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Anordnung zum Abdichten einer durch Wechseldruck
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beaufschlagten Welle Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abdichten
einer durch positiven oder negativen Wechseldruck, d.h. also durch einen - relativ
zum Umgebungsdruck -Überdruck oder einen Unterdruck, der nachstehend auch kurz als
Vakuum bezeichnet ist, gegen ein Gehäuse o.dgl., insbesondere zum Abdichten einer
in einen sterilen sessel o.dgl. führenden Rührwerkswelle o.dgl., mit einer in der
Art einer Gleitringdichtung wirksamen Radialwellendichtung, r15c an ihrer dem Kessel
o dgl.
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zugekehrten einen Stirnseite mit dem Wechseldruck und an ihrer gegenüberliegenden
anderen Stirnseite mit einem hiervon abweichenden Druck, beispielsweise dem Luftdruck
der umgebenden ALmosphäre, beaufschlagt ist.
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Die Abdichtung von Wellen o.dgl., die beispielsweise bei Misch- bzw.
Homogenisiereinrichtungen, wie sie beispielsweise in der chemischen, pharmazeutischen
oder kosmetischen Industrie bei Rührwerkswellen von Rührwerkgetrieben vorkommen,
welche durch einen Deckel oder einen Glockenboden in einen Kessel o.dgl. hineinragen,
wo sie von dem betr(ffenden Produkt umspült werden, bereitet hinsichtlich ihrer
Dichtigkeit insbesondere dann verhältnismäßig große Schwierigkeiten, wenn in den
Kessel o.dgl. nicht nur ggf. sogar verhältnismäßig hohe Überdrücke auftreten können,
sondern wenn darüber hinaus - je nach der derzeitigen Betriebsweise - in dem Kessel
auch ein Unterdruck bzw. ein Vakuum auftreten kann, da ein solcher Betriebszustand
hinsichtlich der Abdichtungserfordernisse bzw. -eigenschaften völlig andere Anforderungen
stellt.
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Diese Schwierigkeiten machen sich um so mehr bemerkbar, als an die
Abdichtung derartiger an einem Ahschnitt von Wechseldruck beaufschlagten Wellen
schon deswegen in der Regel hohe Anforderungen zu stellen sind, weil (beispielsweise
in der Pharmazie) häufig ein steriler Betrieb im Kessel erforderlich und damit vorgeschrieben
ist, so daß insbesondere in derartigen Anwendungsfällen dafür Sorge getragen werden
muß, daß nicht etwa Fett oder sonstige Verunreinigungen durch den zwischen der Welle
und der Dichtung vorhandenen Spalt in den Kessel o.dgl. gelangen.
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Bisher sind derartige Dichtal,fgaben üblicherweise mittels bekannter
Gleitringdichtungen und Sperrflüssigkeit oder herkömmliche Radialwellendichtungen
o.dgl. mit einer Fettfüllung gelöst worden, wobei allerdings die 1,bensdauer di'3'artiger
Radialwellendichtungen, die schon aus Platzgründen beispie]sweise bei der Abdichtung
von Rührwerkswellen bevorzugt Verwendung gefunden haben, bei Wechseldruck, d.h.
abwechselnd unterschiedlichen überdruck- und Unterdruckzuständen im Kessel o.dgl.,
wegen des verhältnismäßig schnellen Trockenlaufens außerordentlich gering waren
und daher als unbefriedigend anzusehen sind.
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Man hat auch bereits versucht, bei derartigen Wechseldruck-Einsatzfällen
eine Beaufschlagung der erwähnten Fettkammern - ggf. auch geregelt bzw. gesteuert
-mit Fremddruck vorzunehmen, doch hat sich bei diesen bekannten Dichtanordnungen
herausgestellt, daß auch diese Lösungen nicht nur im Hinblick auf den für die Aufbringung
des Fremddruckes und ggf. dessen Regelung bzw. Steuerung zu treffenden Aufwand,
sondern auch im Hinblick auf die zwangsläufig vorhandene Zeitverzögerung nicht befriedigt,
wobei vor allem auch hinzukommt, daß bei diesen bekannten Dichtanordnungen im Falle
eines im Kessel o.dgl. vorhandenen überdruckes Fett nach innen in den Ressel austreten
und dort zu entsprechenden Verunreinigungen führen kann.
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Dabei ist zu berücksichtigen, daß die betrieblichen und damit die
konstruktiven Schwierigkeiten sich noch dadurch vergrößern, daß außer dem bereits
mehrfach erwähnten (unterschiedlichen) Druck in aller Regel auch im Kessel Temperaturen
herrschen, welche die Umgebungstemperatur ganz erheblich übersteigen.
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Der vorlienden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abdicileanordnung
der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, welche nicht nur eine höhere Standzeit
bzw.
