DE3821971C2 - Stopfbuchse zum Abdichten einer Welle mit großem Rundlauffehler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stopfbuchse zur abgedichteten Durchführung einer Welle mit großem Rundlauffehler durch einen Anschlußstutzen, die ein mit einem Deckel abge­ schlossenes, Dichtringe enthaltendes Stopfbuchsengehäuse sowie einen Rohrfederkompensator aufweist, der mit seinem einen Ende an den Anschlußstutzen und mit seinem anderen Ende starr an das Stopfbuchsengehäuse angeschlossen ist, wobei im Stopfbuchsengehäuse mindestens ein die Stopf­ buchse an die Welle zentrierender Führungsring angeordnet ist.

Bei zahlreichen in der chemischen Industrie gebräuchlichen Apparaten bzw. Maschinen, z. B. bei Autoklaven, Mischern, Zentrifugen, führt die abgedichtete Durchführung einer hochbelasteten umlaufenden Welle durch den Anschlußstutzen der Einrichtung zu schwerwiegenden Problemen, da die Wel­ le dieser Maschinen während des Betriebes einen großen Rundlauffehler aufweist und deshalb die in herkömmlichen Stopfbuchsen zur Verwendung gelangenden Dichtungselemente infolge der durch den Rundlauffehler bzw. Radialschlag verursachten Beanspruchung außerordentlich rasch zerstört oder fortbewegt werden. Demzufolge wird das Gefäß an der Durchführungsstelle der Welle undicht und das darin befindliche Material kann aus dem Gefäß austreten, was einerseits einen Materialverlust bedeutet, andererseits eine Umweltverschmutzung verursachen kann, d. h. auf jeden Fall nachteilig und zu beseitigen ist.

Zur Lösung dieses Problems wurden bereits auch zur Aufnah­ me von sogar mehrere Millimeter großen Rundlauffehlern ge­ eignete Stopfbuchsen vorgeschlagen, bei denen bei der Wellendurchführung zwischen dem Anschlußstutzen des Gefä­ ßes und dem Stopfbuchsengehäuse ein mit einer Rohrfeder versehener Kompensator eingebaut ist. Dieser Rohrfederkom­ pensator folgt seiner Elastizität zufolge recht gut den Radialschlägen der Welle und verhindert dadurch, daß eine die Dichtungselemente beschädigende Beanspruchung auftritt.

Aus der EP 0 052 423 A1 ist eine Stopfbuchse zur abgedich­ teten Durchführung einer Welle mit großem Rundlauffehler durch einen Anschlußstutzen bekannt, die ein mit einem Deckel abgeschlossenes, Dichtringe enthaltendes Stopf­ buchsengehäuse sowie einen Rohrfederkompensator aufweist, der mit seinem einen Ende an den Anschlußstutzen und mit seinem anderen Ende starr an das Stopfbuchsengehäuse angeschlossen ist, wobei im Stopfbuchsengehäuse minde­ stens ein die Stopfbuchse an die Welle zentrierender Führungsring angeordnet ist.

Die GB 1 386 602 offenbart eine Dichtungseinheit zum Abdichten einer Durchführung einer Welle durch einen Anschlußstutzen. Die aus der GB 1 386 602 bekannte Dichtungseinheit weist eine Stopfbuchse mit Gehäuse und Dichtringen sowie einen Rohrfederkompensator auf, der mit seinem einen Ende an den Anschlußstutzen und mit seinem anderen Ende starr an das Stopfbuchsengehäuse angeschlos­ sen ist.

Aus der DE-PS 89 267 ist eine Stopfbuchse zur abgedichte­ ten Durchführung einer Kolbenstange durch einen Anschluß­ stutzen bekannt. Bei dieser Stopfbuchse ist der Stopf­ buchsenmantel als dünnwandiges Rohr ausgebildet. Zwischen dem Stopfbuchsenmantel und der Kolbenstange sind federnde Ringe angeordnet.

