) ein geringer Sperrmitteldruck im Packungsraum (31) der Stopfbuchse (30) aufrechterhalten und wenn nötig nachgeregelt wird. Bei Eintritt eines Schadenfalles reagiert der Sensor (43) und veranlaßt einen Schaltimpuls durch das 3/2-Wegeventil (39), der gemäß vorbeschriebener Steuerung im Falle II über das dann stromlose 3/2-Wegeventil (39) die Sperrmittelpumpe (35) mit Druckluft aus der Quelle (36) über die Leitung (37) und den Druckminderer (38) mit vorgegebenem Druck beaufschlagt und damit Sperrmittel nach Maßgabe eines vorgegebenen SOLL-Druckes in die Stopfbuchse (30) preßt und diese als Sperrmittelschloß gegen Durchtritt von Fördermedium hermetisch abdichtet.

Fig. 2 zeigt die Wellenabdichtung an einer Magnetkupplungspumpe. Diese weist einen äußeren Antriebsteil mit an einer Welle (16) angeordnetem Magnetträger (11) auf. Zwischen diesem und einer mit einem Innenmagnetträger (12) verbundenen Pumpenwelle (13) ist ein den Pumpenraum (14) hermetisch gegenüber dem äußeren Antriebsteil (11) abkapselnder Spalttopf (1) aus antimagnetischem Werkstoff angeordnet. Das Lager (19) der Welle (16) befindet sich in der Laterne (17) eines Gehäuseaufsatzes (18) und ist üblicherweise mit einer Stopfbuchse (30) mit Packungsringen (32) in einem Packungsraum (31) ausgebildet. Die Laterne (17) weist einen Sperrmittel-Anschluß (34) und der Packungsraum (31) einen Sperring (33) zwischen den Packungsringen (32) auf.

Solange nun die hermetisch dichte Verbindung zwischen dem Deckel (20) des Pumpenraumes (14) und Spalttopf (1) dem Druck des Fördermediums standhält und der Spalttopf (1) unverletzt bleibt, kann unter üblichen Betriebsbedingungen kein Übertritt von Fördermedium aus dem Pumpenraum (14) in den Außenmagnetträger (11) und in den die Welle (16) aufnehmenden Innenraum (10) erfolgen. Sollte dies aber doch einmal beispielsweise infolge einer Materialermüdung der Fall sein, wird durch den Sensor (43) bei dessen sensibler Einstellung beispielsweise ein unzulässiger Druckanstieg im Gehäuseraum (10) über eine vorgegebene Druckschwelle erkannt und ein Schaltimpuls ausgelöst, der die vorbeschriebene Wellenabdichtung aktiviert und die Sperrmittel-Stopfbuchse (30) mit Sperrmittel unter Druck setzt und hermetisch gegen das Fördermedium abdichtet. In diesem Falle arbeitet die Wellenabdichtung in der Funktion einer Katastrophensicherung.

Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wellenabdichtung an einer Chemiepumpe (102). Aus der Darstellung der Stopfbuchsenanordnung (130) ist ersichtlich, daß in den ursprünglich mit fünf Packungsringen (132) versehenen Packungsraum (131) anstelle zweier Packungsringe ein Sperring (133), beispielsweise aus Guß, eingebaut ist. Die verbleibenden Packungsringe (132) behalten ihre Funktion auch weiterhin bei. In dem die Stopfbuchsenanordnung (130) aufnehmenden Gehäuseteil (117) ist ein Sperrmittelanschluß (134) angeordnet, in welchen die Sperrmittel-Förderleitung (140) einmündet. Diese Sperrmittel-Förderleitung (140) ist an eine Sperrmittel-Fördervorrichtung (135) angeschlossen.