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Lebensdauer aufweist und damit zu einer höheren Effektivität der betreffenden
Maschine führt, sondern die darüber hinaus auch das sog. Trockenlaufen mit einem
damit verbundenen Austreten von Schmiermittel in den betreffenden Kessel o.dgl.
und den damit verbundenen Verlust der betreffenden Charge verhindert, wobei diese
Effekte ohne gesonderte Steuer- und Regeleinrichtungen sowie etwaige Einrichtungen
zur Aufbringung eines Fremddruckes und praktisch ohne beachtliche Zeitverzögerung
bei sich ändernden Druckzuständen zu erreichen sein sollen und sichergestellt ist,
daß in jedem Betriebszustand ein auf das eigentliche Dichtelement der Dichtungsanordnung
einwirkender Differenzdruck aufrechterhalten bleibt, welcher die Dichtigkeit der
Dichtanordnung sicherstellt.
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Als Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß mit
axialem Abstand zu der mit dem Wechseldruck beaufschlagten ersten Stirnseite der
(ersten) Radialdichtung wenigstens eine zweite Radialdichtung angeordnet ist, daß
in dem zwischen den beiden Radialwellendichtungen gebildeten, kammerartigen Zwischenraum,der
außer von den beiden Radialdichtungen selbst von der Weile begrenzt ist, ein fließfähiges
Druckmittel wie beispielsweise Fett vorhanden ist, und daß der gegenseitige Axialabstand
der beiden Radialdichtungen veränderbar ist.
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Die Veränderung des gegenseitigen Radialabstandes der beiden Radialwellendichtungen
wird bevorzugt derart realisiert, daß die erste Radialwellendichtung in an sich
bekannter Weise fest im Gehäuse angeordnet ist, während die zweite Radialwellendichtung
axial verschiebbar
gehalten ist Hierfür kann die zweite Radialdichtung
in einem buchsenart-igen Haltemittel angeordnet sein, weiches aus einer Ausgangsstellung,
in welcher der größtmögliche gegenseitige Axialabstand zwischen den beiden Radialdichtungen
vorhanden ist, unter bestimmten Umständen, die weiter unten noch eiörtert sind,
in Richtung auf die erste Radialdichtung begrenzt verschiebbar ist.
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Um den vorzugsweise mit Fett gefüllten kaminerartigen Zwischenraum
zwischen den beiden Radialdichtungen in allen Betriebszuständen aufrechtzuerhalten,
ist die Anordnung bevorzugt so getroffen, daß die beiden Radialdichtungen in ihrer
angenäherten Relativstel]ung noch in einem gegenseitigen AxiaNabstand zueinander
stehen.
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Aus Gründen, die weiter unten noch im einzelnen erläutert sind, sind
die Radialdichtungen bevorzugt so angeordnet bzw. eingebaut, daß ihre Dichtlippen
einander zugekehrt sind, wobei sie mithin spiegelsymmetrisch zu einer zwischen ihnen
verlaufenden, senkrechten Ebene angeordnet sind, we]cher die jeweilige Dichtungslippe
zugekehrt ist.
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Das vorzugsweise aus Fett bestehende Druckmittel in dem kammerartigen
Zwischenraum zwischen den beiden Radialdichtungen steht vorzugsweise zu dem beispielsweise
dem Atmosphärendruck entsprechenden Druck der Umgebung unter einem überdruck, um
eine gewisse "Vorspannung" des Druckmittels zu erzielen, welches sich dann gleichsam
wie eine "Feder" verhält und dafür sorgt, daß stets eine Rückstellkraft vorhanden
ist, welche dazu tendiert, die beiden Radialdichtungen voneinander fortzubewegen
(bei einer Ausgestaltung mit feststehender erster Radialdichtung also die zweite
Radialdichtung von der ersten
Radialdichtung fort in Richtung auf
einen sJorharldenen Anschlag zu bewegen).
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Um eine Kontrol lmögli chkeit hinsichtlich des in dem kaminerartigen
Raum vorhandenen Druckes zu haben, kann eine Meßeinrichtung vorgesehen sein, mittels
welcher der in dem kainmerartigen Zwischenraum vorhandene Druck zu messen ist.
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Insbesondere bei größeren Maschinen kann darüber hinaus eine Steuereinrichtung
vorgesehen sein, mittels welcher der in dem kammerartigen Zwischenraum herrschende
Druck zu steuern bzw. zu regeln ist, und zwar derart, daß ein vorgegebener Minimalwert
dieses Druckes bei seinem Unterschreiten beispielsweise durch Nachfüllung mit Fett
stets wieder aufrechterhalten wird. Dabei ist es auch durchaus möglich, den in dem
kammerartigen Zwischenraum wirksamen Druck in Abhängigkeit von dem jeweiliyen Wechseldruck
zu steuern.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Teilschnitt
durch eine erfindungsgemäße Anordnung zum Abdichten einer in einen unter Wechseldruck
stehenden, sterilen Kessel führenden Rührwerkswelie in Ausgangsstellung, wobei diese
Stellung mit der bei Unterdruckbetrieb (Vakuum) im Kessel eintretenden Betr i cbsstellung
übereinstimmt; und
Fiy. 2 eine Darstellung gemäß Fig. 1, bei welcher
im Kessel Überdruck herrscht.