Aus der DE-PS 22 08 407 ist eine Anordnung bekannt, bei der die Stopfbuchse mittels eines Flansches mit Hilfe mehrerer Schrauben an der Gefäßwandung bzw. an dem An­ schlußstutzen befestigt wird, wobei die beiden Enden die­ ser Stopfbuchse im Vergleich zur Gefäßwandung bzw. zum Flansch ein wenig ausweichen können und bei der zur Zen­ trierung der Stopfbuchse zur Welle am Flansch befestigte durch Rollenträgerböcke gehaltene und auf der Welle lau­ fende Rollen dienen. Diese Ausführung wurde für eine Dif­ fusionskolonne der Zuckerindustrie entwickelt, wo die einen großen Durchmesser aufweisende Welle durch den Boden des Apparates durchgeführt wird und man deshalb für den Ausgleich des auftretenden Drehmoments und der sich aus dem eigenen Gewicht der Stopfbuchse ergebenden Komponenten sorgen mußte.

Diese bekannte Ausführung ist wegen der Verwendung der Rollen und Rollenhalterböcke, die jeweils getrennt aber abgestimmt eingestellt werden müssen, ziemlich schwerfäl­ lig. Eine weitere Fehlerquelle besteht darin, daß sowohl der Rohrfederkompensator als auch die die Stopfbuchse befestigenden Schrauben an dem Gefäß befestigt sind, mit dem sie jeweils getrennt verbunden werden. Die genaue Anordnung der zahlreichen ca. 10-12 Schrauben erfordert eine außerordentlich genaue Arbeit, um die Auflagefläche der Stopfbuchse festzulegen. Bereits eine geringe Unge­ nauigkeit kann einen Koaxialitätsfehler verursachen. We­ gen der vorstehend ausgeführten Schwierigkeiten kann die­ se Stopfbuchsenausführung nur in dem Falle zur Verwendung gelangen, wenn bei dem Entwurf des Apparates auch die Stopfbuchse von vornherein mitkonstruiert wird. Nachträg­ lich kann sie auf einem bereits vorhandenen Apparat an­ stelle der früheren herkömmlichen Stopfbuchse nicht einge­ baut werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine mit einem Rohrfederkompensator ausgeführte Stopf­ buchse zur Abdichtung von Wellen mit großem Rundlauffehler zu schaffen, die sich zur Abdichtung der durch die Wandung bzw. den Anschlußstutzen des abzudichtenden Apparates durchgeführten Welle eignet und in einer einfachen und preiswerten Ausführung die Zentrierung der Stopfbuchse zur Welle ermöglicht und bei jedem Apparat und auch in dem Falle verwendet werden kann, wenn sie anstelle der ursprünglich eingebauten Stopfbuchse anderer Bauart nach­ träglich zum Einbau gelangt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der gattungsgemäßen Stopfbuchse dadurch gelöst, daß an beiden Enden des Rohrfederkompensators je ein Flansch angeordnet ist, von denen der eine an den Anschlußstutzen und der andere an die Stopfbuchse über eine lösbare starre Verbindung angeschlossen ist, wobei beide Flansche miteinander in einer eine geringfügige nachgiebige Bewegung in radialer und axialer Richtung zulassenden Weise mittels durch Bohrungen in den Flanschen durchgeführter Schrauben verbunden sind, an deren Enden fixierte Anschläge an­ geordnet sind, wobei die Schrauben durch zwischen den Flanschen eingespannte Spiralfedern hindurchgeführt sind.

In die Stopfbuchse können sämtliche bisher verwendete Dichtringe eingebaut werden, eine besondere Qualität ist nicht erforderlich und es können auch einfachere und preis­ wertere Dichtungselemente verwendet werden, da die erfin­ dungsgemäße Konstruktion eine schonende Beanspruchung und deshalb eine lange Lebensdauer gewährleistet. Die Erfindung ermöglicht die Montage der Stopfbuchse sowohl bei einer oberen als auch bei einer unteren Wellendurch­ führung. Der Zusammenbau der Vorrichtung erfordert keine besonderen Fachkenntnisse oder spezielle Präzision. Die Stopfbuchse kann auch in bereits bestehende Anlagen an­ stelle von früher eingesetzten Stopfbuchsen eingebaut werden.

Vorteilhafterweise wird der andere Flansch an die Stopf­ buchse mit einer Schraubenverbindung angeschlossen.

Die fixierten Anschläge an den Enden der Schrauben sind bevorzugt Gewindemuttern.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ist zwischen den an beiden Enden des Rohrfederkom­ pensators angeordneten Flanschen eine einen den Rohrfeder­ kompensator umgebenden abgedichteten Sicherheitsraum bestimmende vorgespannte Rohrfeder angeordnet. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Abdichtung von durch Anschlußstut­ zen von Druckgefäßen durchgeführten Wellen. Die Elastizi­ tät der Verbindung wird in diesem Falle durch die Rohrfe­ der gesichert.

