DE4113738A1 - Zellenradschleuse mit einer dichtungsanordnung zwischen der zellenradseitenscheibe und dem zugehoerigen lagerdeckel - Google Patents
Zellenradschleuse mit einer dichtungsanordnung zwischen der zellenradseitenscheibe und dem zugehoerigen lagerdeckelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zellenradschleuse der im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
Als Dichtungsanordnung zwischen jeder Seitenscheibe und
dem zugehörigen Lagerdeckel des Gehäuses ist ein von der
Lagerdeckelseite her gegen die diesem Lagerdeckel zuge
wandte Stirnfläche der betreffenden Seitenscheibe
elastisch angedrückter Gleitring bekannt. Allerdings ist
der Gleitring einem unvermeidbaren Verschleiß unterwor
fen, der um so höher ist, je stärker der Gleitring gegen
die Stirnfläche der Seitenscheibe angepreßt wird. Der
notwendige Anpressdruck muß um so höher sein, je größer
die Druckdifferenz zwischen der Einlauf- und der Auslauf
seite der Schleuse ist. Des weiteren ist es schwierig,
mit einem derartigen Gleitring einen - im Strömungs
richtung gesehen - langen Dichtspalt zu verwirklichen,
was an sich wünschenswert wäre, da die Dichtwirkung
um so besser ist, je länger (und je enger) der Dicht
spalt ist. Einer entsprechenden Verbreiterung des Gleit
ringes steht aber entgegen, daß die Gefahr einer un
gleichmäßigen Abnützung mit wachsender Breite des Gleit
ringes größer wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zellenrad
schleuse der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 ange
gebenen Art mit einer verbesserten Dichtungsanordnung
zu schaffen, die nur geringem Verschleiß unterliegt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeich
nenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Durch den im Rahmen dieser Lösung vorgeschlagenen, zu
der Achse des Zellenrades koaxialen Metallring auf der
dem benachbarten Lagerdeckel zugewandten Stirnfläche
jeder Seitenscheibe des Zellenrades wird ein langer
Strömungsweg geschaffen. In diesem Strömungsweg ist nun
der Füllring angeordnet, der zwar gegenüber dem Metall
ring stillsteht, jedoch wegen der gewählten, schwimmen
den Konstruktion nur geringe radiale und axiale Andruck
kräfte erfordert, die mittels der Federanordnung erzeugt
werden. Der Füllring ist daher weitgehend kräftefrei und
deshalb nur geringem Verschleiß unterworfen. Der zwischen
der äußeren Umfangsfläche des Füllringes und dem ent
sprechenden Innenwandbereich des Schleusengehäuses ver
bleibende Dichtspalt, der Voraussetzung für die in bezug
auf das Gehäuse schwimmende Anordnung des Füllrings ist,
kann sehr klein gemacht werden. Es genügt eine Spalt
weite, die gleich der thermischen Dehnung (also Durch
messervergrößerung) der Zellenradseitenscheiben bei der
höchsten vorkommenden Betriebstemperatur ist, zuzüglich
der üblichen Toleranzen zum Ausgleich von Unrundheiten,
und einer etwaigen Durchbiegung der Zellenradwelle bei
hoher Druckdifferenz zwischen der Einlauf- und der Aus
laufseite der Schleuse. Die erzielte Dichtwirkung ist
wegen des engen Dichtspaltes und der großen Spaltlänge
sehr gut. Gleichzeitig entfallen alle Nachteile der bis
herigen Dichtungsanordnungen, nämlich hoher Verschleiß,
Erwärmung und damit Dehnung der Zellenradseitenscheiben
schon aufgrund der Reibung zwischen diesen und der Dich
tungsanordnung, sowie hoher Steuerungsaufwand zur Ein
stellung der Anpreßkraft der Dichtungsanordnung.
Eine geeignete Federanordnung und deren Weiterbildungen
sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.
