DE3742521C1

DE3742521C1 - Zellenradschleuse

Info

Publication number: DE3742521C1
Application number: DE3742521A
Authority: DE
Inventors: Dieter Heep; Paul Vogel; Anton Dipl-Ing Mutscheller
Original assignee: Waeschle Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Waeschle GmbH
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-04-13
Also published as: GB2213881B; NL192787B; NL192787C; NL8803001A; CH677354A5; FR2624487A1; JP2650992B2; IT1227481B; IT8822686A0; US4915265A; JPH01197226A; ATA291888A; GB2213881A; AT395842B; GB8828773D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Zellenradschleuse der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Bei dieser diesseits seit einiger Zeit hergestellten und vertriebenen Zellenradschleuse besteht der Gleit ring aus einem PTFE-Kunststoff und dient zur Abdichtung der jeweiligen Kammern zwischen den Seitenscheiben des Zellenrades und den Lagerdeckeln gegen das Eindringen von staubförmigen Anteilen des Schüttgutes und zur Ver hinderung einer Leckluftströmung, die anderenfalls bei einem zwischen der Einlaufseite und der Auslaufseite der Schleuse bestehenden Differenzdruck durch diese Kammern hindurch entstehen würde. Hierzu wird der Gleitring mittels mehrerer über den Umfang des be treffenden Lagerdeckels verteilt angeordneter und sich gegen diesen abstützender, vorgespannter Schrauben druckfedern gegen die betreffende Seitenscheibe gedrückt. Es hat sich gezeigt, daß die Reibungsbedingungen und die Kräfte, die im Bereich der aufeinander gleitenden Flächen von Gleitring und Seitenscheibe entstehen, schwierig vorherzusagen bzw. im vorhinein zu berech nen sind, da sie von zahlreichen Einflußgrößen die zudem teilweise auch zeitabhängig veränderlich sind, abhängen, so etwa von der Materialpaarung Gleitring/ Seitenscheibe, der Druckdifferenz zwischen Einlaufseite und Auslaufseite der Schleuse und dem Verschleißzustand des Gleitrings. Hinzu kommt, daß die Schraubendruckfedern im Bereich ihrer jeweiligen Auflagefläche auf dem Gleit ring örtliche Durchbiegungen bewirken und daß die Vor spannung dieser Schraubendruckfedern und damit die Anpreßkraft des Gleitrings an die zugehörige Seiten scheibe mit zunehmendem Verschleiß des Gleitrings abnimmt.

Aus der DE-PS 36 23 454 ist eine Zellenradschleuse bekannt, in deren Zellenradstegen zur radialen Ab dichtung Dichtleistenanordnungen vorgesehen sind, deren jede in einem zu der Zellenradwelle parallelen Führungsschlitz sitzt und die gegen die Innenwand des Schleusengehäuses mittels einer Anpreßkraft angedrückt werden, die durch eine zentrale Verstelleinrichtung erzeugt wird. Hierzu ist die Zellenradwelle als Hohlwelle ausgebildet und nimmt eine axial verschiebbare und durch eine Schraubendruck feder belastete Verstellstange auf, die wenigstens zwei axial voneinander beabstandete Kegelflächen aufweist, auf denen die Enden von Schubstangen aufsitzen, die in Bohrungen der Zellenradstege geführt sind und mit ihren außenliegenden Enden die Dichtleistenanordnungen radial nach außen drücken. Der so erzeugten Anpreßkraft ent gegen wirkt je Dichtleistenanordnung eine Rückstell kraft, die durch weitere Schraubendruckfedern erzeugt ist und das Bestreben hat, die Dichtleistenanordnungen zurück in die sie aufnehmenden Führungsschlitze in den jeweiligen Zellenradstegen zu drücken. Das Zellenrad dieser Schleuse hat daher einen vergleichsweise kompli zierten Aufbau. Im übrigen nimmt auch hier die radiale Anpreßkraft der Dichtleistenanordnungen mit zunehmendem Verschleiß der eigentlichen Dichtleisten ab, da sich die Vorspannung der zentralen, die Verstellstange belasten den Schraubendruckfeder mit deren zunehmenden Längung vermindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Zellenradschleuse der eingangs genannten Gattung die axiale Abdichtung zwischen den jeweiligen Gleitringen und den zugehörigen Seitenscheiben des Zellenrades zu verbessern und gleichzeitig eine radiale Abdichtung zwi schen den Zellenradstegen und der von ihnen überstriche nen Innenwand des Schleusengehäuses zu schaffen, die konstruktiv einfacher als bei der aus der DE-PS 36 23 454 bekannten Schleuse ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kenn zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Kern der Erfindung besteht hierbei darin, die Gleitringe mit einer konstanten Anpreßkraft zu beauf schlagen und auf relativ zu dem Zellenrad verdrehbar angeordnete Gleitscheiben aufliegen zu lassen, die in einer exzenterähnlichen, kraftschlüssigen Verbindung mit den Dichtleistenanordnungen stehen, so daß die im wesentlichen in Umfangsrichtung wirkende Reibkraft zwischen dem jeweiligen Gleitring und der zugeordneten Gleitscheibe bestrebt ist, die Gleitscheibe entgegen der Laufrichtung des Zellenrades zu verstellen und damit die Dichtleistenanordnungen radial nach außen drückt, also die für diese erforderliche Anpreßkraft erzeugt.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Zellenradschleuse sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.