Es handelt sich bei der Sperrmittel-Fördervorrichtung (135) um einen Druckgasgenerator (152, Fig. 5) mit Membranspeicher (151, Fig. 5) zur Förderung eines Sperrmediums (150, Fig. 5) von zäh-pastöser Konsistenz. Im Gehäuseraum (110) befindet sich ein Sensor bzw. Gasfühler (143), welcher auf austretendes Fördermittel feinfühlig anspricht. Bei Erregung des Sensors (143) löst dieser einen Schaltimpuls aus, der über eine Kommandoleitung (144) einen Schaltkreis aktiviert, welcher mit Hilfe eines Auslöse-Zündkontaktes (174, Fig. 6) den Gasgenerator (135) in Tätigkeit setzt, woraufhin spontan unter hohem Druckaufbau im Membranspeicher (151) Dichtungsmasse (150) als Sperrmedium in die Stopfbuchsenanordnung (131) zwischen die Packungsringe (132) eingepreßt und damit der Packungsraum (131) über den Sperring (133) hermetisch dichtgesetzt wird.

Im übrigen ist die dargestellte Magnetkupplungspumpe (102, 102′) von bekannter Bauart. Wie Fig. 3 zeigt, weist sie einen äußeren Antriebsteil mit an einer Welle (116) angeordnetem Magnetträger (111) auf. Zwischen diesem und einer mit einem Innenmagnetträger (112) verbundenen Pumpenwelle (113) ist ein den Pumpenraum (114) hermetisch gegenüber dem äußeren Antriebsteil (111) abkapselnder Spalttopf (101) aus antimagnetischem Werkstoff angeordnet. Das Lager (119) der Welle (116) befindet sich in einem als Laterne (117) ausgebildeten Gehäuseaufsatz (118) und ist mit der Stopfbuchse (130) abgedichtet.

Solange die hermetisch-dichte Verbindung zwischen dem Deckel (120) des Pumpenraumes (114) und Spalttopf (101) dem Druck des Fördermediums standhält und der Spalttopf (101) unverletzt bleibt, kann unter normalen Betriebsbedingungen kein Übertritt von Fördermedium aus dem Pumpenraum (114) in den Außenmagnetträger (111) sowie in den die Welle (116) aufnehmenden Gehäuse-Innenraum (110) erfolgen. Sollte aber infolge Materialermüdung ein Störfall mit Undichtigkeit auftreten, wird durch den Sensor (143) bei der in Fig. 3 dargestellten Pumpe (102) bzw. durch den Sensor (149) bei der in Fig. 4 dargestellten Pumpe (102′) bei dessen höchst sensibler Einstellung die Störung erkannt und ein Schaltimpuls ausgelöst, der die Wellenabdichtung aktiviert und die Sperrmittel-Stopfbuchse (130) mit Sperrmittel (150) unter hohem Druck abdichtet und hermetisch vom Fördermedium trennt. Die Wellenabdichtung erfüllt dabei die Funktion einer Notfall- bzw. Katastrophensicherung.

Fig. 4 zeigt eine gleichartige Pumpe (102′) mit einer anderen Ausführung eines Sensors (149) als Drucksensor, der am Ende eines U-Rohres (146) an diesem angeschlossen und mit Schaltmitteln (148) ausgebildet ist. Das U-Rohr (146) ist am Gehäuseraum (110) der Pumpe (102′) angeschlossen und ergibt den Vorteil, daß eine direkte Berührung von Teilen des Sensors (149) mit austretendem Fördermittel vermieden wird. Im übrigen besitzt die Pumpe (102′) einen Sperrmittelanschluß (134′) in Verbindung mit einer Sperrmittel-Förderleitung (140′). Zum Anschluß des U-Rohres (146) weist die Pumpe (102′) eine nach unten gerichtete Ausbuchtung (145) auf. Durch letztere Maßnahme wird bei Austritt von Fördermedium eine Kontaminierung des Gasfühlers (149) sicher verhindert.