Da Metall und Kunststoff sehr unterschiedliche Wärme
ausdehnungskoeffizienten haben, ist es außerdem vor
teilhaft, den Füllring gemäß Anspruch 5 an einer Stelle
seines Umfanges durch einen Schlitz zu unterbrechen.
Damit werden Temperaturdehnungen aufgenommen, können
also nicht zu Spannungskonzentrationen führen.
Eine andere vorteilhafte Federanordnung und deren Weiter
bildung ist Gegenstand der Ansprüche 6 und 7.
Eine weitere Lösung der angegebenen Aufgabe ist Gegenstand
des Anspruches 8.
In der Zeichnung ist eine Zellenradschleuse nach der
Erfindung in beispielhaft gewählten Ausführungsformen
vereinfacht dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 die Zellenradschleuse im Längsschnitt,
Fig. 2 den eine erste Ausführungsform der Dichtungs
anordnung wiedergebenden Bereich II in Fig. 1
in vergrößertem Maßstab,
Fig. 3 den eine zweite Ausführungsform der Dichtungs
anordnung wiedergebenden Bereich III in Fig. 1
in vergrößertem Maßstab und
Fig. 4 den eine dritte Ausführungsform der Dichtungs
anordnung wiedergebenden Bereich IV in Fig. 1
in vergrößertem Maßstab.
Die Zellenradschleuse üblicher Bauart besteht aus
einem Gehäuse 1, das oberseitig einen Schüttgutein
lauf 1a und unterseitig einen Schüttgutauslauf 1b hat.
Zwischen der Einlauf- und der Auslaufseite kann eine
Druckdifferenz in der Größenordnung von z. B. einigen
Bar (Hektopascal) bestehen. Das in einer zylindrischen
Bohrung des Gehäuses 1 angeordnete Zellenrad umfaßt
im wesentlichen eine Welle 2, eine Anzahl (z. B. 12)
Zellenradstege 3 sowie Seitenscheiben 4a und 4b. Die
Welle 2 ist in seitlichen Lagerdeckeln 5a und 5b des
Gehäuses 1 gelagert. Zwischen jedem Lagerdeckel 5a bzw.
5b und der gleichseitigen Seitenscheibe 4a bzw. 4b ist
eine Dichtungsanordnung vorgesehen, die eine Leckluft
strömung von der Einlauf- zur Auslaufseite (oder umge
kehrt) der Schleuse vermeidet und von der unterschied
liche Ausführungsformen nachfolgend anhand der Fig. 2
bis 4 beschrieben werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Dichtungsanordnung umfaßt einen
zu der Achse des Zellenrades koaxialen Metallring 6a, der
auf die Seitenscheibe 4a aufgeschweißt ist und in einem
geringen Abstand von dem gleichseitigen Lagerdeckel 5a
endet. Auf dem Metallring 6a sitzt lose ein Füllring 7a
aus Kunststoff. Bei stillstehendem Zellenrad, ohne Dif
ferenzdruck zwischen der Einlauf- und der Auslaufseite
der Schleuse und bei Umgebungstemperatur verbleibt
zwischen der äußeren Umfangsfläche des Füllringes 7a und
der zylindrischen Innenwand 1c des Schleusengehäuses 1 ein
geringer Dichtspalt s. Der Füllring 7a hat auf seiner dem
Lagerdeckel 5a zugewandten Stirnfläche eine Durchmesser
stufe, besitzt also ein etwa L-förmiges Profil. Diese
Durchmesserstufe wird von einem Profilring 8a ausgefüllt,
der Rechteckquerschnitt hat und auseinam Elastomeren, z. B.