Hervorzuheben ist die Ausführungsform nach Anspruch 7, denn hierdurch wird mit geringem konstruktiven Aufwand eine über den Umfang völlig gleichmäßig auf die Gleit ringe wirkende Anpreßkraft erzeugt.

Sofern die Verdrehsicherung und Hubbegrenzung für die Gleitringe in der im Anspruch 8 angegebenen Art als Bolzen ausgebildet ist, der gleichzeitig zur Anzeige des Verschleißzustandes dienen kann, läßt sich eine unerwünschte Druckentlastung des Gleitringes an der Eingriffsstelle des Bolzens in der im Anspruch 9 ange gebenen Weise verhindern.

Bei einer weiteren, im Anspruch 10 angegebenen, bevor zugten Ausführungsform wird die Konstanz der Anpreß kraft, die den Gleitring gegen die Gleitscheibe hält, in konstruktiv einfacher Weise dadurch sichergestellt, daß der Gleitring in vorzugsweise periodischen Abstän den kurzzeitig mit einer gegenüber der Anpreßkraft höheren Verstellkraft beaufschlagt wird, die so bemessen ist, daß die Haftreibung zwischen dem Gleitring und seinen Führungen mit Sicherheit überwunden wird. Da die Verstellkraft nur kurzzeitig wirkt, verursacht sie keinen erhöhten Verschleiß des Gleitringes. Sie ver hindert indessen zuverlässig, daß der Gleitring sich infolge über seinen Umfang unterschiedlich hoher Haft reibungskräfte in seinen Führungen verkantet. Diese Maß nahme ist besonders bei Gleitringen auf PTFE-Basis wich tig, da deren Anpreßkraft innerhalb eines verhältnis mäßig schmalen Bereiches konstant gehalten werden muß, wenn ein optimaler Kompromiß zwischen Verschleißverhal ten und Abdichtwirkung erreicht werden soll.

Vor allem bei Verwendung der Schleuse zur Förderung sehr abrasiver Schüttgüter empfielt sich als zusätzliche Vorsichtsmaßnahme die im Anspruch 11 angegebene Beauf schlagung der Kammern zwischen den Lagerdeckeln und den Seitenscheiben mit einem Sperrfluid.

In der Zeichnung ist eine Zellenradschleuse nach der Erfindung in einer beispielsweise gewählten Ausführungs form schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen halben Längsschnitt durch die. Zellenradschleuse,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstel lung des Zellenrades und der wichtigsten Teile für dessen Abdichtung,

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt entspre chend dem Bereich X in Fig. 1 und

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt entspre chend dem Bereich Y in Fig. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Zellenradschleuse besteht aus einem Gehäuse 1 mit einer oberseitigen Einlauföffnung 2 und einer unterseitigen Auslauföff nung 3. In dem zylindrischen Innenraum des Gehäuses 1 befindet sich ein Zellenrad 4 (vergleiche Fig. 3) dessen Welle 5 in dem Gehäuse 1 über seitliche Lagerdeckel drehbar gelagert ist, von denen in Fig. 1 lediglich der Lagerdeckel 6 zu sehen ist.

Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, umfaßt das Zellenrad 4 fest mit der Welle 5 verbundene, abwechselnd angeordnete schmale Zellenradstege 7 a und breite Zellenradstege 7 b. Die breiten Zellenradstege 7 b haben Führungsschlitze oder Führungsnuten B zur Aufnahme je einer Dichtleistenanordnung 9 bestehend aus einer Dichtleiste 9 a und einem damit in klauenartigem Eingriff stehenden Dichtleistenträger 9 b. Die Zellen radstege 7 a und 7 b erstrecken sich zwischen Seitenscheiben, die jeweils zweigeteilt sind, nämlich aus einer fest mit der Welle 5 verbundenen Platte 10 und einer auf dieser verdrehbar jedoch abgedichtet gelagerten Gleitscheibe 11. Die beiden Gleitscheiben 11 sind an ihrer innenseitigen Stirnfläche mit Nuten 12 versehen, die mit der Umfangs richtung einen Winkel einschließen, uzw. so, daß der Anfang jeder der Nuten 12 einen kleineren radialen Ab stand von der Welle 5 hat als das Ende der gleichen Nut und dieses Ende, bezogen auf die Drehrichtung des Zellen rades 4, dem Nutanfang voreilt.

Die Zahl der Nuten 12 ist gleich der Zahl der Dichtlei stenanordnungen 9. Jeder Dichtleistenträger 9 b trägt an seinen beiden seitlichen Stirnflächen je einen axial gerichteten Mitnehmerbolzen 13, der in die betref fende Nut 12 eingreift. Durch Verdrehung der Gleitscheiben 11 entgegen der Drehrichtung des Zellenrades 4 werden mithin die Dichtleistenanordnungen 9 in den Führungs schlitzen 8 der betreffenden Zellenradstege 7 radial nach außen gedrückt und gegen die zylindrische Innen wand des Schleusengehäuses 1 gepreßt. Diese radiale Abdichtung wird mit Hilfe der Reibkraft erzeugt, die durch die axiale Abdichtung des Zellenrades 4 entsteht.

Die axiale Abdichtung erfolgt mittels Gleitringen 14, vgl. Fig. 1, 3 und 4. Die Gleitringe 14, die z.B. aus einem Kunststoff auf PTFE-Basis bestehen, sind hierzu zwischen dem betreffenden Lagerdeckel 6 und einem mit diesem abgedichtet verbundenen Führungsring 15 durch O-Ringe 16 abgedichtet geführt und nach Art eines Ring kolbens ausgebildet, der von seiner nach außen weisenden Stirnfläche 14 a her mit einem Druckfluid, vorzugsweise mit Druckluft, über einen im dem Lagerdeckel 6 vorge sehenen Anschluß 17 beaufschlagbar ist.

Um den Gleitring 14 gegen Verdrehung zu sichern, ist gemäß Fig. 5 in den Gleitring 14 ein Bolzen 18 eingeschraubt, der sich durch den Lagerdeckel 6 hindurch nach außen erstreckt. Dieser aus dem Lagerdeckel 6 herausreichende Teil des Bolzens 18 dient gleichzeitig als Anzeige für den Verschleiß des Gleitringes 14. Zur Hubbegrenzung ist am Ende des Bolzens 18 eine Scheibe 19 angeordnet, die am Ende der Lebensdauer des Gleitringes 14 zur Auflage auf eine Schulter 20 a einer transparenten Kappe 20 gelangt, die den aus dem Lager deckel 6 herausragenden Teil des Bolzens 18 druckdicht umschließt. Die außenliegende Stirnfläche des Bolzens 18 wird daher mit dem gleichen Druck wie der Gleitring 14 beaufschlagt. Würde man den Bolzen 18 lediglich abge dichtet durch den Lagerdeckel 6 hindurch nach außen führen, so würde demgegenüber der Gleitring 14 auf einer dem Einschraubquerschnitt des Bolzens 18 entsprechenden Fläche druckentlastet.

