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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ring-Dichtungsanordnung
für einen
indirekt beheizten Drehrohrofen nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Indirekt beheizte Drehrohröfen beinhalten ein
Drehrohr, welches zumeist schalenförmig von einem Beheizungstunnel
umgeben ist. Dabei wird üblicherweise
das Drehrohr nicht zur Gänze
von dem Tunnel umgeben, sondern ragt an beiden Stirnseiten aus dem
Tunnel heraus. Innerhalb des Beheizungstunnels wird aufgeheiztes
Gas durch den Beheizungstunnel geführt, um die Energie für die in
dem Drehrohr ablaufenden chemischen und/oder thermischen Prozesse
bereitzustellen. Dazu verlegt der Beheizungstunnel über einen
oder mehrere Ein- und Auslässe
für Heizgas.
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Das Drehrohr muß gegen die Stirnseiten des Beheizungstunnels
abgedichtet werden, damit das Heizmedium nicht stirnseitig aus dem
Beheizungstunnel strömen
und/oder Umgebungsluft in den Beheizungstunnel einströmen kann.
Ein solches Ausströmen
von Heizmedium vermindert zum einen die Effizienz des Heizvorgangs
innerhalb des Beheizungstunnels, zum anderen werden außerhalb
des Tunnels gelegene Bereich unnötig
und unerwünscht der
zum Teil erheblichen Hitze des Heizmediums ausgesetzt. Besonders
wichtig ist eine effiziente Abdichtung, wenn als Heizmedium Rauchgas
oder ähnliches
verwendet wird. Ein unerwünschtes
Entweichen des Heizmediums würde
dann zusätzlich
eine Umweltbelastung bedeuten. Genauso bedeutet ein unerwünschtes
Einströmen
von Umgebungsluft einen Effizienzverlust.
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Üblicherweise
beinhalten solche Drehrohr-Umfangsdichtungen Segmente aus Gußeisen oder
Karbit-Kohlefasergemisch. Diese werden in der Regel über eine
mit Gewichten belastete Seilzuführung
an die Drehtrommel angepreßt.
Dabei haben gußeiserne
Segmente den Nachteil, daß die
Abrasion besonders hoch und an den Stößen der Segmente eine qualifizierte
Abdichtung nicht gegeben ist. Segmente aus Karbit-Kohlefasergemisch
neigen aufgrund ihrer Sprödheit
zu Brüchen,
so daß diese
häufiger
ausgewechselt werden müssen,
was zu Leerlaufzeiten führt.
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Bei Heiztunnelumfangsdichtungen nach
dem Stand der Technik ist insbesondere die Wahl des Anpreßdruckes
ein Problem. Ist dieser zu hoch, so führt dies zu verstärkter Abrasion
an den Segmenten und/oder des Drehrohrs; ist er zu gering, so führt dies aufgrund
der fehlenden Dichtigkeit zum Eintritt von Falschluft aus der Umgebung
bzw. Austritt von Heizmedium aus dem Drehrohrofen. Ein weifierer
Nachteil solcher Dichtungen ist, daß insbesondere aufgrund der
hohen Belastung der Dichtung – die
Anpreßdrücke liegen
in der Regel bei 600 kN – die durchschnittliche
Lebensdauer dieser Dichtungen häufig
weniger als ein Jahr, meistens sogar nicht länger als sechs Monate beträgt.
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Bei der Wahl des Materials für eine Heiztunnelumfangsdichtung
ist zu bedenken, daß das
Heizmedium des Drehrohrofens zumeist aus einem. mehrere hundert,
oft über
1000 °C
heißen
und obendrein oxidierenden Gas besteht. Es muß gewährleistet sein, daß das Material
auch bei diesen ungünstigen Bedingungen
eine genügend
große
Standfestigkeit besitzt.