Vorteilhafterweise wird der Sicherheitsraum mit einem oder mehreren den Anstieg des in ihm herrschenden Druckes wahrnehmenden und/oder anzeigenden Geräten verbunden.

Bevorzugt ist der Sicherheitsraum mit einem Druckmesser und einem Ausgleichsstutzen verbunden.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Wellendichtung im Längsschnitt und

Fig. 2 eine mit erhöhtem Druckschutz versehene Variante der Wellendichtung von Fig. 1.

Durch den in Fig. 1 gezeigten Anschlußstutzen 1 eines Apparates, z. B. eines Autoklaven, eines Mischers oder einer Zentrifuge, geht eine Welle 2 hindurch. An den An­ schlußstutzen 1 ist mit einer beliebigen geeigneten lös­ baren Verbindung das eine Ende eines Rohrfederkompensa­ tors 4 angeschlossen, dessen anderes Ende ebenfalls mit einer lösbaren Verbindung an einer Stopfbuchse 7 befestigt ist. Die Stopfbuchse 7 ist an einer an der Welle 2 be­ festigten und mit dieser zusammen umlaufenden Verschleiß­ hülse 17 montiert, die einerseits zum Schutz der Wellen­ oberfläche und andererseits zur Beseitigung eventueller Oberflächenfehler der Welle bestimmt ist.

Die Stopfbuchse 7 besteht aus einem Stopfbuchsengehäuse 8 und aus in diesem angeordneten Dichtringen 9 und 9a. Von diesen dient der Dichtring 9 zur Abdichtung gegen den inneren Überdruck, der Dichtring 9a hingegen zur Ab­ dichtung gegen den äußeren Überdruck (z. B. im Falle eines inneren Vakuums). Über den Dichtringen 9 und 9a ist ein starr montierter Führungsring 10 angeordnet, der aus ei­ nem gute Gleiteigenschaften aufweisenden Lagerwerkstoff, z. B. kohlegefülltem Polytetrafluoräthylen angefertigt ist. Sein innerer Passungsdurchmesser stimmt mit dem der Dichtringe 9 und 9a überein.

Es können auch mehrere Führungsringe, z. B. zwei, einge­ setzt werden. In diesem Fall kann der zweite Führungs­ ring zwischen dem Dichtring 9 und dem Dichtring 9a ange­ ordnet werden oder die beiden Führungsringe können die Dichtringe in die Mitte nehmen oder es können auch mehr als zwei Führungsringe eingesetzt und in diesem Falle die Führungsringe und die Dichtringe abwechselnd montiert werden. Der Führungsring 10 wirkt auf der Verschleißhül­ se 17 als ein Gleitlager und zentriert die Stopfbuchse 7 bezüglich der Verschleißhülse. Die Verschleißhülse 17 ist mittels Befestigungsschrauben 19 an der Welle 2 be­ festigt und mit mindestens einem Dichtring 18 abgedich­ tet. Das Stopfbuchsengehäuse 8 ist durch einen Deckel 11 abgeschlossen, der durch eine Schraubenverbindung 12 mit dem Stopfbuchsengehäuse 8 verbunden ist. Der Rohrfederkom­ pensator 4 wird an dem Flansch 3 des Anschlußstutzens 1 auf folgende Weise montiert:
Das eine Ende des Kompensators 4 wird durch einen auf dem Flansch 3 unter Zwischenfügung einer Dichtung 16 auf­ liegenden, mit einer Schraubenverbindung 14 befestigten Flansch 20, das andere Ende des Kompensators 4 hingegen durch einen an das Stopfbuchsengehäuse 8 ebenfalls unter Zwischenfügung einer Dichtung 16 mittels einer Schrauben­ verbindung 15 befestigten Flansch 21 eingespannt. Entlang des Umfanges des Flansches 20 und des Flansches 21 sind Bohrungen 36 und 37 vorgesehen, durch welche je eine Schraube 13 durchgeführt wird. An den Enden der Schrau­ ben 13 sind außerhalb des Flansches 21 Gewindemuttern 34 befestigt. Zwischen dem Schraubenkopf und dem Flansch 20 sowie zwischen der Gewindemutter 34 und dem Flansch 21 ist jeweils ein Federring 35 vorgesehen. Die Schrauben 13 sind durch zwischen den Flanschen 20 und 21 auf Feder­ stellern 5 aufliegenden Spiralfedern 6 hindurchgeführt, die die Flansche 20 und 21 auseinanderspreizen.