Beaufschlagt man nun den Ringraum 21 (vgl. Fig. 4) der durch den Lagerdeckel 6 und den Führungsring 15 gebildeten Axialnut, in der der Gleitring 14 aufgenommen ist, über den Anschluß 17 mit Druckluft, so wird der Gleitring 14 mit seiner keilförmig verlaufenden, inneren Stirnfläche 14 b gegen die im gleichen Sinne keilförmig verlaufende Umfangsfläche der Gleitscheibe 11 gepreßt. Durch die keilförmige Berührung wird erreicht, daß der Gleitring 14 sicher an der Innenfläche 1 a des Gehäuses 1 bzw. der inneren Umfangsfläche des Lagerdeckels 6 gehalten wird. Die gegeneinander gleitenden Flächen des Gleit ringes 16 und der Gleitscheibe 11 lassen eine im wesent lichen in Umfangsrichtung gerichtete Reibkraft entstehen, die bestrebt ist, die Gleitscheibe 11 entgegen der Drehrichtung des Zellenrades 4 zu verdrehen. Um diese Verdrehung zu ermöglichen, ist die Gleitscheibe 11 lose in einer Ausdrehung eines mit der Platte 10 verschraubten Zentrierringes 22 gehalten und stützt sich gegen die Platte 10 über Kugelführungen ab. Gemäß Fig. 5 umfaßt jede Kugelführung eine als flache Nut 10 a aus gebildete Führungsbahn in der Platte 10 und eine Kugel 23, die in einer Bohrung 11 a der Gleitscheibe 11 nahezu vollständig aufgenommen ist und lediglich um einen geringen, mittels einer Justierschraube 24 einstellbaren Betrag über die innere Stirnfläche der Gleitscheibe 11 vorsteht. Die Abdichtung zwischen der Platte 10 und der Gleitscheibe 11 besorgt ein O-Ring 25. Die Verdrehung der Gleitscheibe 11 gegenüber der Platte 10 bewirkt - wie bereits beschrieben - über die Mitnehmerbolzen 13 in den schräg verlaufenden Nuten 12, daß die Dichtleistenanordnungen 9 aus der in den Figuren bei stillstehender Schleuse dargestellten Lage radial nach außen gedrückt werden und die gewünschte Abdichtung zwischen den Zellenradstegen 7 b und der Innenwand 1 a des Schleusengehäuses 1 erzeugen. Die Größe der auf diese Weise erzeugten radialen Anpreßkraft hängt selbstver ständlich von der Neigung der Nuten 12 und von dem Reibungskoeffizienten zwischen dem Gleitring 14 und der Gleitscheibe 11 ab, jedoch ändert sich die radiale Abdichtung stets gleichlaufend mit der axialen Abdichtung. Die Güte dieser Abdichtung ist im Prinzip nicht mehr vom Verschleißzustand der betreffenden Dichtelemente abhängig.

Allerdings ist zu berücksichtigen, daß zwischen den gegeneinander beweglichen Teilen Haftreibungskräfte auftreten, die bekanntlich größer als die entsprechenden Gleitreibungskräfte sind. Zur Überwindung dieser Haft reibungskräfte empfiehlt es sich daher, den auf die Gleitringe 14 wirkenden Mediumsdruck in periodischen Abständen kurzzeitig zu erhöhen. Dies kann in der in Fig. 4 skizzierten Weise geschehen. Der Anschluß 17 ist über eine Druckluftleitung mit einem pneumatisch gesteuerten ODER-Element 43 verbunden. An dessen rechtem Eingang liegt ein sogenannter Haltedruck p ₁ an, der einer vorgegebenen Anpreßkraft des Gleitrings 14 an die Gleit scheibe 11 entspricht. Der Haltedruck p ₁ wird aus einer Druckluftquelle 41 von demgegenüber höherem Druck mittels eines Druckreglers 42 erzeugt. Aus der gleichen Druck quelle 41 wird über einen weiteren Druckregler 45 ein über dem Haltedruck p ₁ liegender Verstelldruck p ₂ er zeugt. Über ein Magnetventil 44 wird dieser Verstell druck p ₂ in periodischen Zeitabständen kurzzeitig an den anderen, linken Eingang des ODER-Elementes 43 ange legt. Das Magnetventil 44 erhält hierzu bei 46 die entsprechenden elektrischen Steuersignale einer nicht dargestellten Steuerung.

Claims

1. Zellenradschleuse zum Dosieren von Schüttgut, bestehend aus einem Gehäuse mit einer oberseitigen Einlauföffnung und einer unterseitigen Auslauföffnung, sowie zwei seitlichen Lagerdeckeln, in denen die Welle eines Zellenrades gelagert ist, das mehrere, sich von der Welle zu der Innenwand des Gehäuses erstreckende Zellenradstege zwischen zwei kreis förmigen Seitenscheiben umfaßt, gegen deren jeweils dem benachbarten Lagerdeckel zugewandte Stirnfläche im Bereich deren größten Durchmessers ein verdreh sicher, jedoch axial verschiebbar in dem betreffenden Lagerdeckel geführter Gleitring anliegt, dadurch gekennzeichnet,