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Aus der
DE 30 47 404 A1 ist eine
Ring-Dichtung für
einen Drehofen bekannt, die als ein feststehender Kranz vorgesehen
ist, der aus einer Reihe von Graphit-Teilen gebildet wird, die teilweise überlappend
aneinanderstoßend
kranzförmig
angeordnet sind und mit ihrer Innenseite in Anlage gegen eine zylindrische
Drehrohrfläche
gehalten werden, die koaxial zum Drehofen ist und sich mit diesem
dreht. Das Anpressen erfolgt durch eine an ihren Enden gespannte
Seilschlinge, die die Graphitbiöcke
umgibt. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Drehofen handelt
es sich jedoch nicht um ein indirekt beheiztes Drehrohr, so daß die Ring-Dichtung
weit geringeren Temperaturen und Temperaturdifferenzen ausgesetzt
ist. Außerdem
muß auch
hier der Anpreßdruck
aufgrund des Materials (Graphit) in der oben beschriebenen Größenordnung
liegen.
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Es stellt sich somit das Problem,
für einen
indirekt beheizten Drehrohrofen eine Ring-Dichtung erhöhter Standfestigkeit
zu schaffen. Erwünscht
ist auch ein vereinfachter Dichtungsaustausch, z. B. um die Stillstandszeiten
verringern zu können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine
Dichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. Demnach
basiert die Erfindung auf dem Grundgedanken, daß bei einer Ring-Dichtung für einen
indirekt beheizten Drehrohrcfen zwischen einem Beheizungstunnel
und einem Drehrohr, bei der mehrere, sich überlappende Segmente vorhanden
sind, die durch Anpreßmittel
radial an die Drehtrommel angepreßt werden, die Segmente im
wesentlichen aus einer hifizebeständigen Leichtbau-Dichtungsmaterial bestehen.
Besonders bevorzugt werden Filze, insbesondere aus Carbonfasern.
Dabei ist unter einem Filzmaterial im Sinne der Erfindung zu verstehen, daß Materialfasern
gleicher oder ungleicher, nicht zu geringer Länge in mehr oder minder großer Unregelmäßigkeit
ein Materialpakt bilden, welches in der Regel eine gewisse Porosität aufweist,
dennoch aber hinreichend kompakt ist. Bevorzugt werden innere Hohlräume und
Kanäle
vermieden. Bevorzugt ist ein solches Material formstabil und besteht – besonders bevorzugt – aus Graphitfasern
und einem Kohlenstoffbindemittel. Die Eigenschaften der Ausgangsfasern
sowie ihre Länge
und die Art des Bindemittels sowie der Verdichtungsgrad und eine
etwaige thermische Behandlung können
in gewissen Grenzen vorgegaben werden. Weiter besonders bevorzugt
ist es, wenn dieser Werkstoff verkokt und graphitiert ist. Er kann
in Extremfällen
bis zu Temperaturen von 3000° C
eingesetzt werden und ist in Form von selbsttragenden Platten, Zylindern
und anderen Bauteilen u.a. unter der Markenbezeichnung SIGRATHERM® als Graphit-Haftfilz
bekannt. Eine typische Materialdichte liegt in der Regel unter 1
g/cm³.
Besonders bevorzugt werden Rohdichten von ≤ 0,16 g/cm³. Jedenfalls wird im Sinne
der Erfindung unter einem „Leichtbau-Dichtungsmaterial" ein solches Dichtungsmaterial
verstanden, dessen Dichte 1,5 g/cm³ ist.
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Dadurch verringern sich überraschenderweise
die notwendigen Anpresskräfte
ganz erheblich. Das wiederum wirkt sich standzeiterhöhend aus.
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Die Anpreßmittel weisen dabei vorzugsweise einen
geschlossenen Ring auf, welcher die Segmente auf deren drehrohrabgewandter
Seite radial elastisch umspannt. In einer insoweit bevorzugten Ausführungsform
beinhalten die Anpreßmittel
mehrere miteinander, insbesondere durch Federn oder auch andere
elastische Spannmittel, verbundene Bänderabschnitte, die einen Spannring
bilden. Ein bandförmiger
Spannring verteilt die ohnehin nur geringen erforderlichen Anpreßdrücke auf
eine vorteilhaft große Fläche.
