DE202009013547U1

DE202009013547U1 - Drossel und Abstreifer an Wellendurchführung

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Publication number: DE202009013547U1
Application number: DE200920013547
Authority: DE
Original assignee: Interseal Dipl-Ing Rolf Schmitz GmbH; Interseal Dipl Ing Rolf Schmitz GmbH
Current assignee: Interseal Dipl-Ing Rolf Schmitz GmbH; Pfaudler Interseal GmbH
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2019-10-08

Abstract

Wellendurchführung von Rühr- und Mischwerken mit Arbeitskammer, umfassend
einen Arbeitskammer-Gehäusedeckel (11) mit Durchführungsöffnung (12),
eine Arbeitswelle (2), die durch die Durchführungsöffnung (12) in die Arbeitskammer (1) hineinführt und dort eine Wellenschonbuchse (21 aufweisen kann, und
eine Dichtungsanordnung (3) zur Abdichtung der Welle (2) nahe der Durchführungsöffnung (12),
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Arbeitskammer (1) und der Dichtungsanordnung (3) eine Drossel- und Abstreiferanordnung (6) angeordnet ist, die einen dem Umfang der Welle angepassten Führungsring (61) und einen robusten Abstreiferring (62) aufweist, die in radialer Richtung beweglich und in Umfangsrichtung festgelegt an den Gehäusedeckel (11) gefesselt sind, um einen strapazierfähigen Abschluss der Arbeitskammer zu bilden und um Festmaterialströme zwischen der Arbeitskammer (1) und der Dichtungsanordnung (3) abzuhalten und Gasströme zu drosseln.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendurchführung von Rühr- und Mischwerken mit Arbeitskammer, umfassend einen Arbeitskammer-Gehäusedeckel mit Durchführungsöffnung, eine Arbeitswelle, die durch die Durchführungsöffnung in die Arbeitskammer hinein führt, und eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung der Welle an der Durchführungsöffnung.
Bei einer Wellendurchführung dieser Art ( EP 1 039 161 B1 ) sorgt die Dichtungsanordnung dafür, dass die Arbeitskammer den richtigen Druck gegenüber Atmosphäre in der Arbeitskammer hält. Es kann sich dabei um einen Über- oder Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck handeln. Bei Rühr- und Mischwerken unterliegt die Arbeitswelle radialen Kräften, die zur Durchbiegung der Welle führen. Rühr- und Mischwerke werden in der chemischen Industrie und der Pharmaindustrie eingesetzt, wo es mitunter äußerst kritisch ist, keine Kontamination in die Arbeitskammer einzutragen. Deshalb ist es nicht möglich, das Wellenlager in die Durchführungsöffnung zur Arbeitskammer zu platzieren, da Wellenlager nicht absolut dicht gehalten werden können. Wenn aber das Wellenlager außerhalb der Durchführungsöffnung angeordnet wird, existiert in der Wellendurchführungsöffnung ein nicht zu vernachlässigender Betrag an Durchbiegung der Welle, was einen Spalt zwischen der Welle und der Durchführungsöffnung bedingt. Obzwar Dichtungsanordnungen sehr gut abdichten, bleibt das Problem zu lösen, die Abdichtwirkung noch weiterhin zu verbessern, insbesondere für Kessel oder Mischräume, die Stäube, Pulver oder abrasive, klebende oder polymerisierende Medien enthalten, die sicher von empfindlichen Dichtlippen abgehalten werden müssen, sowie für den Fall der Reinigung der Arbeitskammer mit Hochdruckwasserstrahl.
Die Wellendurchführung wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, dass die Welle einen eng angepassten Führungsring trägt, der die Bewegungen der Welle, außer der Rotationsbewegung, mitmacht und der einen Abstreiferring haltert, um Gut aus der Arbeitskammer daran zu hindern, in den Spalt zwischen Welle und Wellendurchführungsöffnung einzutreten, der zu der Dichtungsanordnung hinführt. Der Führungsring bildet eine Drossel für jegliche Ströme zwischen der Arbeitskammer und der Dichtungsanordnung, und der Abstreiferring stellt eine solide Begrenzung der Arbeitskammer dar, die sich daher gut reinigen lässt, auch mit Hochdruckwasserstrahlen.
