DE2536339A1 - Wellenabdichtvorrichtung - Google Patents

Description

Pall 1

1220

U. AUG.

Novindustra AG₃ Basel (Schweiz)

Wellenabdichtvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenabdichtvorrichtung j- die insbesondere zur Abdichtung eines Wellendurchtritts im Grenzbereich zweier aneinander grenzender Räume unterschiedlichen Druckes dient. Dabei ist mindestens ein Dichtring vorgesehen, welcher mit seinem Umfang in einem die Wellen umgebenden Halterungsteil eingespannt ist.

30.7.75/HE/gl

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Es gibt in der chemischen, pharmazeutischen und kosmetischen Industrie zahlreiche Anwendungsfälle für Wellendichtungen, welche die Dichtheit eines Wellendurchtritt s durch eine Gehäusewand gewährleisten müssen. Dabei herrschen in vielen Anwendungsfällen zu beiden Seiten der Gehäusewand unterschiedliche Drücke, was die an sich schon schwierige Abdichtung der oft mit hoher Drehzahl umlaufenden Welle weiter erschwert.

Zum Stande der Technik gehören Gleitringdichtungen, deren abdichtende Gleitflächen senkrecht zur Wellenachse angeordnet sind. Die zur Dichtwirkung erforderliche Kraft wird im allgemeinen durch Federn bewirkt. Die üblichen Paarungen der aufeinander gleitenden Werkstoffe können beispielsweise Kohle auf gehärtetem Stahl oder Phenolharzmassen auf Gusseisen umfassen.

Diese Gleitringdichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie sieh bei hohen Drehzahlen der Welle relativ rasch erwärmen und dann ausserdem einen hohen Verschleiss zeigen und daher häufig ersetzt werden müssen.

Zum Abdichten von Gehäusen, welche unter Druck bzw. unter Vakuum stehen, verwendet man auch die bekannten Stopfbuchsen. Diese weisen Packungen auf, welche durch Nachziehen der Stopfbüchsenbrille gegen die Welle gepresst werden und dadurch die Abdichtung

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gewährleisten. Abgesehen davon,dass diese Stopfbuchsen in regelraässigen Abständen immer wieder nachgezogen werden müssen, ergibt sich durch die direkte Reibung der Stopfbüchsenpackungen auf der Welle im Laufe der Zeit eine Materialabtragung, was sich durch unangenehme Rillenbildung an der Wellenoberfläche bemerkbar macht.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wellendichtung zu schaffen, welche sich ohne weiteres für Wellen verwenden lässt, die beispielsweise mit einer Drehzahl von 3OOO UpM umlaufen und ausserdem zur Abdichtung von Gehäusen verwendet werden können, die entweder unter einem Ueberdruck oder unter einem Vakuum stehen.

Man hat das Heisslaufen der Dichtungen bei derart hochtourigen Wellen bereits dadurch zu vermeiden versucht, dass der gesamte Dichtungsapparat einschliesslieh des abgedichteten Wellenabschnittes von einem Kühlmedium umströmt wurde. Derartige Konstruktionen sind aber aufwendig und bringen ferner das Risiko mit, dass das Kühlmedium in den abzudichtenden Behälter eindringt und sich mit den im Behälter befindlichen Substanzen vermischt.

Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Wellenabdichtvorrichtung soll die erwähnten Nachteile dadurch vermeiden, dass der bzw.

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jeder Dichtring aus einem elastischen, bis mindestens 100° C wärmebeständigen Kunststoff·besteht und mit seiner gegen die V/ellenachse weisenden Dichtfläche auf einer gegen die Wellenachse geneigten Kreisringfläche aufliegt.

Zweckmässigerweise ist am Umfang der Welle ein Abdichtflächenträger drehstarr befestigt, welcher zwei zur V/ellenachse geneigte Kreisringflächen aufweist, die symmetrisch zu ihrer gemeinsamen Mittelebene liegen, wobei der gegenseitige Abstand der beiden Kreisringflächen in Richtung der V/ellenachse zunimmt und auf jeder Kreisringflache die Dichtfläche mindestens eines

Dichtringes auflegt.

Vorteilhafterweise ist der Dichtflächenträger

ein aus einem verschleissfesten Kunststoff, insbesondere einem Polyamid, bestehender Rotationskörper, der mittels eines elastisch vorgespannten Sicherungsorganes in einer Ausnehmung der Welle verankert sein kann.

Dabei kann es zweckmässig sein, dass der bzw. jeder Dichtring eine kreisförmige, konzentrische Rille oder Kerbe aufweist, die das Verbiegen des Dichtringes und damit dessen Anpassung an die genannte Kreisringfläche erleichtern soll.

