DE4127073A1 - Dichtungsanordnung fuer die abdichtung von arbeitsraeumen im bereich einer nach aussen gefuehrten welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für die hermetische Abdichtung von Arbeitsräumen bzw. Reakti­ onsräumen im Bereich einer nach außen geführten Welle, insbesondere auf eine Wellendichtung von Rührwerken in chemischen bzw. verfahrenstechnischen Anlagen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Dichtungsanordnungen sind dann von besonderer Bedeutung, wenn in einem chemischen Reaktor bzw. in ei­ nem Rührwerk Stoffe verarbeitet werden, die zur Erzie­ lung guter Prozeßergebnisse weder mit der Atmosphäre noch mit Gleit- oder Schmierhilfsmitteln in Berührung kommen dürfen bzw. deren Austritt in die Atmosphäre aus Gründen des Umweltschutzes wirksam verhindert werden muß.

Dichtungsanordnungen der eingangs beschriebenen Art sind in vielfacher Ausführung bekannt. Eine solche Dichtung ist beispielsweise in der DE-A 40 10 769 beschrieben. In diesem be­ kannten Fall wird gegen eine sich mit der Welle mitdre­ hende Radialscheibe von beiden Seiten eine elastische Hohldichtung besonderer Konfiguration mit individuell einstellbarer Kraft gedrückt, wobei der Raum zwischen den hintereinanderliegenden Dichtflächenpaarungen an einen Kühlmittelkreis angeschlossen ist, um Reibungs­ wärme aus dem Dichtungsbereich abzuführen.

Der Vorzug dieser Dichtungsanordnung liegt in erster Linie darin, daß die Kontaktkräfte im Bereich der Dichtflächenpaarungen fein dosiert werden können und darüber hinaus eine Zweifachdichtung bereitgestellt wird, mit der die Betriebssicherheit der Arbeitsma­ schine bzw. des chemischen Reaktors erheblich gestei­ gert werden kann.

Die bekannte Anordnung ist allerdings nicht in der Lage, jeglichen Austritt von fluidischem Medium aus dem Reaktionsraum bzw. aus der Arbeitskammer mit ausrei­ chender Zeitverzögerung auszuschalten, um Zeit für das Anlaufen weiterer Sicherheitsstufen zu gewinnen. Im be­ kannten Fall führt vielmehr eine Beschädigung der er­ sten Dichtungsstufe bzw. ein unerlaubt hoher Druckan­ stieg im Reaktionsbehälter bzw. im Reaktor dazu, daß das abzuschirmende Medium zumindest in den Bereich zwi­ schen den hintereinandergeschalteten Dichtungsflächen­ anordnungen gelangt. Darüber hinaus stellt sich insbe­ sondere bei der Abdichtung von extrem hohen Druckgefäl­ len zur Atmosphäre aufgrund des dann erforderlichen ho­ hen Anpreßdrucks zwischen den Dichtungsflächenanordnun­ gen ein beträchtlicher Verschleiß an den elastischen Dichtlippen ein, so daß die Dichtungen, insbesondere bei der Verarbeitung von problematischen Stoffen oder Medien, verhältnismäßig häufig gewechselt werden müs­ sen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs beschriebenen Art der­ art weiterzubilden, daß es mit einfachen vorrichtungs- und steuerungstechnischen Maßnahmen gelingt, die Ver­ bindung des unter Über- und Unterdruck stehenden Reak­ tionsraums mit der Atmosphäre auszuschließen und gleichzeitig die Lebensdauer der Dichtung anzuheben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß erfolgt zum einen über das fluidische Sperrschichtkissen, das vorzugsweise von einer Sperr­ schicht-Flüssigkeit gebildet ist, eine ständige Ab­ schirmung der Dichtflächenpaarung gegen das abzu­ dichtende Medium im Reaktionsraum. Gleichzeitig wird das Druckgefälle zwischen der Umgebung und dem Inneren des Reaktionsraums dazu genutzt, Fluid aus dem Sperr­ schichtkissen ständig und in kontrollierter Weise über die Dichtflächenpaarung abströmen zu lassen. Die Dicht­ flächenpaarung bildet auf diese Weise eine Drossel­ stelle eines Sperrschichtfluid-Kreislaufs, mit dem ein unmittelbarer Reibkontakt zwischen der elastischen Dichtung und dem mit der Welle drehenden Teil verhin­ dert wird. Die Lebensdauer der Dichtung kann auf diese Weise erheblich angehoben werden. Das Medium für die Sperrschicht kann in der Regel für jeden chemischen oder verfahrenstechnischen Prozeß mit geeigneten physi­ kalischen Eigenschaften ausgewählt werden, wobei vor­ zugsweise ein flüssiges Sperrschichtmedium Anwendung findet. Es ist jedoch auch möglich, mit gasförmigen Sperrschichten zu arbeiten, solange die Dichte des Sperrschichtmediums größer ist als diejenige des abzu­ schirmenden Mediums im Reaktionsbehälter. Dabei ergibt sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen der beson­ dere Vorteil, daß über die Lage des Fluidkissens eine aussagekräftige Größe für den Zustand der Dichtung ei­ nerseits oder für die Verhältnisse im Reaktionsraum an­ dererseits vorliegt. Die Lage des Fluidkissens wird sich mit sich ändernden Drücken im Reaktionsraum bzw. bei Beschädigungen im Bereich der Dichtflächenpaarung sofort verändern, ohne daß zunächst ein Austritt des abzuschirmenden Mediums stattfindet, und zwar weder in den Sperrschichtfluid-Kreislauf noch in die Umgebung. Durch geeignete konstruktive Gestaltung der Sperr­ schichtkissen-Führung, beispielsweise in Form einer einfachen oder mehrfachen Schikane, wird verhältnis­ mäßig viel Zeit gewonnen, um während des Verlagerns der Sperrschicht steuerungstechnische Maßnahmen für die Stabilisierung eines vorbestimmten Sperrschichtkissen-Ni­ veaus zu ergreifen. Die erfindungsgemäße Dichtungsan­ ordnung zeichnet sich deshalb durch eine stark angeho­ bene Sicherheitsreserve bei Prozeß-Havarien bzw. bei Dichtungsbeschädigungen aus.