Fig. 5 zeigt die Sperrmittel-Fördervorrichtung (135) mit Membranspeicher (151) und aufgebautem Druckgasgenerator (152). Der Membranspeicher entspricht in Bauart und Funktion bekannten und üblichen sogenannten Hydrospeichern, welche beispielsweise in hydraulischen Anlagen zum Ausgleich von Druckspitzen oder für die Bereitstellung von Energiereserven seit langem bekannt sind. Auf den oberen Anschlußstutzen (154) ist der Druckgasgenerator (152) aufgeschraubt. Dabei klemmt der Druckgasgenerator (152) zweckmäßigerweise über die Drosselscheibe (155) das Mundstück der elastischen Membran (161) fest und hält diese auswechselbar in Position. Die Drosselscheibe (155) hat entsprechend ihrer Bezeichnung die Aufgabe, den Druckaufbau nach Zündung der Gaspatrone (157) soweit zu vergleichmäßigen, daß keine unzulässigen Druckspitzen entstehen können. Gleichwohl erfolgt ein Druckaufbau innerhalb von Sekundenbruchteilen im Gasraum (160) der Membran (161) nach Maßgabe von Zündstoffmenge und Volumen der Druckausgleichskammer (163) mit Drücken zwischen 200 und 500 bar. Am unteren Ende des Membranspeichers (151) befindet sich ein Anschlußstutzen (164) bevorzugt mit Innengewinde zum Anschluß einer Sperrmittel-Förderleitung (140), die durch den Pfeil symbolisch angedeutet ist. Im Druckgasgenerator (152) befindet sich eine handelsübliche Gaspatrone (157) mit elektrisch zündbarer Anzündpille (153) sowie dem Gassatz, umgeben von einer Hülse mit Bodenstück, durch welches das Zündkabel geführt ist.

Die Funktion ist denkbar einfach. Sobald nach Ansprechen des Gasfühlers (143, Fig. 3) bzw. des Drucksensors (149, Fig. 4) ein elektrischer Impuls erzeugt ist und dieser die Anzündpille (153) erreicht, zündet diese die Gaspatrone (157), die nunmehr im Bruchteil einer Sekunde ausbrennt und eine große Menge Gas unter hohem Druck erzeugt, welches zunächst in die Druckausgleichskammer (163) expandiert und nach Durchströmen der Drosselöffnung in der Drosselscheibe (155) im Gasraum (160) der Membran (161) einen hohen Förderdruck auf das Sperrmittel (150) im Sperrmittelraum (162) ausübt. Dadurch wird dieses durch die Sperrmittel-Förderleitung (140, 140′) in die Stopfbuchsanordnung (130) eingepreßt und verschließt hermetisch dicht den Packungsraum (131) der Stopfbuchse (130). Dabei wird der Gasdruck im Membranspeicher schlagartig derart erhöht, daß bei Auslösung der Anzündpille (153) und Ausbrennen der Gaspatrone (157) der Inhalt (150) des Membranspeichers (151) in den Raum zwischen den beiden Kugellagern des Lagerträgers hineingeschossen wird und diesen sowohl zur Atmosphäre als auch zur Leckstelle im Spalttopf (101) hin hermetisch abdichtet. Durch entsprechende Auswahl der Dichtmasse (150) im Vorratsraum (162) kann für eine vorgegebene Zeit ein Austreten von Fördergut zur umgebenden Atmosphäre hin sicher verhindert werden.

Dies wird weiterhin dadurch begünstigt, daß die Dichtungsmasse (150) ein im Temperaturbereich zwischen minus 100°C und plus 250°C relativ scherfestes, pastöses Substrat ist, das bevorzugt aus einer Mischung von PTFE-Fett (Hahnküken-Fett) und z. B. einer Teflonflocken-Knetmasse mit Graphitanteilen besteht. Der Vorteil einer solchen Masse besteht unter anderem darin, daß sie eine extrem große Spaltüberbrückung gewährleistet. Infolge ihrer Scherfestigkeit haftet sie sicher auch gegen anstehende größere Drücke des Fördermittels und ist infolge ihrer inerten Eigenschaft chemisch gegenüber diesem resistent.