Der erwähnte Abdichtflächenträger ist zweckmässigerweise von einem Gehäuse umschlossen, dessen der

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Welle benachbarte Teile die Welle nabenförmig mit Spiel umgeben zu dem Zwecke, dass sich das Gehäuse nach dem Lösen einiger Schrauben von der Welle abziehen lässt und dabei den Abdichtflächenträger mitnimmt.

Das Gehäuse kann dreiteilig ausgebildet sein, wobei die beiden"Dichtringe mit Vorteil in kreisringförmigen, zwischen den drei Gehäuseteilen ausgesparten Ausnehmungen gehalten sein können.

Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstarides veranschaulicht .

Fig. 1 zeigt anhand einer vereinfachten Schnittdarstellung die Durchtrittsstelle einer Rührwerkswelle an einem Behälter und Fig. 2 und 3 zeigen je eine konstruktive Variante.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Deckel 1, der zu einem nicht dargestellten Behälter gehört. Dieser Behälter kann beispielsweise dazu dienen, dass in ihm befindliche Substanzen mit einem Ueberdruck oder mit einem Vakuum gerührt v/erden müssen. Zu diesem Zwecke weist der Deekel 1 eine zentrale Ausnehmung 2 auf, auf deren Randbereich eine zylindrische Büchse 3 aufsitzt. Die Büchse 3 übergreift den Behälterrand mittels einer Schulter 4 und die entstehende Fuge ist mittels eines O-Ringes 5 abgedichtet. Eine in den Behälter

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hineinragende Rührvjerkswelle 6 ist innerhalb der Büchse 3 mittels eines Kugellagers 7 drehbar gelagert und an ihrem oberen., nicht sichtbaren Ende mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden. Am untern, in den Behälter eintauchenden Ende der Welle 6 ist ein ebenfalls nicht dargestelltes Rührwerk, das dem Fachmann hinreichend bekannt ist, befestigt.

Auf der Welle 6 befindet sich ein Rotationskörper 8, welcher zwei zu einer Mittelebene E symmetrisch angeordnete Kreisringflächen 9 und 10 aufweist, welche zur Wellenachse 11 unter einem Winkel α geneigt sind. Der Rotationskörper 8 besteht vorzugsweise aus einem verschleissfesten und bis mindestens 100 wärmebeständigen Kunststoff, beispielsweise einem Polyamid, und weist an seiner zylindrischen Innenfläche zv/ei Ringnuten zur Aufnahme zweier O-Ringe 12 und I3 auf. In einer radial gegen die Wellenachse 11 gerichteten Bohrung des Rotationskörpers 8 ist eine Arretierschraube I^ angeordnet, welche über eine Feder 15 auf eine Mitnehmerkugel 16 drückt. Die Mitnehmerkugel 16 ragt in eine halbkugelförmige Ausnehmung der Welle 11 und arretiert damit den Rotationskörper 8 auf der Welle, so dass eine Relativbewegung dieser beiden Teile nicht möglich ist.

Die kreiszylindrische Büchse 3 weist an

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ihrem dem Behälter 1 zugex^andten Endabschnitt eine Ausnehmung 17 aufj in welcher ein Gehäuse l8 befestigt ist. Dieses Gehäuse l8 setzt sich aus einem Mittelteil l8b und zwei äussern Abschnitten l8a und l8c zusammen, wobei die drei Teile durch mehrere, am Umfang des Gehäuses symmetrisch angeordnete Schrauben 19 zusammengehalten sind.

Zwischen dem Mittelteil l8b und den beiden äusseren Abschnitten l8a bzw. l8c ist jeweils eine ringförmige Ausnehmung vorgesehen, in welche eine Ringdichtung 20 bzw. 21 hineinragt. Die beiden gegenüber der Ebene E symmetrisch angeordneten Ringdichtungen 20 und 21 sind ebenfalls durch die Schrauben 19 gehalten und weisen an ihren einander zugewandten Flächen je einen Einschnitt 20a bzw. 21a auf. Die vorderen Kanten 20b bzw. 21b der beiden Ringdichtungen liegen auf den Kreisringflächen 9 bzw. 10 des Rotationskörpers 8 und schleifen somit auf demselben während der Rotationsbewegung der Welle 11.

Die beiden Ringdichtungen 20 und 21 bestehen aus einem verschleissfesten Kunststoff, welcher bis mindestens 100° C wärmebeständig ist und ausserdem eine gewisse Elastizität aufweisen soll, so dass er aufgrund dieser Eigenelastizität ständig gegen die ihm zugewandte Kreisringfläche 9 bzw. 10 gedrückt wird. Die Einschnitte

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ORIGINAL INSPECTED

20a und 21a dienen dazu, dass der Ring sich leichter deformieren lässt und damit der gezeichneten Schräglage besser anpasst.