Die Dichtungsanordnung entfaltet ihre Vorzüge insbeson­ dere in Kombination mit elastischen Dichtungen gemäß Anspruch 2, wie sie beispielsweise in DE-A 40 10 769 be­ schrieben sind, deren diesbezügliche Offenbarung aus­ drücklich auch hier miteinbezogen wird. Die Ansteuerung dieser elastischen Hohldichtung eröffnet die Möglich­ keit, die Anpreßkraft im Bereich der vom Sperrschicht­ fluid ständig geschmierten Dichtungsflächenpaarung ge­ nau und fein zu dosieren, um dadurch zusätzlich gezielt auf die Stabilisierung des Sperrschicht-Fluidkissens Einfluß zu nehmen.

Vorzugsweise wird die Druckbeaufschlagung des Innen­ hohlraums der elastischen Dichtung gemäß Anspruch 3 vorgenommen, da hierdurch der steuerungs- und schal­ tungstechnische Aufwand sehr klein gehalten werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist im Zulauf oder im Ablauf des Sperr­ schicht-Strömungsmittels ein vorzugsweise stetig ver­ stellbares Wege-Ventil angeordnet, das in Abhängigkeit vom Signal eines die Stellung der Sperrschicht erfas­ senden Lagesensors gesteuert ist. Zusätzlich kann das Ausgangssignal des Lagesensors auch auf die Steuerein­ heit zur Einstellung des Innendrucks der elastischen Hohlraumdichtung herangezogen werden, um die Regelge­ schwindigkeit weiter anzuheben.

Eine besonders einfache, aber dennoch wirksame Führung des Sperrschicht-Fluidkissens ergibt sich mit der Wei­ terbildung nach den Ansprüchen 6 ff., die auf die Ab­ dichtung von vertikalen Wellen zugeschnitten ist. Das axiale Überlappungsmaß zwischen Schikanebuchse und be­ cherförmigem Element kann zur Bestimmung der erforder­ lichen Reaktionszeit für die einzelnen Steuerglieder zur Stabilisierung des Sperrschicht-Kissenpegels ge­ nutzt werden, wobei über den Ringraum zwischen Schika­ nebuchse und becherförmigem Element eine zusätzliche Möglichkeit gegeben ist, auf die erforderliche An­ sprechgeschwindigkeit der Steuer- und Regelglieder Ein­ fluß zu nehmen.

Mit der Weiterbildung des Anspruchs 13 erhält die Schi­ kanebuchse die weitere Funktion, einen Radialflansch der elastischen Hohldichtung seitlich zu stabilisieren, d. h. gegen den variablen Innendruck abzustützen.

Mit der Weiterbildung des Anspruchs 14 wird eine zu­ sätzliche Sicherheitsreserve in die Dichtungsanordnung eingebaut.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung eignet sich zur Abdichtung von Medien in Reaktoren bzw. Rührwerken, die sowohl unter Überdruck als auch unter Unterdruck arbei­ ten. Das Tauchrohr ist in dem einen Fall als Druckrohr und im anderen Fall als Saugrohr ausgebildet, über das der Pegel des Sperrschicht-Fluidkissens beeinflußbar, vorzugsweise regelbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Halb-Axialschnitt einer Dichtungsan­ ordnung für eine stehende Welle eines Rührwerks gemäß einer ersten Ausführungs­ form; und