Der Führungsring und der Abstreiferring sind aneinander gekoppelt und mit dem Arbeitskammer-Gehäusedeckel im Bereich der Durchführungsöffnung in abgedichteter Weise verbunden, jedoch so, dass radiale Bewegungen relativ zur Durchführungsöffnung in dem Maße möglich sind, wie dies durch die Schwankungsbewegungen der Welle relativ zur Durchführungsöffnung nötig ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung geschrieben. Dabei zeigt:
1 einen Längsschnitt durch eine Wellendurchführung mit einer Wellenlagerung und einer Wellenabdichtung,
2 eine vergrößerte Einzelheit und
3 eine perspektivische Ansicht der Einzelheit.
1 zeigt eine Wellendurchführung von Rühr- und Mischwerken. Solche Rühr- und Mischwerke umfassen eine abgeschlossene Arbeitskammer 1, die von einem Gehäuse umschlossen wird, von dem ein flanschartiger Gehäusedeckel 11 dargestellt ist, der eine genormte Öffnung des Gehäuses verschließt. Der Gehäusedeckel 11 weist eine Durchführungsöffnung 12 für eine Arbeitswelle 2 auf, die mit ihrem unteren Ende in 1 mit Rühr- oder Mischflügeln verbunden ist und mit ihrem oberen Ende mit einem Antrieb verbunden ist, was beides nicht dargestellt ist. Die Welle weist Wellenschonbuchsen 21, 22, 23 auf, die als Teil der Welle zu betrachten sind. Eine Dichtungsanordnung 3 dichtet die Welle an der Wellenschonbuchse 21 ab. Die Dichtungsanordnung 3 wird mittels eines Lagers 4 an der Welle gelagert, so dass die Dichtungsanordnung 3 die Schwankungsbewegungen der Welle 2 während des Betriebs mitmacht, nicht jedoch die Rotationsbewegungen der Welle. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Lager 4 zwei Kugellager 40, deren innere Laufringe mit der Wellenschonbuchse 22 verbunden sind, während die äußeren Laufringe mit dem Gehäuse 30 der Dichtungsanordnung 3 in Verbindung stehen. Das Dichtungsgehäuse 30 ist nachgiebig, aber abgedichtet mit dem Arbeitskammer-Gehäusedeckel 11 verbunden, was im dargestellten Ausführungsbeispiel über zwei weitere flanschartige Gehäusedeckel 13 und 14 erfolgt, die jeweils eine Schulter zur Anlage von Ringdichtungen 15 bilden, die als Ausgleichselemente wirken. Diese Ringdichtungen 15 sind zwischen Schultern des Gehäuses 30 und den Schultern der Flanschdeckel 13, 14 eingeklemmt, um den Spalt zwischen dem Gehäuse 30 und dem Flanschdeckel 13 abzudichten, dabei jedoch eine gewisse Beweglichkeit des Gehäuses 30 zu den Gehäuseflanschen 13, 14 zulassen („Ausgleichsfunktion”).
Die Welle 2 ist mittels eines Pendelrollenlagers 5 gelagert, dessen innerer Laufring auf der Wellenschonbuchse 23 sitzt, während der äußere Laufring mit einem Pendelrollenlagergehäuse 51 verbunden ist, das über Ankerstreben 52 letztlich an dem Gehäusedeckel 11 befestigt ist. Diese Anordnung des Wellenlagers wird als „Laterne” bezeichnet und ist über einen Bewegungsspalt 53 von dem Gehäuse des Lagers 4 getrennt. Wenn sich die Welle 2 wegen Auftretens von seitlichen Kräften durchbiegt, gibt es keine Verkantungen an den Rollen des Pendellagers 5. Andererseits führt die Durchbiegung der Welle 2 zu Schwankungsbewegungen an der Durchführungsöffnung 12, wodurch der Abschluss der Arbeitskammer 1 an dieser Stelle schwierig wird. Die Erfindung hat mit dieser Problematik zu tun.