Moosgummi, besteht. Dieser elastische Profilring 8a ist
so bemessen, daß er sowohl in radialer Richtung (in Rich
tung der Innenwand 1c des Gehäuses 1) als auch in axialer
Richtung(in Richtung des Lagerdeckels 5a) über den Füll
ring 7a übersteht und mit seinen überstehenden Flächen
in leicht komprimiertem Zustand einerseits gegen die In
nenwand 1c des Gehäuses 1, andererseits gegen die Innen-
oder Stirnwand des Lagerdeckels 5a anliegt. Die dadurch
sowohl in radialer als auch in axialer Richtung auf den
Anlage einerseits gegen die äußere Umfangsfläche des Me
tallringes 6a, andererseits die außenseitige Stirnfläche
der Seitenscheibe 4a. Obwohl die hierdurch auf den still
stehenden Füllring 7a in Umfangsrichtung ausgeübten, durch
die Drehung des Zellenrades hervorgerufenen Mitnahmekräf
te gering bleiben, kann es zweckmäßig sein, den Füllring
7a mit einer Verdrehsicherung auszustatten, z. B. in Form
eines in dem Lagerdeckel 5a befestigten und in den Füll
ring 7a reichenden Stiftes (nicht dargestellt). Außerdem
empfiehlt es sich, den Füllring an einer Stelle seines
Umfanges mit einem durchgehenden Schlitz zu versehen,
wie in Fig. 1 bei 9a angedeutet. In der Praxis wird man
die Füllringe jedoch so einbauen, daß die betreffenden
Schlitze um 90° gedreht gegenüber der zeichnerischen
Darstellung zu liegen kommen, da anderenfalls (hier im
Auslaufbereich) zusätzliche unerwünschte Spalte ent
stehen würden.
Der Füllring 7a und der Elastomerenring 8a können zu
mindest bereichsweise miteinander verklebt sein, so
daß sie gemeinsam ein einstückiges Bauteil bilden.
Wird ein besonders geringer Verschleiß des Füllringes
7a angestrebt, so kann mit gewissen Einbußen hinsicht
lich der Dichtwirkung auf ein axiales Andrücken des
Füllringes 7a gegen die außenseitige Stirnfläche der
Seitenscheibe 4a verzichtet werden. Da in diesem Fall
der Elastomerenring 8a in axialer Richtung nicht über
den Füllring 7a überzustehen braucht (oder zumindest
in dieser Richtung nicht axial komprimiert eingebaut
werden muß), kann der Profilring statt zwischen
der Gehäusewand 1c und dem Füllring 7a (wie in Fig. 2 ge
zeigt), auch zwischen dem Füllring 7a und der äußeren
Mantelfläche des Metallringes 6a angeordnet werden (nicht
dargestellt).
Wesentliches Merkmal der Dichtungsanordnung nach Fig. 2
wie auch derjenigen nach den im Folgenden beschriebenen
Fig. 3 und 4 ist die in bezug auf das Gehäuse 1 und
die entsprechenden Lagerdeckel schwimmende Anordnung des
Füllrings, der also thermischen Dehnungen der Zellenrad
seitenscheiben, einer Durchbiegung der Zellenradwelle
infolge hoher Druckdifferenz zwischen der Einlauf- und
der Auslaufseite der Schleuse und anderen, in gleicher
Weise wirkenden Einflüssen zu folgen vermag, ohne daß
hierdurch zusätzliche, verschleißfördernde (Zwangs-)
Kräfte entstehen. Vielmehr vergrößert oder verkleinert
sich lediglich der Spalt s in entsprechendem Maße.