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Die Zeichnung zeigt eine Anordnung zum Abdichten einer durch (positiven
und negativen) Wechsel druck beaufschlagten Welle 1 gegen ein Gehäuse 2 am Beispiel
einer Rührwerkswelle, die von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Getriebe,
weiches in einem in Fig. 1 schematisch mit strichpunktierten Linien angedeuteten,
geschlossenen Kopfteil 3 eines Rührwerkes angeordnet ist.
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Unter dem Kopfteil 3 befindet sich ein ebenfalls mit einer strichpunktierten
Linie angedeuteter Kessel 4 des Rührwerkes, in welchen die Welle 1 von dem Kopfteil
3 hineinragt. Der Kessel 4 kann je nach dem jeweiligen Betriebszustand unter Überdrck
oder unter Unterdruck stehen, so daß die zwischen dem Kessel 4 und dem Kopfteil
3 abzudichtende Welle 1 in geeigneter Weise abzudichten ist. Dieser Abdichtung kommt
schon deswegen besondere Bedeutung zu, weil in dem Kessel 4 pharmazeutische Produkte
aufbearbeitet bz. verarbeitet werden, die eine sterile Umgebung erforderlich machen,
so daß auf jeden Fall vermieden werden muß, daß irgendwelche Verunreinigungen in
den Kessel 4 gelangen. Dieses Problem ist um so schwieriger, als in dem Kessel 4
außer den unterschiedlichen positiven und negativen Drücken während des Betriebes
Temperaturen herrschen, die erheblich über der Umgebungstemperatur liegen.
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Zur Schaffung einer für derartige Verhältnisse geeigneten Abdichtanordnung
ist an der mit Wälzlagern 6 gelagerten Welle 1 (von denen in der Zeichnung nur ein
Wälzlager 6
zu sehen ist) eine erste Radialwcl end i chtung 7 vorgesehen,
die an einer Schulter 8 des Gehäuses anliegt, und die an ihrer gegenüberliegenden
Stirnseite von einem Sprengring 9 gehalten ist, wobei die Dichtlippen der ersten
Radialdichtung 7 gemäß den Pfeilen 11 so angeordnet sind, daß sie an der dem Kessel
4 zugekehrten Stirnseite der ersten Radialdichtung 7 liegen, also dem Kopfteil 3
abgekehrt sind.
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Mit Abstand a zur ersten Sti l-nseite 12 der crsten Radialwellendichtung
7 ist eine zweite Radialwellendichtung 13 angeordnet, deren sich auf den Einbauzustand
bzw.
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die Ausgangsstellung beziehende Abstand a zu der ersten Radialdichtung
7 veränderbar ist.
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Hierfür ist die zweite Radialdichtung 13 in einer Buchse 14 angeordnet,
welche aus der in Fig. 1 dargestellten Ausgangsstellung axial in Richtung auf die
erste Radialdichtung 7 begrenzt verschiebbar ist. Die zweite Radialdichtung 13 liegt
mit ihrer ersten Stirnseite 16 an einem Abstreifring 17 an, der an einer Schulter
18 der Buchse 14 gehalten ist, und ist mit ihrer zweiten Stirnseite 19 in der Buchse
14 mit einem Sprengring 21 gehalten. Die Dichtlippe der zweiten Radialrichtung 13
ist gemäß den Pfeilen 22 der ersten Radialdichtung 7 zugekehrt, so daß die beiden
Radialdichtungen 7 und 13 mithin spiegelbildlich zu einer gedachten Ebene verlaufen,
die parallel zwischen ihnen durch einen kammerartigen Zwischenraum 23 verläuft,
welcher zwischen ihnen gebildet ist und außer von den Radialdichtungen 7 und 13
sowie der Welle 1 von Teilen des Gehäuses 2 begrenzt ist.
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Der kammerartige Zwischenraum 23 ist mit einem fließfähigen Druckmittel
24 gefüllt, bei dem es sich im vorliegenden Fall
um Fett handelt.
Das Fett 24 steht unter einem gewissen Druck und wird demgemäß bei der weiter unten
beschriebenen Arbeitsweise der Abdichtanordnung aufgrund seiner "Vorspannung" gleichsam
als Feder, d.h. es erzeugt bezüglich der Buchse 14 und damit der in der Buchse fest
angeordneten zweiten Radialwellendichtung 13 eine Rückstellkraft, welche dazu tendiert,
die Buchse 14 (und damit die zweite Radialdichtung 13) in die in Fig. 1 dargestellte
Ausgangsstellung zu bewegen.