Zuvor sei noch erwähnt, dass die Dichtungsanordnung 3 im Rühr- und Mischbetrieb weitgehend für eine Abdichtung der Welle 2 sorgt. Zu diesem Zweck ist eine Reihe von Dichtlippen 31 hintereinander und in Reihe mit einem Sperrgasanschluss 32 angeordnet. Die Dichtlippen 31 grenzen Druck- und/oder Vakuumräume voneinander ab. Wenn es jedoch um den Abschluss der Arbeitskammer 1 nach außen hin geht, ist eine Anordnung von Dichtlippen 31 störungsanfällig gegenüber Reinigungsarbeiten an den Begrenzungen der Arbeitskammer 1. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Wellendurchführung soll diesem Problem abgeholfen werden.
Zu diesem Zweck ist zwischen der Arbeitskammer 1 und der Dichtungsanordnung 3 eine Drossel- und Abstreiferanordnung 6 angeordnet, die in einer Nische 16 des Deckels 11 untergebracht ist. Es ist möglich, die Deckel 11 und 13 einstückig zu vereinen und die Nische 16 als Ringaussparung auszubilden. Über den Sperrgasanschluss 32 kann über Spalte entlang der Oberfläche der Wellenschonbuchse 21 ein Sperr- oder Schutzmedium der Nische 16 zugeführt werden, z. B. Stickstoff, um einen Gegendruck gegenüber dem Mischkammerdruck aufzustellen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Radialbohrungen im Flanschdeckel 13 anzubringen, um Sperrgas zuzuführen und/oder abzuführen.
Wie aus 2 und 3 ersichtlich, umfasst die Drossel- und Abstreiferanordnung 6 einen Führungsring 61 und einen robust ausgebildeten Abstreiferring 62. Der Führungsring 61 weist einen Innendurchmesser auf, der dem örtlichen Außendurchmesser der Welle 2 entspricht, hier durch die Wellenschonbuchse 21 gegeben, und ist aus einem Hochleistungskunststoff gefertigt, wofür unter anderem PTFE, Polyimid und Graphitfaserkunststoff in Frage kommen, die hohe Temperaturen (von z. B. 380°C) ertragen und gewisse Lagereigenschaften aufweisen, damit der Spalt zwischen Wellenoberfläche und Bohrungsoberfläche des Führungsrings möglichst eng gehalten werden kann. Der Abstreiferring 62 ist insgesamt von robuster Ausbildung und besteht aus einem hochfesten Material, vorzugsweise Metall, z. B. austenitischem Stahl (Edelstahl). Auch Keramik, Metalloxid-Sintermaterial, Kohlefaserwerkstoff oder gebundener Faser-Hochleistungswerkstoff können verwendet werden. Gegebenenfalls kann eine Oberflächenschicht angewandt werden. Der Abstreiferring 62 weist umfänglich zur Ringbohrung eine in Richtung der Kammer 1 gebogene Lippe 62a auf, die einen engen Abstand zur Wellenoberfläche einhält, ohne diese zu berühren. Die Lippe 62a wird durch eine angepasste Lippenkontur 61a des Führungsrings 61 gestützt. Der Abstreiferring 62 umgreift den Führungsring 61 mit einem Flanschrand 62b und weist eine Reihe von Naben 62c auf, die von knopfartigen Teilen 61c des Führungsrings 61 umgriffen werden, um die Ringe 61 und 62 aneinander zu koppeln. Jede Nabe 62c weist ferner eine Bohrung auf, durch die sich jeweils ein zylindrischer Haltestift 63 erstreckt, der in dem Gehäusedeckel 11 verankert ist. Die Bohrungen in dem Abstreiferring 62 sind derart, dass eine gewisse Beweglichkeit des Abstreiferringes 62 in radialer Richtung der Durchführungsöffnung 12 ermöglicht wird. Andererseits werden der Führungsring 61 und der Abstreiferring 62 daran gehindert, sich mit der Welle 2 zu drehen. Bei der Rotation der Welle 2 gleitet somit der Führungsring 61 auf der Wellenschonbuchse 21 bei äußerst geringem Spalt zwischen den Teilen 21 und 61. Dadurch wird eine Drossel für jegliche Ströme zwischen der Arbeitskammer 1 und der Dichtungsanordnung 3 gebildet. Es ist zu erwarten, dass nur Schutzgas durch die Drosselstrecke gelangen kann, keinesfalls aber Kontaminationen in und aus der Arbeitskammer 1 getragen werden können.