Bei der Variante von Fig. 2 sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Der we­ sentlichste Unterschied zwischen dieser Ausführungsva­ riante und der Ausführung nach Fig. 1 besteht darin, daß wegen des in einer abzudichtenden Chemieanlage vorherrschen­ den Druckes hier eine für den Fall eines eventuellen Schad­ haftwerdens des Kompensators eine erhöhte Sicherheit bie­ tende Anordnung vorgesehen wird. Der Rohrfederkompensator 4 ist hier einerseits zwischen dem Stopfbuchsengehäuse 8 und einem Flansch 22 und andererseits zwischen dem am Anschlußflansch 1 aufliegenden Flansch 3 und einem Flansch 23 eingespannt. Zwischen den Flanschen 22 und 23 ist eine vorgespannte Rohrfeder 26 angeordnet, die unter Zwischen­ fügung von Dichtringen 25 in der im Flansch 22 ausgearbei­ teten Vertiefung 31 bzw. der im Flansch 23 ausgearbeite­ ten Vertiefung 32 abgestützt ist. Im Flansch ist eine Ausgleichsbohrung 22a vorgesehen, an die sich eine Aus­ gleichsleitung 30 anschließt. In dieser Ausgleichslei­ tung 30 ist über ein Kugelventil 27 und eine Impulslei­ tung 28 ein Druckmesser 29 eingesetzt. Aus dem Kugelven­ til 27 führt ein Ausgleichsstutzen 27a heraus. Wenn eine der Schrauben 13 in Fig. 1 in diesem Falle entsprechender, die Flansche 22 und 23 miteinander verbindender Schrauben­ bolzen 24 vorgesehen ist, kann die in Fig. 1 dargestellte Spiralfeder entfallen, wobei bei diesem Ausführungsbei­ spiel die vorgespannte Rohrfeder neben ihrer Sicherheits­ rolle auch die erforderliche Elastizität der Verbindung gewährleistet.

Die Vorrichtung funktioniert auf folgende Weise:
Beim Umlauf der Welle 2 läuft die mittels der Befesti­ gungsschrauben 19 mit ihr starr verbundene Verschleiß­ hülse 17 mit der Welle 2 zusammen um und bewegt sich auch im Falle eines Radialschlages mit ihr zusammen. Gleich­ zeitig ist die Stopfbuchse 7 mittels der Schraubenverbin­ dung 15, des Flansches 21, des Flansches 20 und der Schrau­ benverbindung 14 an dem Flansch 3 des Anschlußstutzens 1 befestigt. Eine im Vergleich zueinander erfolgende koaxi­ ale und radiale Bewegung der beiden Enden des Kompensa­ tors 4, d. h. des Anschlußstutzens 1 und der Stopfbuchse 7, wird entgegen der Spiralfederwirkung durch die den Flansch 20 und 21 miteinander verbindenden Schrauben 13 ermög­ licht, die gleichzeitig eine stärkere Verdrehung der Stopf­ buchse 7 im Vergleich zum Anschlußstutzen 1 verhindern. Die radialen und geringfügigeren axialen Abweichungen der Welle 2 zwischen dem Flansch 20 und dem Flansch 21 (Rundlauffehler bzw. Taumelfehler) werden durch die mit­ tels der Schraube 13 und der Feder 6 gesicherte nachgie­ bige (elastische) Verbindung aufgenommen. Da zwischen dem Flansch 3 und dem Stopfbuchsengehäuse 8 der Kompen­ sator 4 eine geringfügige elastische Bewegung ermöglicht, gleichzeitig aber der Führungsring 10 die Verschleißhülse 12 zentriert und eng umfaßt, bewegt sich das Stopfbuchsen­ gehäuse 8 konzentrisch zusammen mit der Welle 2, so daß auf die Dichtungsringe 9, 9a keine aus dem Rundlauffehler der Welle resultierende Beanspruchung einwirkt. Diese flexible Lagerung vermindert die in der Praxis vorkommen­ den, oftmals 2 bis 3 mm erreichenden Rundlauffehler we­ sentlich, z. B. unter 0,1 mm, so daß im Ergebnis die Häu­ figkeit und die Kosten der infolge der Zerstörung der Dichtung nötig werdenden Wartungsarbeiten wesentlich zu­ rückgehen, wobei die Betriebssicherheit des Apparates in wesentlichem Maße zunimmt.