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Bei einer erfindungsgemäßen Dichtung
ist der benötigte
Anpreßdruck
gegenüber
dem Stand der Technik wesentlich geringer. Er baträgt bei einigen
Ausführungsformen
nur noch 30 bis 50 kN. Bei Vorhandensein eines oben geschilderten
Spannringes läßt sich
der Anpreßdruck
auch genau berechnen, da die Segmente – anders als bei Seilzugschlingen
mit Ge wichten oder dergleichen an ihren Enden – bei weniger Haftreibung gleichmäßig radial
an das Drehrohr angepreßt
werden.
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Das Leichtbaudichtungsmaterial übt keine Abrasionskräfte mehr
auf das Drehrohr aus. In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Segmente
der Dichtung aus Material, welches polierende Wirkung auf das Drehrohr
hat. Dadurch wird zum einen das Drehrohr weniger beeinträchtigt als
bei Dichtungen nach dem Stand der Technik. Zum anderen wird so die
Oberflächenrauheit
der Dichtfläche
des Drehrohrs vermindert, was die Abdichtung verbessert und somit
die Dichtigkeit noch weiter verstärkt. Aufgrund der geringeren
Oberflächenrauheit
des Drehrohres wird auch der Abrieb der Dichtung geringer, was die
Lebensdauer und Dichtungseigenschaften der Dichtung nochmals erhöht bzw.
verbessert. Als Material ist auch für diesen Zweck ein Carbonfaserfilz
geeignet.
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Die vorgenannten sowie die beanspruchten und
in den Ausführungsbeispielen
beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden
Bauteile unterliegen in ihrer Größe und Formgestaltung,
Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen,
so daß die
in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung
finden können.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und
Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen – beispielhaft – mehrere
Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Dichtung
dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen
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1 eine
Dichtungsanordnung in (achsialer) Seitenansicht – Schnitt entlang der Linie
IV–IV gemäß 6 – schematisch und ohne Abdeckung);
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2 von
derselben Dichtungsanordnung ein erfindungsgemäßes Dichtungssegment in radialer
Außenansicht
(Ansicht A–A)
gemäß 1 in Überlappung beidseitig benachbarten
Dichtungssegmenten;
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3 dasselbe
Dichtungssegment in Stirnseitenansicht analog 1;
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4 eine
alternative Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Dichtungssegments
in derselben Ansicht wie 3;
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5 eine
perspektivische Explosionsansicht zweier Dichtungselemente aus 4 – ausschnittsweise; sowie
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6 einen
Drehrohrofen mit einer erfindungsgemäßen Dichtung in Achsial- Schnittansicht – schematisch
und ausschnittsweise.
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Wie 1 zu
entnehmen ist, beinhaltet eine erfindungsgemäße Ring-Dichtungsanordnung 1 einen
Kranz von Dichtungssegmenten 10, welcher das Drehrohr 20 eines
indirekt beheizbaren Drehrohrofens radial umgibt. Die Dichtungssegmente 10 bestehen
aus einem Leichtbau-Dichtungsmaterial,
welches bevorzugt eine Hitzebeständigkeit
von mehr, insbesondere deutlich mehr als 280°C, z.B. > 1000°C aufweist.
Bevorzugterweise bestehen die Dichtungssegmente 10 aus
einem Material, welches auch in oxidierender Atmosphäre hitzebeständig ist.
Somit ergeben sich in der Wahl des Heizmediums für den Drehrohrofen größere Auswahimöglichkeiten.
Ein geeignetes Material ist Hochtemperatur-Carbonfaserfilz, wie es eingangs beschrieben
wurde. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde ein Graphit-Hartfilz
verwendet, das auf der dem Heiztunnel zugewandten Seitenfläche zusätzlich mit
einer Graphitfolie ≤ 0,5
mm beschichtet war (Beschichtung 10 C). Eine Beschichtung
der Dichtflächen 14
C und/oder 14 D mit Gleitförderern wie Graphit-Paste wirkt gleichzeitig
auch dichtigkeitserhöhend.
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Wie 2 zu
entnehmen ist, verfügt
ein Dichtungssegment 10 über je weils zwei Überlappungsvorsprünge 12.