Die Drossel- und Abstreiferanordnung 6 ist gegen Umströmen geschützt und weist zu diesem Zweck Gleitscheiben 64 und 65 auf, zwischen denen der Abstreiferring 61 und der Führungsring 62 eingepresst sind, sich jedoch bei Schwankungsbewegungen der Welle relativ zu diesen Gleitscheiben 64, 65 bewegen können. Der Führungsring 61, der Abstreiferring 62 und die Gleitscheiben 64, 65 bilden ein Stapelpaket, das in einer Nische 16 des Gehäusedeckels 11 untergebracht ist. Die Nische 16 wird durch einen Abschlussdeckel 17 (2) abgeschlossen. Der Abschlussdeckel 17 dient auch zur Befestigung der Haltestifte 63.
Als Alternative zu den Gleitscheiben können O-Ringe verwendet werden, die an ebenen Flächen des Abstreifrings und des Führungsrings anliegen und die Drossel- und Abstreifanordnung 6 gegen Umströmen abdichten.
Der Abschlussdeckel 17 kann eingespart werden, wenn der Flanschdeckel 13 zur Seite des Gehäusedeckels 11 eine Ausbildung gemäß dem Abschlussdeckel 17 aufweist.
Spalte zwischen den Deckeln 11, 13, 14 sowie zwischen der Welle 2 und den Wellenschonbuchsen 21, 22, 23 werden mittels Schnurringdichtungen abgedichtet, was nicht weiter erläutert werden braucht.
Je nach Anwendung erstreckt sich die Welle 2 senkrecht oder waagrecht in die Arbeitskammer 1. Bei waagrechter Anordnung führt bereits das Gewicht der Welle und der mit ihr verbundenen Rührschaufeln zu einer Durchbiegung der Welle 2, wobei bei der Rotation der Welle Schwankungsbewegungen in radialer Richtung auftreten. Bei senkrechter Anordnung der Welle 2, wie in 1 dargestellt, kommt es infolge der Rühr- und Mischbewegung ebenfalls zu Querkräften auf die Welle und damit zu Schwankungsbewegungen bei der Rotation der Welle. Der Führungsring 61, der die Welle 2 bzw. deren Schonbuchse 21 dicht umschließt, folgt der Schwankungsbewegung und überträgt die Schwankungsbewegung auf den Abstreiferring 62. Mischgut, das von der Arbeitskammer 1 bis zur Durchführungsöffnung 12 gelangt, wird am weiteren Vordringen zur Dichtungsanordnung 3 hin gehindert.
Die Drossel- und Abstreifanordnung 6 bildet so einen Abschluss der Arbeitskammer 1. Dieser Abschluss ist in vielerlei Hinsicht von außerordentlichem Nutzen. Er verhindert, dass abrasive, klebende oder polymerisierende Materialien zu den empfindlichen Dichtlippen 31 gelangen können. Ferner wird die Auswirkung des Prozessdruckes in der Arbeitskammer 1 auf die Dichtlippen 31 infolge der Drossel 21/61 reduziert. Dies macht es möglich, Prozessdrücke größer als 25 bar einzusetzen. Schließlich kann man Hochdruckwasserstrahlen zum Reinigen der Arbeitskammer 1 auch im Bereich der Durchführungsöffnung 12 anwenden, da der Abstreiferring 62 genügend robust ist, um Hochdruckwasserstrahlen zu tolerieren. Der Spalt zwischen der Lippe 62a und der Oberfläche der Wellenschonbuchse 21 ist genügend eng, um Hochdruckwasser abzubremsen, so dass der Wasserdruck an dem Führungsring 61 genügend reduziert ist, um einen Führungsring aus Kunststoff anwenden zu können. Der Lagerspalt zwischen dem Führungsring 61 und der Wellenschonbuchse 21 ist genügend lang, so dass keinesfalls Druckwasser bis zu den Dichtlippen 31 der Lageranordnung 3 gelangen kann. Somit ist es möglich, den Arbeitsraum 1 mit Hochdruckwasserstrahlen zu reinigen, ohne sich der Gefahr der Beschädigung der empfindlichen Lippendichtungen 31 auszusetzen.