Fig. 2 in etwas verkleinertem Maßstab eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Dichtungsanordnung.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 die Welle eines Rührwerks bezeichnet, die durch eine Öffnung 14 in einen oberseitigen Flansch 12 des Rührwerks nach außen geführt ist. Der Flansch 12 trägt ein Dichtungsgehäuse 16, wobei über einen Flanschabschnitt 18 unter Zuhilfe­ nahme von Spannschrauben 20 und einer Zentrierung 22 eine zentrische Befestigung am Flansch 12 erfolgt. Der Reaktions- bzw. Arbeitsraum des Rührwerks ist mit 24 bezeichnet. Mittels einer nachfolgend näher zu be­ schreibenden Dichtungsanordnung zwischen Welle 10 und Dichtungsgehäuse 16 wird das im Reaktionsraum 24 ent­ haltene Medium gegen die Umgebung abgeschirmt.

Die Dichtungsanordnung weist zwei axial hintereinander­ geschaltete Wellenschutzhülsen 26, 28 auf, von denen sich die dem Reaktionsraum zugewandte Wellenschutzhülse 26 über eine Schulter 30 an der Welle abstützt und mit­ tels einer O-Ring-Dichtung 32 aus Teflon abgedichtet auf der Welle 10 sitzt. Die dahinterliegende Wellen­ schutzhülse 28 sitzt ebenfalls über einen O-Ring 34 ab­ gedichtet auf der Welle 10 und steht über eine Flach­ dichtung 36 aus Teflon in Anlagekontakt mit der Wellen­ schutzhülse 26. Zwischen den Wellenschutzhülsen 26, 28 findet eine formschlüssige Drehmitnahme statt, wobei zu diesem Zweck beispielsweise ein Gewinde 38 Verwen­ dung findet. Im Bereich des Kontakts zwischen den Wel­ lenschutzhülsen weist die Wellenschutzhülse 28 einen Radialflansch 40 auf, der zwei Radial-Dichtflächen 42 und 44 ausbildet. Die Radial-Dichtfläche 42 wirkt mit einer elastischen Dichtung 46 und die zweite Radial-Dicht­ fläche 44 mit einer zweiten elastischen Dichtung 48 zusammen. Vorzugsweise haben diese beiden elasti­ schen Dichtungen einen identischen Aufbau, der später näher beschrieben werden soll. Die axiale Verspannung der Wellenschutzhülsen erfolgt mittels eines Klemmrings 51.

Die Wellenschutzhülse 28 bildet ferner die Stützfläche für ein Radiallager 50, das mittels eines Sicherungs­ rings 52 axial an der Wellenschutzhülse 28 festgelegt ist und dessen Außenring in einer Bohrung eines Lager­ deckels 54 geführt ist. Der Lagerdeckel 54 ist mittels Befestigungsschrauben 56 am Dichtungsgehäuse 16 festge­ legt. Er dient gleichzeitig zur axialen Verspannung des gehäusefesten Teils der Dichtungsanordnung, was nach­ folgend näher beschrieben wird.

Über eine Flachdichtung 58, die ebenfalls vorzugsweise aus Teflon besteht, stützt sich am Flansch 12 eine er­ ste Distanzbuchse 60 ab, auf der über eine Dichtungs­ scheibe 62 ein Distanzring 64 aufliegt. Unter Zwischen­ schaltung einer weiteren Dichtungsscheibe 66 stützt sich am Distanzring 64 ein Flansch 68 einer Schikane­ buchse 70 ab, die sich unter Ausbildung eines Ringraums 72 koaxial zur Wellenschutzhülse 26 nach unten er­ streckt. Der Flansch 68 bildet die Auflagefläche für einen ersten Steg 46-1 der elastischen Dichtung 46. Der dazu planparallele zweite Steg 46-2 wird mittels eines Distanzrings 74 in Lage gehalten. An den Schenkel 46-2 schließt sich eine zweite Distanzbuchse 76 an, die ih­ rerseits die zweite elastische Dichtung 48 stabili­ siert, welche sich mit dem Radialsteg 48-1 über eine Paßscheibe 78 am Lagerdeckel 54 abstützt. Das Axialmaß der ersten Distanzbuchse 60, der Teile 62, 64, 66, 74, 76, 78 sowie des Distanzrings 80 in der zweiten elasti­ schen Dichtung 48 unter Berücksichtigung der Stärke der Flansche 46-1, 46-2 und 48-1, 48-2 der elastischen Dichtungen 46 und 48 ist so auf die Lage und Gestaltung der Wellenschutzhülsen 26, 28 abgestimmt, daß die ela­ stischen Dichtungen 46, 48 bezüglich des Radialflan­ sches 40 in der in Fig. 1 gezeigten Position zu liegen kommen, so daß Planflächen 82, 84 von Dichtlippenwul­ sten 46-3 bzw. 48-3 planparallel zu den Dichtungsgegen­ flächen 42, 44 verlaufen.