Bei Einsatz der Dichtung überlappen
die einander zugewandten Überlappungsvorsprünge 12, 12A,
bzw. 12, 12 B, benachbarte Dichtungssegmente 10, 10A,
bzw. 10, 10 B, flächig und bilden Kontaktflächen 14A bzw. 14
B. Dabei überlappt
ein Dichtungssegment die benachbarten Segmente einmal tunnelseitig
und einmal tunnelabgewandt. Diese Überlappungsvorsprünge können – wie in 3 zu sehen – rechteckähnliche
Kreissegmentausschnitte sein. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen
denkbar, wie etwa in 4,
wo ein Dichtungssegment mit einem abgestuften Überlappungsvorsprung 12 gezeigt
wird. Ein Dichtungselernent kann aber auch Überlappungsvorsprünge mit
gradueller Abstufung beinhalten. Zur besseren Verdeutlichung der Überlappung
zeigt 5 eine ausschnittsweise
perspektivische Darstellung zweier Dichtungselemente – hier die
Elemente aus 4.
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Bei laufendem Betrieb werden die
drehrohrzugewandten Seiten der Dichtungssegmente 10 durch
das Drehrohr 20 etwas abgerieben. Da die Dichtungssegmente 10 – wie später noch
genauer beschrieben wird – radial
gegen das Drehrohr 20 angepreßt werden, „rücken" die Dichtungssegmente 10, 10A bzw. 10, 10
B, bei Abrieb etwas zueinander und die Kontaktfläche 14
A bzw. 14 B vergrößert sich.
Auf diese Weise bleibt die volle Funktionstüchtigkeit der Dichtung erhalten.
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In 1 ist
ein Kranz aus 8 Dichtungssegmenten gezeigt. Die Zahl der Dichtungssegmente kann
jedoch je nach Anforderung und Größe des Drehrohrofens variieren.
Dabei soll jedoch die Zahl der Dichtungssegmente möglichst
niedrig gehalten werden. Meist wird die Zahl der Dichtungssegmente etwa
zwischen 6 und 12 betragen.
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Gemäß 1 und insoweit bevorzugt haben die Dichtungssegmente 10 – zumindest
bei Inbetriebnahrne der Dichtung – eine identische Form. Dies
gewährleistet
eine gleichmäßige Abdichtung
des Drehrohrs 20. Es sind jedoch auch Ausführungsformen der
Dichtung denkbar, bei der zumindest nicht alle Dichtungssegmente
identisch sind z.B. indem sich größere und kleinere Segmente
abwechseln oder die Segmente sonstwie variieren.
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An ihrer drehrohrabgewandten Seite
sind die Dichtungssegmente 10 von einem oder mehreren Anpreßmitteln 30 umgeben,
welche die Dichtungssegmente 10 radial an das Drehrohr 20 anpressen.
Bevorzugt sind die Anpreßmittel 30 als
geschlossener Ring ausgestaltet, welcher die Segmente auf deren drehrohrabgewandter
Seite radial elastisch umspannt. Bevorzugt besteht der Ring – wie in 1 gezeigt – aus mehreren
flachbandförmigen
Abschnitten 32, welche miteinander, insbesondere durch
Federn 34, verbunden sind und so einen Spannring bilden.
Dies gewährleistet
einen gleichmäßigen radialen
Anpreßdruck über den
gesamten Drehrohrumfang. Anstatt Federn können auch andere elastische Spannmittel
verwendet werden.
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Alternativ können jedoch alle Anpreßmittel verwendet
werden, die ein radiales Anpressen der Dichtungssegmente an das
Drehrohr gewährleisten. Ein
mögliches
alternatives Anpreßmittel
wäre z.B.
ein den Dichtungssegmentkranz vollständig einhüllendes Flachband mit einander überlappenden
Enden, welches seinerseits – z.B. über Seilzüge – unter Spannung
gehalten wird. Genauso können
die Dichtungssegmente auch über
diese umspannenden Zugseile selbst radial an die Dichtung angedrückt werden.
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Die Anpreßmittel können zum einen auf den Dichtungssegmenten
aufliegen, wie in 6 zu
sehen. Es kann jedoch auch in den Dichtungssegmenten 10 eine
geeignete Aussparung vorhanden sein, die das oder die Anpreßmittel
aufnimmt. Bei geeigneter Breite des Dichtungssegments können auch
mehrere Aussparungen vorhanden sein.