1: Arbeitskammer
2: Arbeitswelle
3: Dichtungsanordnung
4: Lager
5: Pendellager
6: Drossel- und Abstreiferanordnung
11: Arbeitskammer-Gehäusedeckel
12: Durchführungsöffnung
13: Flanschdeckel
14: Flanschdeckel
15: Ringdichtungen
16: Nische
17: Abschlussdeckel
21: Wellenschonbuchse
22: Wellenschonbuchse
23: Wellenschonbuchse
30: Dichtungsgehäuse
31: Dichtlippen
32: Sperrgasanschluss
40: Kugellager
51: Pendellagergehäuse
52: Ankerstreben
53: Bewegungsspalt
61: Führungsring
61a: Lippenkontur
61c: Teile
62: Abstreiferring
62a: Lippe
62b: Flanschrand
62c: Nabe
63: zylindrischer Haltestift
64: Gleitscheibe
65: Gleitscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1039161 B1 [0002]

Claims

Wellendurchführung von Rühr- und Mischwerken mit Arbeitskammer, umfassend einen Arbeitskammer-Gehäusedeckel (11) mit Durchführungsöffnung (12), eine Arbeitswelle (2), die durch die Durchführungsöffnung (12) in die Arbeitskammer (1) hineinführt und dort eine Wellenschonbuchse (21 aufweisen kann, und eine Dichtungsanordnung (3) zur Abdichtung der Welle (2) nahe der Durchführungsöffnung (12), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Arbeitskammer (1) und der Dichtungsanordnung (3) eine Drossel- und Abstreiferanordnung (6) angeordnet ist, die einen dem Umfang der Welle angepassten Führungsring (61) und einen robusten Abstreiferring (62) aufweist, die in radialer Richtung beweglich und in Umfangsrichtung festgelegt an den Gehäusedeckel (11) gefesselt sind, um einen strapazierfähigen Abschluss der Arbeitskammer zu bilden und um Festmaterialströme zwischen der Arbeitskammer (1) und der Dichtungsanordnung (3) abzuhalten und Gasströme zu drosseln.
Wellendurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreiferring (62) aus einem hochfesten Material besteht und eine in Richtung der Arbeitskammer gebogene Lippe (62a) im engen Abstand zur Wellenoberfläche, jedoch ohne Berührung zu dieser aufweist, dass der Führungsring (61) aus Kunststoff besteht und eng an den Umfang (21) der Welle (2) angepasst ist, dass der Abstreiferring (62) und der Führungsring (61) zur Bildung einer Koppeleinheit aneinander gekoppelt sind und dass Haltestifte (63) die Koppeleinheit aus Abstreiferring (62) und Führungsring (61) an den Gehäusedeckel (11) fesseln.
Wellendurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreiferring (62) aus Metall gefertigt ist.
Wellendurchführung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsring (61) im Bereich der Lippe (62a) des Abstreiferrings (62) zur Stützung des Abstreiferrings (62) eine Lippenkontur (61a) aufweist.
Wellendurchführung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreiferring (62) und der Führungsring (61) aneinander gekoppelt in einer abgedichteten Nische (16) des Arbeitskammer-Gehäusedeckels (11) angeordnet sind.
Wellendurchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung der Nische (16) Gleitscheiben (64, 65) und/oder O-Ringe beitragen, welche die Koppeleinheit aus Abstreiferring (62) und Führungsring (61) einrahmen.
Wellendurchführung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nische (16) mit einem Abschlussdeckel (17) verschlossen ist.
Wellendurchführung nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Sperrgasanschluss (32) der Nische (16) ein Sperr- oder Schutzmedium zuführbar ist.
Wellendurchführung nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet dass die Dichtungsanordnung (3) als Einheit auf der Welle (2) gelagert (4) ist, um Schwankungsbewegungen der Welle (2) relativ zu dem Arbeitskammer-Gehäusedeckel (11) mitzumachen.
Wellendurchführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (3) mehrere hintereinander geschaltete Dichtlippen (31) umfasst, welche Druck- und/oder Vakuumräume gegeneinander abgrenzen.
Wellendurchführung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) einen Wellenbereich (23) aufweist, an dem sie mittels eines Pendelrollenlagers (5) gelagert ist, wobei das Pendelrollenlagergehäuse (51) über Ankerstreben (52) an dem Arbeitskammer-Gehäusedeckel (11) befestigt ist.
Wellendurchführung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Dichtungsanordnung (3) und dem Pendelrollenlager (5) ein Bewegungsspalt (53) existiert.