Die in Fig. 3 dargestellte, zweite Ausführungsform der
Dichtungsanordnung unterscheidet sich von derjenigen
nach Fig. 2 nur durch Ersatz des Profilringes 8a durch
andere Federmittel. Diese bestehen einerseits aus
Schraubendruckfedern 8b, die zwischen dem Lagerdeckel 5b
und der diesem zugewandten Stirnfläche des Füllringes
7b angeordnet sind, andererseits aus zwei Elastomeren
ringen 8c, die mit einem Teil ihres Querschnitts in
parallelen Umfangsnuten in der äußeren Mantelfläche des
Füllrings 7a aufgenommen sind und im übrigen gegen die
Innenwand 1c des Gehäuses 1 unter geringfügiger radialer
Kompression anliegen, so daß der Dichtspalt s durch die
se Elastomerenringe unterbrochen ist. Die Elastomeren
ringe 8c drücken dementsprechend den Füllring 7a gegen
die äußere Umfangsfläche des Metallringes 6b. Da für die
Elastomerenringe 8c auch sehr verschleißfeste, elastische
Kunststoffe zur Verfügung stehen, kann auf die im Zusam
menhang mit Fig. 2 erwähnte Verdrehsicherung im allge
meinen verzichtet werden. Bei sich drehendem Zellenrad
wandern der Füllring 7b und die Elastomerenringe 8c mit
mehr oder minder großem Schlupf im Verhältnis zur Dreh
zahl des Zellenrades mit dessen Drehung mit.
Bei der in Fig. 4 veranschaulichten Dichtungsanordnung
trägt die Seitenscheibe 4b einen mit den Metallringen 6a
und 6b vergleichbaren Metallring 6c, der jedoch am Aus
senumfang der Seitenscheibe 4b angebracht ist. Zwischen
der äußeren Mantelfläche des Metallrings 6c und der
zylindrischen Innenwand 1c des Gehäuses 1 verbleibt (wie
im Falle der Fig. 2 und 3) ein Dichtspalt s. Der Lager
deckel 5b ist umfangsmäßig auf einen Durchmesser ausge
dreht, der größer als der Durchmesser des zylindrischen
Innenraumes des Gehäuses 1 ist. Auf diese Weise ist eine
in einer Radialebene liegende Ringfläche 1d geschaffen,
gegen die ein Füllring 7c anliegt, der hier als aus zwei
Lagen bestehend dargestellt ist. Anders als im Fall der
Füllringe 7a bzw. 7b nach den Fig. 2 bzw. 3 ist bei
der vorliegenden Ausführungsform wesentlich, daß der
Füllring 7c aus einem elastisch oder plastisch verform
baren Dichtungsmaterial besteht. Als besonders geeignet
haben sich Dichtungsmaterialien erwiesen, die für Stopf
büchsenpackungen verwendet werden. Der Füllring 7c wird
in axialer Richtung durch einen Metallprofilring 8e be
lastet, auf den rückseitig Schraubendruckfedern 8d wir
ken, die sich gegen den hierzu mit Aufnahmebohrungen ver
sehenen Lagerdeckel 5b abstützen. Der Metallprofilring
8e drückt jedoch nicht nur in axialer Richtung auf den
Füllring 7c sondern umschließt diesen auch über den
größten Teil seiner äußeren Mantelfläche. Der Metall
profilring 8e hat hierzu innenseitig eine Durchmesser
stufe, in der der Füllring 7c formschlüssig aufgenommen
ist. Der Füllring 7c kann sich daher unter dem axialen
Druck des Metallprofilrings 8e nahezu ausschließlich nur
in Richtung des Metallringes 6c radial verformen. Je
nach dem gewählten Dichtungsmaterial kann diese Verfor
nung elastisch oder plastisch sein. Infolge der Verfor
mung verschwindet an dieser Stelle der Spalt s. Da der
Metallprofilring 8e und der Füllring 7c eine schwimmende
Dichtungsanordnung bilden, vermag diese den unvermeid
lichen, auf die geschilderten Ursachen zurückgehenden,
radialen Verlagerungen des Metallringes 6c zu folgen,
so daß unerwünscht hohe Reibkräfte zwischen der inneren
Umfangsfläche des Füllrings 7c und der äußeren Mantel
fläche des Metallrings 6c vermieden werden.