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Um den Druck in dem kammerartigen Zwischenraum 23 überwachen zu können,
kann eine in der Zeichnung nicht dargestellte MeBeinricheung vorhanden sein. Diese
Meßeinrichtung kann weiterhin mit einer ebenfalls nicht dargestellten Steuer- bzw.
Regeleinrichtung verbunden sein, mittels welcher der in dem kammerartigen Zwischenraum
23 vorhandene Druck unter Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Minimaldruckes zu
steuern ist. Für den Fall, daß der vorgeschriebene bzw. vorgegebene Minimaldruck
aufgrund irgendwelcher Leckverluste o.dgl. des Fettes 24 verlorengehen sollte, kann
weiterhin eine in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte Fülleinrichtung vorhanden
sein, mittels welcher ggf. auch selbsttätig bzw. automatisch Druckmittel in den
Zwischenraum 23 nachzufüllen ist.
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Es sei noch darauf verwiesen, daß der in dem Zwischenraum 23 vorhandene
Druck ggf. in Abhängigkeit von dem Wechseldruck, d.h. also dem im Kessel 4 herrschenden
Druck, steuerbar bzw. regelbar sein kann.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist wie folgt:
Aufgrund
der Füllung des kammerartigen Zwischenraumes 23 zwischen den beiden Radialdichtungen
7 und 13 mit Fett 24 werden die beiden Radialdichtungen 7, 13 im Dichtslnne vorgespannt.
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Wird nun bei bestimmten Betriebszuständen im Kessel 4 ein Überdruck
erzeugt, so wirkt dieser Überdruck gemäß den links in Fig. 1 einyezeichneten Pfeilen
26 u.a. auch auf die Buchse 14 und verschiebt diese in Richtung auf den ersten Radialdichtring
7, so daß sich der Druck in dem kammerartigen Zwischenraum 23 entsprechend erhöht.
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Dabei sind die quer zur Axialrichtung verlaufenden Stirnflächen 27
und 28 der Buchse 14 so ausgelegt, daß stets noch ein Differenzdruck von beispielsweise
0,3 bar verbleibt.
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Wirkt nun dagegen im Kessel 4 kein überdruck, sondern ein Unterdruck
(Vakuum), so daß auf die Stirnfläche 28 der Buchse 14 mithin Druckkräfte wirken,
welche den Pfeilen 26 entgegengerichtet sind, so verbleibt die Buchse 14 in der
durch die Vorspannung des Fettes 24 erzeugten Ausgangsstellung bzw. Einbaulage,
wobei die beiden Radialdichtringe 7 und 13 selbsttätig über diese Fettvorspannung
dichtend schließen.
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Insgesamt schafft die erfindungsgemäße Abdichtanordnung mithin einen
selbsttätigen bzw. automatischen Druckausgleich hinsichtlich der Dichtungsstellen
unabhängig davon, ob der Wechseldruck im Kessel positiv oder negativ ist, wobei
sich die entsprechenden Betriebszustände jeweils unverzüglich ohne beachtliche Zeitverzögerung
einstellen. Damit geht vorteilhafterweise einher, daß der bei den bekannten Anordnungen
grundsätzlich vergleichbarer Art auftretende sog. "Pumpeffekt", der zu
einem
Trockcn]aufen durch austretendes Fett und damit in aller Regel zum Verlust der betreffenden
im Kessel 4 vorhandenen Charge geführt hat, vermieden ist. Außerdem wird durch die
günstige Beanspruchung der Radialwellendichtungen deren Lebensdauer erheblich erhöht
und es werden damit die Ausfallzeiten der betreffenden Maschine beachtlich herabgesetzt.
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BEZUGSZEICHENLISTE (LIST OF REFERENCE NUMERALS) 1 Welle 2 Gehäuse
3 Rührwerk-Kopfteil Kessel ~~~~~~~~~~~~~~ 4 - ~ 5 6 Wälzlager 6 7 erste Radialwellendichtung
7 8 Schulter (von 2; für 7) 8 9 Sprengring 9 10 10 11 Pfeile . 11 12 erste Stirnseite
(von 7) 12 13 zweite Radialwellendichtung 13 14 Buchse 14 15 - 15 16 erste Stirnseite
(von 13) 16 1? Abstreifring 17 18 Schulter (von 14) 18 19 zweite Stirnseite (von
13) 19 20 - 20 21 Sprengring 21 22 Pfeile 23 kammerartiger Zwischenraum 24 Fett
24 25 - 25 Pfeile 26 2? Stirnfläche (von 14) 28 Stirnfläche (von 14) 28 29 - 29
30 - 30