Fig. 6 zeigt einen Schaltkreis für das vorbeschriebene Überwachungssystem. Dem Gassensor (143, 149) ist ein Schaltkreis mit einem abschließbaren Quittiertaster (170), weiterhin mit einem Fehlerrelais (171) mit Zeitglied (173) und einem Motorschütz (172) sowie einem Auslöse-Zündkontakt (174) für den Druckgasgenerator (152) zugeordnet. Zugleich mit der Auslösung der Anzündpille (153, Fig. 5) und damit Zündung der Gaspatrone (157) wird einerseits der Motor der Pumpe (102, 102′; vgl. Fig. 3, 4) abgeschaltet, und andererseits kann an beliebiger Stelle Alarm ausgelöst werden.

Zur Erfüllung höchster Sicherheitsansprüche ist der Schaltkreis für den im EXi-Bereich gemäß Fig. 3 im Innenraum (110) des Gehäuseaufsatzes (118) der Pumpe (102, 102′) angeordneten Gassensor (143, Fig. 3) bzw. Drucksensor (149, Fig. 4) durch einen Transmitter (175) getrennt im Nicht-EXi-Bereich bevorzugt in einem Schaltkasten (176) untergebracht.

Die in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen lediglich eine zweckmäßige Auswahl von praktischen Anwendungsfällen dar. Außer an Pumpen kann die Notfallabdichtung auch an anderen Geräten wie z. B. unter Druck betreibbaren Rührern oder Kolonnen etc. angewendet werden. Auch sind Ausgestaltung und Materialauswahl nach Maßgabe besonderer Betriebsbedingungen und Konstruktionen dem konstruktiv-handwerklichen Können des Fachmannes überlassen, so daß die Erfindung in Anpassung an die jeweils besondere technische Situation in optimaler Weise die eingangs gestellte Aufgabe erfüllt.

Die Wellenabdichtung erhöht in überraschend einfacher sowie zuverlässiger Weise die erforderliche hohe Sicherheit von Chemiepumpen, beispielsweise als Katastrophenschutz bei Magnetkupplungspumpen, und erfüllt somit in optimaler Weise die eingangs gestellte Aufgabe.

Claims (14)

1. Wellenabdichtung einer Pumpe (2, 102, 102′), insbesondere für gefährliche und/oder aggressive Fördermedien, mit einer Sperrmittel-Stopfbuchse (30, 130) und einem in deren Packungsraum (31, 131) zwischen Packungsringen (32, 132) angeordneten Sperring (33, 133), der über einen Sperrmittelanschluß (34, 134, 134′) mit einer Fördervorrichtung (35, 135) für Sperrmittel in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrmittel ein medien- und temperaturbeständiges Substrat ist, und daß der Wellenabdichtung Überwachungs- und Schaltmittel (43, 39, 143, 148, 149, 170-174) zugeordnet sind, die beim Stillsetzen der Pumpe (2, 102, 102′) und/oder im Falle einer Undichtigkeit die Fördervorrichtung (35, 135) für Sperrmittel in Tätigkeit setzen und Sperrmittel unter Druck in die Sperrmittel- Stopfbuchse (30, 130) einpressen und diese hermetisch dichtsetzen.

2. Wellenabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs- und Schaltmittel (43, 39, 143, 148, 149, 170-174) so ausgebildet sind, daß sie zugleich mit dem Intätigkeitsetzen der Sperrmittel-Fördervorrichtung (35, 135) und Druckaufbau von Sperrmittel im Packungsraum (31, 131) der Stopfbuchse (30, 130) Alarm auslösen und die Pumpe (2, 102, 102′) stillsetzen.

3. Wellenabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein Sensor (43, 143, 149) und Schaltmittel (39, 148, 170-174) zugeordnet sind, die vor Eintritt von Fördermedium in die Wellenabdichtung (30, 130) den Antrieb der Sperrmittel- Fördervorrichtung (35, 135) einschalten und den Druck des Sperrmittels in der Sperrmittel- Stopfbuchse (30, 130) erhöhen.

4. Wellenabdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrmittel ein zähflüssiges, mit einer Druckpumpe (35) förderbares Substrat und ggf. ein Polymer oder Copolymer auf der Basis von PTFE bzw. Silicon oder Silicon- Derivaten oder ein thixotropes Material, vorzugsweise auf Keramikbasis ist.

5. Wellenabdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung (35) eine mit einem Druckmedium beaufschlagbare und an eine Druckmediumquelle (36), bevorzugt an eine Druckluftquelle anschließbare Differentialkolbenpumpe ist, oder einen motorischen bzw. elektromotorischen Antrieb aufweist.

6. Wellenabdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (37) zwischen Fördervorrichtung (35) und Druckmediumquelle (36) ein Druckminderer (38) und stromabwärts von diesem ein 3/2-Wege-Magnetventil (39) sowie in der Sperrmittelleitung (40) zwischen Fördervorrichtung (35) und Sperrmittelanschluß (34) ein Druckschalter (41) und stromabwärts von diesem ein Druckbegrenzungsventil (42) angeordnet ist.

7. Wellenabdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung (135) einen mit einer pastösen Dichtungsmasse (150) füllbaren Membranspeicher (151) und einen zum Antrieb damit zusammenwirkbaren Druckgasgenerator (152) mit einer Anzündpille (153) sowie Schaltmittel (143, 148, 170-174) zum Anlegen einer Spannungsquelle zum Zünden der Anzündpille (153) aufweist.

8. Wellenabdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranspeicher (151) einen Gasraum (160) und einen von diesem durch eine bewegliche Membran (161) getrennten Sperrmittelraum (162) aufweist, und daß der Druckgasgenerator (152) über eine geeignete Druckausgleichskammer (163) mit dem Gasraum (160) des Speichers (151) in Verbindung steht.

9. Wellenabdichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Sperrmittel-Stopfbuchse (130) anschließende Gehäuseraum (110) der Pumpe (102) eine bevorzugt nach oben ausgedehnte Ausbuchtung (142) für einen darin anordenbaren Gassensor (143) aufweist.

10. Wellenabdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseraum (110) der Pumpe (102′) eine nach unten ausgedehnte Ausbuchtung (145) mit einem daran anschließenden, nach oben ausmündenden U-Rohr (146) aufweist, an dessen freiem Ende ein mit Schaltmittel (148) ausgebildeter Drucksensor (149) angeschlossen ist.

11. Wellenabdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmasse (150) ein im Temperaturbereich zwischen minus 100°C und plus 250°C relativ scherfestes, pastöses Substrat ist, das bevorzugt aus einer Mischung von PTFE-Fett (Hahnküken-Fett) und einer Teflonflocken-Knetmasse mit Graphitanteilen besteht.

12. Wellenabdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gassensor (143, 149) ein Schaltkreis mit einem abschließbaren Quittiertaster (170), einem Fehlerrelais (171), einem Motorschütz (172), einem Zeitglied (173) sowie einem Auslöse-Zündkontakt (174) zugeordnet ist.

13. Wellenabdichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis von dem im EXi-Bereich im Innenraum (110) des Gehäuseaufsatzes (118) der Pumpe (102, 102′) angeordneten Gassensor (143) bzw. Drucksensor (149) oder einen Füllstandsanzeiger durch einen Transmitter (175) getrennt im Nicht-EXi-Bereich bevorzugt in einem Schaltkasten (176) untergebracht ist.

14. Wellenabdichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (2, 102, 102′) eine Chemiepumpe mit im Betrieb wirksamen hydrodynamischen Mitteln zur Entlastung der Wellenabdichtung und diese bevorzugt mit Schaltmitteln als Stillstandsdichtung ausgebildet und insbesondere eine Magnetkupplungspumpe ist.