Zusammen mit unter Druck arbeitenden Apparaten der chemi­ schen Industrie wird eine Stopfbuchse 7 in der Ausführung von Fig. 2 verwendet. Diese Ausführung arbeitet hinsicht­ lich der Verminderung der Rundlauffehler im wesentlichen gleich der Variante von Fig. 1 mit dem Unterschied, daß Rundlauffehler und geringfügige Taumelfehler der Welle 2 durch eine Rohrfeder 26 aufgenommen werden. Außerdem wird, wenn der Kompensator 4 dem im Gefäß vorherrschen­ den Druck nicht mehr standhalten, also bersten würde, sowohl die Aufrechterhaltung des Druckes als auch die flexible Lagerung zeitweilig durch die Rohrfeder 26 über­ nommen bzw. gesichert. Gleichzeitig gelangt durch die Ausgleichsbohrung 22a, die Ausgleichsleitung 30 und das Kugelventil 27 das Druckmittel in den Druckmesser 29, der demgemäß den im Raum innerhalb der Rohrfeder 26 ange­ stiegenen Druck anzeigt. Weiterhin kann an den Ausgleichs­ stutzen 27 ein entsprechender Mechanismus angeschlossen werden, der z. B. durch ein Tonsignal das Bedienungsperso­ nal auf den eingetretenen Fehler aufmerksam macht. Im Falle des Auftretens einer entsprechend großen Strömungs­ geschwindigkeit schließt das Kugelventil 27 und unterbin­ det das durch den Ausgleichsstutzen erfolgende Ausströmen des Gases. Die vorgespannte Rohrfeder 26, die sich abdich­ tend auf den Flanschen 22 und 23 abstützt, versieht ihre Aufgabe bis zum Abstellen und Drucklosmachen des Appara­ tes und zum Beseitigen des Fehlers einwandfrei.

Claims (6)

1. Stopfbuchse zur abgedichteten Durchführung einer Welle (2) mit großem Rundlauffehler durch einen Anschlußstutzen (1), die ein mit einem Deckel (11) abgeschlossenes, Dichtringe (9, 9a) enthaltendes Stopfbuchsengehäuse (8) sowie einen Rohrfederkom­ pensator (4) aufweist, der mit seinem einen Ende an den Anschlußstutzen (1) und mit seinem anderen Ende starr an das Stopfbuchsengehäuse (8) angeschlossen ist, wobei im Stopfbuchsengehäuse (8) mindestens ein die Stopfbuchse (7) an die Welle (2) zentrierender Führungsring (10) angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an beiden Enden des Rohrfederkompensa­ tors (4) je ein Flansch (20, 21) angeordnet ist, von denen der eine (20) an den Anschlußstutzen (1) und der andere (21) an die Stopfbuchse (7) über eine lösbare starre Verbindung angeschlossen ist, wobei beide Flansche (20, 21) miteinander in einer eine geringfügige nachgiebige Bewegung in radialer und axialer Richtung zulassenden Weise mittels durch Bohrungen (37, 36) in den Flanschen (20, 21) durch­ geführter Schrauben (13) verbunden sind, an deren Enden fixierte Anschläge (34) angeordnet sind, wobei die Schrauben (13) durch zwischen den Flanschen (20, 21) eingespannte Spiralfedern (6) hindurchgeführt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der andere Flansch (21) an die Stopfbuchse (7) mit einer Schraubenverbindung (14, 15) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die fixierten Anschläge an den Enden der Schrauben (13) Gewindemuttern (34) sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den an beiden Enden des Rohrfederkompensators (4) angeordne­ ten Flanschen (22, 23) eine einen Rohrfederkompensa­ tor (4) umgebenden abgedichteten Sicherheitsraum (33) bestimmende vorgespannte Rohrfeder (26) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sicherheitsraum (33) mit einem oder mehreren den Anstieg des in ihm herrschen­ den Druckes wahrnehmenden und/oder anzeigenden Geräten (29, 27a) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sicherheitsraum (33) mit einem Druckmesser (29) und einem Ausgleichsstutzen (27a) verbunden ist.