Das Gehäuse 18 wird in seiner Lage durch einen Rundflansch' 22 gehalten, der von unten gegen die Peripherie der Oeffnung 2 mittels Schrauben 23 angeschraubt ist. In dem Rundflansch 22 ist eine Ausnehmung 24 vorgesehen, innerhalb welcher sich ein Schleuderring 25 befindet.

Die Schraube 27 bzw. die Gewindebohrung

26 dienen zur Montage bzw. Demontage des Rotationskörpers 8 auf der Welle 6. Mit der Schraube

27 und einer zrusätz liehen, in die Gewinde bohrung 26 einschraubbaren zweiten Schraube lässt sich nämlich der Rotationskörper 8 von Hand drehen; hält man dabei die "YeHe 6 fest, dann löst sich die Arretierungskugel l6 aus der entsprechenden Ausnehmung der Welle und der Rotationskörper 8 kann von der Welle abgezogen werden. Dies erfolgt dadurch, dass man das Gehäuse nach dem Entfernen des Rundflansches 22 nach unten herauszieht, wobei der Flansch 28 des oberen Gehäuseabschnittes l8a auf die Oberkante 29 des Rotationskörers 8 auftrifft und den Rotationskörper mitnimmt.

Die beschriebene Dichtungsvorrichtung lässt sich zum Abdichten des Wellendurchtrittes verwenden.

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unabhängig davon, ob in dem Behälter ein Ueberdruck oder ein Vakuum herrscht. Bei Ueberdruck drückt dieser die untere Ringdichtung 21 gegen die Kreisringfläche ΙΟ* während bei einem Vakuum die obere Kreisrihgdichtung 20 durch den Atmosphärendruck gegen die Kreisringfläche 9 gepresst wird. In beiden Fällen ist eine sichere Abdichtung gewährleistet.

Dank der leichten Ausbaubarkeit kann die Dichtvorrichtung auf einfachste Weise und in kürzester Frist gereinigt werden. Die Lager 7 sind vor Verunreinigungen gut geschützt, da sie mit den im Behälter befindlichen Substanzen nicht in Berührung kommen können.

Die Büchse 3 kann aus gewöhnlichem Stahl hergestellt werden, da sie ebenfalls mit den eventuell korrodierenden Substanzen, die sich im Behälter befinden, nicht in Berührung kommt.

Eine Kühlung der Dichtringe, bzw. der Kreisringflächen 9 und 10 ist, wie Versuche gezeigt haben, selbst bei höheren, über 3000 UpM liegenden Drehzahlen nicht erforderlich. Der Verschleiss der Ringdichtungen 20 und 21 ist minimal, da deren Anpressdruck erst nach dem Anlegen des Ueberdruckes bzw. Vakuums im Behälter erzielt wird. Dank der Anordnung des Schleuderringes 25 werden die eventuell im Viellenspalt nach unten fallenden Teile vom Schleuderring unter der Einwirkung

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der Zentrifugalkraft nach aussen geschleudert und bleiben Innerhalb der Ausnehmung 2H₃ sodass sie nicht ins Innere des Behälters gelangen können.

Die beschriebene Dichtungsvorrichtung ist gegen Vibrationen sehr unempfindlich, ausserdem ist sie von robuster und unkomplizierter Konstruktion und weist keinerlei Teile auf, welche kurzfristig ersetzt werden mussten.

Der Winkel α beträgt bei einer bevorzugten Ausführungsform 50 - 70°, kann jedoch je nach Material, Formgebung und Anordnung der Dichtringe 20 und 21 gewählt werden.

Die Variante gemäss Fig. 2 entspricht im wesentlichen der bereits beschriebenen Ausführungsform, weshalb die bereits eingeführten Bezugszeichen für die gleichgebliebenen Teile beibehalten wurden. Im.Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 1 sind hier jedoch zwei Paar Dichtringe 30/31 vorgesehen, was selbstverständlich eine bessere Gasdichtheit gewährleistet.

Falls die Anwendung eines Vakuums in dem betreffenden Behälter nicht ins Auge gefasst ist, könnte die be-'schriebene Dichtvorrichtung gegebenenfalls lediglich eine einzeige Ringdichtung aufweisen. In solchen Fällen würde demnach die in Fig. 1 mit 21 dargestellte Ringdichtung genügen. Beim Anlegen eines Vakuums innerhalb des Behälters

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müssen jedoch erfahrungsgeraäss immer zwei Dichtungen vorgesehen sein.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Dichtungsringe 20, 21 bzw. 30, 31 aus einem elastischen und wärmebeständigen Kunststoff, der auf dem Markt unter der Bezeichnung "Unifolia" erhältlich ist.

Das Gehäuse l8 besteht zweckmässigerweise aus einem Thermoplast, beispielsweise dem auf dem Markt unter der Bezeichnung "uitradul B 455o" erhältlichen.