Claims (8)
1. Zellenradschleuse, bestehend aus einem Gehäuse (1),
in dessen zylindrischem Innenraum (1c) ein Zellenrad
mit Seitenscheiben (4a, 4b) angeordnet ist, wobei
zwischen jeder Seitenscheibe und dem zugehörigen La
gerdeckel (5a, 5b) des Gehäuses eine Dichtungsanord
nung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an
der dem benachbarten Lagerdeckel (5a) zugewandten
Stirnfläche jeder Seitenscheibe (4a) ein zu der Achse
des Zellenrades (2, 3, 4a, 4b) koaxialer Metall
ring (6a; 6b) befestigt ist, dessen äußere Umfangs
fläche von einem Füllring (7a; 7b) aus Kunststoff
umgeben ist, dessen äußere Mantelfläche von der Wand
(1c) des zylindrischen Innenraums des Gehäuses (1)
um die Breite eines Dichtspaltes (s) beabstandet ist,
und daß Federmittel den Füllring (7a; 7b) sowohl in
axialer als auch in radialer Richtung belasten.
2. Zellenradschleuse nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Federmittel aus einem elastischen
Profilring (8a) bestehen, der in axialer und radialer
Richtung über die dem Lagerdeckel (5a) zugewandte
Stirnfläche des Füllringes (7a) übersteht und in ge
ringem Maße komprimiert einerseits gegen die Innen
wand des Lagerdeckels (5a), andererseits gegen die
Wand (1c) des zylindrischen Innenraums anliegt.
3. Zellenradschleuse nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Füllring (7a) in seiner äußeren
Mantelfläche eine Durchmesserstufe zur teilweisen
formschlüssigen Aufnahme des elastischen Profil
ringes (8a) hat.
4. Zellenradschleuse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet daß der Füllring und der Elastomeren
ring miteinander verklebt sind.
5. Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Füllring (7a) an einer
Stelle seines Umfanges (bei 9a) einen durchgehenden
Schlitz hat.
6. Zellenradschleuse nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Federmittel aus zwischen dem Lager
deckel (5b) und der diesem zugewandten Stirnfläche
des Füllringes (7b) angeordneten Schraubendruck
federn (8b) und aus mindestens einem zwischen der
Wand (1c) des zylindrischen Innenraums und der äu
ßeren Mantelfläche des Füllringes (7b) angeordneten
Elastomerenring (8c), der den Füllring (7b) in radialer
Richtung belastet, bestehen.
7. Zellenradschleuse nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Elastomerenring (8c) teilweise
in einer Umfangsnut des Füllringes (7b) aufgenommen
ist.
8. Zellenradschleuse, bestehend aus einem Gehäuse (1),
in dessen zylindrischem Innenraum (1c) ein Zellenrad
mit Seitenscheiben (4a, 4b) angeordnet ist, wobei
zwischen jeder Seitenscheibe und dem zugehörigen La
gerdeckel (5a, 5b) des Gehäuses eine Dichtungsanord
nung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß je
de Seitenscheibe (4b) an ihrem Umfang mit einem zu
der Achse des Zellenrades (2, 3, 4a, 4b) koaxialen,
dem benachbarten Lagerdeckel (5b) zugewandten Metall
ring (6c) versehen ist, dessen äußere Umfangsfläche
von der Wand (1c) des zylindrischen Innenraumes des
Gehäuses (1) um die Breite eines Dichtspaltes (s) be
abstandet ist, daß der zylindrische Innenraum (1c)
im Bereich der äußeren Umfangsfläche des Metallringes
(6c) eine durch eine Durchmesservergrößerung gebildete,
in einer Radialebene liegende Ringfläche (1d) hat, daß
gegen diese Ringfläche ein Füllring (7c) aus einem
elastisch oder plastisch verformbaren Dichtungsmaterial,
insbesondere einem Stopfbüchsendichtungsmaterial, an
liegt, und daß ein federbelasteter Metallprofilring
(8e) den Füllring (7c) axial in Richtung auf die Ring
fläche (1d) belastet und ihn an seiner äußeren Mantel
fläche zumindest teilweise umschließt.
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