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Die Dichtungssegmente werden üblicherweise
mit einer Abdeckung und/oder Führung
auf ihrer drehrohrabgewandten Seite abgedeckt. Diese Abdeckung und/oder
Führung
besitzt dabei bevorzugt Schlitze bzw. Aussparungen, durch die der
Abrieb der Dichtung aus der Dichtung selbstentfernend ist, z.B.
indem er einfach herausfällt.
Dies verhindert. daß sich der
Abrieb zwischen den Überlappungsvorsprüngen festsetzt
und deren Beweglichkeit beeinträchtigt
oder sogar die Dichtungssegmente blockiert. Falls ein großer Teil
der drehrohrabgewandten Seite der Dichtungssegmente durch die Anpreßmittel abgedeckt
werden, enthalten diese bevorzugt ebenfalls Führungen und/oder Schlitze.
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6 zeigt – auschnittsweise
und nicht maßstabsgetreu – einen
Längsschnitt
durch eine Ausführungsform
eines indirekt beheizbaren Drehrohrofens mit montierter Dichtung.
An einem Beheizungstunnel 40 ist stirnendseitig ein erster
Haltering 42 angeordnet, der von einem zweiten Haltering 44 durch
einen Abstandshalter 46 getrennt ist. Die beiden Halteringe haben
dabei etwas radialen Abstand zum Drehrohr 20. Der Abstandhalter 46 ist
drehrohrfern derart angeordnet, daß zwischen dem Drehrohr 20 und
dem Abstandshalter 46 genügend Platz für die Dichtungssegmente 10 und
die Anpreßmittel 30 vorhanden
ist. Falls der Abstandskalter – wie
in 6 gezeigt – etwas
breiter ist als die Dichtungssegmente 10, werden die Dichtungssegmente 10 mittels
eines oder mehrerer Anpreßelemente
an den beheizungstunnelseitigen Halteringen 42 angedrückt. Dies
kann z.B. über eine
oder mehrere im Haltering 44 angeordnete Stellschrauben 48 geschehen.
Jedoch sind auch alle anderen Anpreßsysteme denkbar, die eine
dichtende Anlage der Dichtung an einer Stirnfläche ermöglichen. So kann z.B. die Breite
des Abstandshalters 46 exakt so bemessen sein, daß er der
Breite der Dichtungssegmente entspricht. Falls das Dichtungssegmentmaterial
komprimierbar ist, kann die Breite der Dichtung im Betrieb auch
durch die Breite des Abstandshalters 46 festgelegt sein,
indem die Dichtungssegmente zwischen die Halteringe eingepreßt werden.
Zudem kann der Haltering 42 Teil des Beheizungstunnels 40 sein.
Die Dichtungssegmente 10 müssen in jedem Fall am Beheizungstunnel 40 so
anliegen, daß in
seinem Innenraum befindliches Heizmedium, weiches die Dichtungssegmente 10 längs der
Drehrohrachse in Richtung des Pfeils B anströmt, diese nicht seitlich umströmen und
so in die Umgebung 52 gelangen kann.
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- 1
- Ring-Dichtungsanordnung
- 10
- Dichtungssegment
- 10A
- Dichtungssegment
- 10B
- Dichtungssegment
- 10C
- Beschichtung
- 12
- Überlappungsvorsprung
- 12A
- Dichtungssegment
- 12B
- Überlappungsvorsprung
- 14A
- Kontaktfläche
- 14B
- Kontaktfläche
- 14C
- Dichtflächen
- 14D
- Dichtflächen
- 20
- Drehrohr
- 30
- Anpreßmittel
- 32
- flachbanäförmige Abschnitte
- 34
- Feder
- 36
- Zugseil
- 40
- Beheizungstunnel
- 42
- erster
Haltering
- 44
- zweiter
Haltering
- 46
- Abstandshalter
- 48
- Stellschraube
- 50
- Innenraum
- 52
- Umgebung
- d
- Abstand