- daß jede der Seitenscheiben eine drehfest mit der Zellenradwelle (5) verbundene Platte (10) und eine auf deren Außenseite angeordnete und relativ zu ihr verdrehbar gelagerte Gleitscheibe (11), auf deren Außenseite der Gleitring (14) aufliegt, umfaßt,
- daß jeder der Gleitringe (14) mittels eines Druck fluids an die Außenseite der Gleitscheibe (11) an preßbar ist,
- daß jede der Gleitscheiben (11) auf ihrer den Zel lenradstegen (6, 7) zugewandten, inneren Stirnfläche im Bereich der Zellenradstege (7) Nuten (12) auf weist, die in der Weise schräg verlaufen, daß ihr in Drehrichtung voreilendes Ende einen größeren radia len Abstand von der Zellenradwelle (5) hat als ihr Anfang,
- und daß zumindest jeder zweite Zellenradsteg (7) in seiner der Innenwand (1 a) des Schleusengehäuses (1) zugewandten Stirnfläche einen zu der Zellenradwel le (5) parallelen Führungsschlitz aufweist, in dem eine Dichtleistenanordnung (9) radial verschiebbar aufgenommen ist, die an jeder ihrer seitlichen Stirnflächen einen axial gerichteten Mitnehmer bolzen (13) aufweist, der in die gegenüberliegende Nut (12) der betreffenden Gleitscheibe (11) ein greift.

2. Zellenradschleuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß jede der Dichtleistenanordnungen (9) aus einer Dichtleiste (9 a) und einem mit ihr kraftschlüs sig verbundenen Dichtleistenträger (9 b) besteht und daß die Mitnehmerbolzen (13) in den Dichtleisten trägern (9 b) sitzen.

3. Zellenradschleuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Gleitscheiben (11) sich auf der zugehörigen Platte (10) über mehrere, über den Umfang gleichmäßig verteilte Kugelführungen (23, 10 a) abstützt.

4. Zellenradschleuse nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß jede Kugelführung aus einer flachen Führungsnut (10 a) in der Platte (10) sowie einer in einer Bohrung der Gleitscheibe (11) teilweise aufge nommenen Kugel (23) besteht, deren Überstand über die innere Stirnfläche der Gleitscheibe (11) mittels einer von außen in die Bohrung eingedrehten Schraube (24) justierbar ist.

5. Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gleitscheibe (11) und der betreffenden Platte (10) ein O-Ring (25) angeordnet ist.

6. Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (14 b) zwischen dem Gleitring (14) und der Gleitscheibe (11) derart keilförmig verläuft, daß die Anpreßkraft eine den Gleitring (14) radial nach außen drückende Kraftkomponente erzeugt.

7. Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Gleitringe (14) nach Art eines Ringkolbens ausgebildet und abgedichtet in einer axialen Ringnut des betreffenden Lagerdeckels (6) geführt ist, und daß das Druckfluid über einen in den Ringraum (21) zwischen dem Nutengrund und der ringförmigen äußeren Stirnfläche (14 a) des Gleit ringe (14) mündenden Anschluß (17) zuführbar ist.

8. Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Gleitring (14) ein eine Verdrehsicherung bildender Bolzen (18) kraft schlüssig verbunden ist, der durch den Lagerdeckel (6) herausgeführt und als Hubbegrenzung (19, 20 a) für den Gleitring (14) ausgebildet ist.

9. Zellenradschleuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß der aus dem Lagerdeckel (6) herausragende Teil des Bolzens (18) von einer druckdicht mit dem Lagerdeckel (6) verbundenen, transparenten Kappe (20) umschlossen ist.

10. Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelanschluß (17) mit dem Ausgang eines pneumatisch gesteuerten ODER- Elements verbunden ist, an dessen einem Eingang ein einer vorgegebenen Anpreßkraft des Gleitrings (14) an die betreffende Gleitscheibe (11) entsprechender Hal tedruck (p ₁) anliegt und an dessen anderem Eingang über ein Magnetventil kurzzeitig ein einer vorgegebe nen Verstellkraft entsprechender, höherer Verstell druck (p ₂) anlegbar ist.

11. Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer zwischen dem Lagerdeckel (6) und der betreffenden Seitenscheibe (10, 11) des Zellenrades (4) als Druckraum ausgebildet und mit einem Sperrfluid beaufschlagbar ist, dessen Druck über dem höchsten, im Innenraum der Schleuse herrschenden Druck liegt.