Eine weitere Variante des Erfindungsgedankens ist in Fig. 3 dargestellt. Die Schnittdarstellung zeigt eine Welle 6, die in diesem speziellen Falle zum Antrieb eines Lödige-Mischers dient, in welchem ein Substanzgemisch unter einem Ueberdruck von beispielsweise 4 atü gerührt wird. Der Eintritt der Rührwerkswelle 6 ist durch eine in ihrer Gesamtheit mit 29' bezeichnete Abdichtvorrichtung abgedichtet, die durch einen strichpunktiert angedeuteten Ring 30' gehalten wird.

Am Umfang der Welle 6 'ist auch in diesem Falle ein Dichtflächenträger 8 angeordnet, der drei gegen die Wellenachse geneigte kegelstumpfförmige Dichtflächen 32, 33 und 3*1 besitzt. Der Dicht flächenträger 8 ist drehstarr mit der Welle 6 verbunden, z.B. in

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bekannter Weise mit Hilfe eines nicht dargestellten Mitnahmekeiles.

Ein den Dichtflächenträger 8 umgebendes, in seiner Gesamtheit mit 18 bezeichnetes Gehäuse weist zwei an der Stelle 37 miteinander verschraubte Gehäuseteile und 36 auf. In einer ringförmigen, an der Innenwand des Gehäuseteiles 35 ausgesparten Ausnehmung 38 sind drei Halteringe 39, 40, 4l angeordnet, die zur Halterung dreier Dichtringe 42, 43, 44 dienen. Die Dichtringe 42, 43, 44 liegen mit einem Teil ihrer freien Oberfläche auf den Dichtflächen 32, 33 und 34 auf und werden beim Betrieb des Mischers durch den einseitig wirkenden Ueberdruck gegen die Dichtflächen gepresst, womit eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet ist.

Zur Vermeidung von Leckverlusten sind ferner am Dichtflächenträger 8 und am Gehäuseteil 36 O-Ringe 45 und 46 angeordnet.

Claims (6)

1. - 13 Patentansprüche

   Wellenabdichtvorrichtung, insbesondere zur Abdichtung eines Wellendurchtritts im Grenzbereich zweier aneinander grenzender Räume unterschiedlichen Druckes, mit mindestens einem Dichtring, welcher mit seinem Umfang in einem Halterungsteil eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. jeder Dichtring (20, 21, 30, 31) aus einem elastischen, bis mindestens 100 ⁰C wärmebeständigen Kunststoff besteht und mit seiner im Einbauzustand gegen die Wellenachse (11) weisenden Dichtfläche auf einer gegen die Wellenachse geneigten Kreisringfläche (9, 10) aufliegt, die am Umfang eines auf die Welle aufschiebbaren Dichtflächenträgers (8) angeordnet ist.
2. 2. Wellenabdichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtflächenträger (8) am Umfang der Welle (6) drehstarr befestigbar ist und zwei zur Wellenachse (9) geneigte Kreisringflächen (9, 10) aufweist, die symmetrisch zu ihrer gemeinsamen Mittelebene (E) liegen, wobei der gegenseitige Abstand der beiden Kreisringflächen in Richtung der Wellenachse (11) zunimmt und auf jeder Kreisringfläche die Dichtfläche (20b, 21b) mindestens eines Dichtringes (20, 21 ..) aufliegt.

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3. 3) Wellenabdichtvorrichtung nach

   Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtflächenträgor (3) ein aus einem verschleissfesten
   Kunststoff, insbesondere einem Polyamid, bestehender
   Rotationskörper ist, der mittels eines elastisch vorgespannten Sicherungsorganes(l6) in einer Ausnehmung
   der Welle (6) verankert ist.
4. 4) Wellenabdichtvorrichtung nach
   einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

   gekennzeichnet, dass der bzw. jeder Dichtring (20, 21) eine kreisförmige, konzentrische- Rille (20a, 21a) aufweist, die das Verbiegen des Dichtringes und somit dessen Anpassung an die genannten Kreisringflächen erleichtern soll.
5. 5) Wellenabdichtvorrichtung nach

   Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtflächenträger (8) von einem Gehäuse (l8) umschlossen ist, dessen der Welle (6) benachbarte Teile (28) die Welle
   nabenförmig mit Spiel umgeben zu dem Zwecke, dass sich das Gehäuse (l8) nach dem Lösen einiger Schrauben (23) von der Welle abziehen lässt und dabei den Dichtflächenträger mitnimmt.
6. 6) Wellenabdichtvorrichtung nach

   Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte
   Gehäuse (l8) dreiteilig ausgebildet ist und die beiden

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   Dichtringe (20, 21) in kreisringförmigen, zwischen den drei Gehäuseteilen (l8a, l8b, l8c) ausgesparten Ausnehmungen gehalten sind.

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