Die elastischen Dichtungen 46, 48 sind von rotations­ symmetrischen Körpern mit im wesentlichen U-Profil ge­ bildet, deren planparallel zueinanderliegende Stege durch einen wellenförmigen, d. h. balgartigen Steg 46-4 bzw. 48-4 in Verbindung stehen und außenseitig über die Distanzringe 74 bzw. 80 stabilisiert sind. Die Dich­ tungsringe bestehen vorzugsweise aus einer Kunststoff und ein Gleitmittel enthaltenden Mischung, vorzugsweise aus einem mit Graphit vermischten Tetrafluorolefin, insbesondere Tetrafluorethylen.

Zwischen der Radialfläche 42 und der Planfläche 82 der elastischen Dichtung 46 wird eine Primärdichtung ausge­ bildet. Zur Steuerung der Dichtungskraft ist der Innen­ hohlraum 86 der elastischen Dichtung 46 an eine Leitung 88 angeschlossen, die über ein vorzugsweise stetig ver­ stellbares 3-Wege-Ventil 90 mit Druckfluid unterschied­ lichen Drucks speisbar ist. Durch Ansteuerung des 3-Wege-Ventils 90 kann somit der Druck im Innenhohlraum 86 und damit der Anpreßdruck im Bereich der Dichtflä­ chenpaarung 42, 82 gesteuert werden. Eine entsprechende Ansteuerung eines Innenhohlraums der nachgeschalteten elastischen Dichtung 48 kann ebenfalls vorgesehen sein.

Die Schikanebuchse 70 arbeitet mit einem becherförmigen bzw. tassenförmigen Element 92 zusammen, dessen Kragen 92-1 bodenseitig in einen Radialsteg 92-2 übergeht, der mit einem Flansch 26-1 der Wellenschutzhülse 26 fest verbunden, beispielsweise verschweißt ist. Der Flansch 26-1 stützt sich über einen Stützring 94 in axialer Richtung ab, der verhindert, daß die ro­ tierende Wellenschutzhülse 26 am emailierten Flansch 12 reibt. Zwischen dem Außenumfang des Kragens 92-1 des becherförmigen Elements 92 und der Innenoberfläche der ersten Distanzbuchse 60 wird ein Ringspalt 96 ausgebil­ det, der bei 98 eine Verbindung zu einem Ringraum 100 zwischen Schikanebuchse 70 und Kragen 92-1 des becher­ förmigen Elements 92 hat. Schikanebuchse 70 und becher­ förmiges Element 92 überlappen sich in einem Axialbe­ reich MA, das im wesentlichen der Eintauchtiefe eines Tauchrohrs 102 entspricht, welches an einen Fluidan­ schluß 104 im Dichtungsgehäuse 16 in Form einer Radial­ bohrung angeschlossen ist. Eine zugehörige Durchtritts­ bohrung im Distanzring 64 ist mit 106 bezeichnet. Der Fluidanschluß 104 bildet den Zulauf für ein gegenüber dem abzudichtenden Medium im Rührwerk inertes Fluid, wie z. B. CO₂, insbesondere eine inerte Flüssigkeit, wo­ bei über ein Mehrwege-Ventil 108, das vorzugsweise von einem stetig verstellbaren Wege-Ventil gebildet ist, der Druck in der Zulaufleitung 110 steuerbar ist. Mit 112 ist eine Speiseleitung von einem nicht näher darge­ stellten Fluidbehälter und mit 114 eine Ablaufleitung zum Behälter bezeichnet.

Im Betrieb des Rührwerks bzw. des Reaktors baut sich im Reaktionsraum 24 ein Innendruck auf, der dazu führt, daß die Wellenschutzhülse 26 und damit der Flansch 26-1 um ein geringes Maß von beispielsweise 0.2 mm nach oben gedrückt wird, bis der Klemmring 51 eine weitere Ver­ schiebung verhindert. Durch diesen dann entstehenden Spalt zwischen dem Flansch 26-1 und dem Stützring 94 kann unter Druck stehendes, nach außen abzuschirmendes Medium aus dem Reaktionsraum 24 in den Ringspalt 96 ge­ langen und von dort über die Verbindungsstelle 98 in den Ringraum 100. Es sei angenommen, daß das becherför­ mige Element 92 über den Zulauf 104 mit einer inerten Sperrschicht-Flüssigkeit bis zum Pegel P gefüllt ist. Das aus dem Reaktionsraum herausgedrückte Medium drückt dann auf die Oberfläche der Sperrschicht-Flüssigkeit im Ringraum 100 und versucht diese Sperrschicht-Flüssig­ keit über den Ringraum 72 zu verdrängen. Die Sperr­ schicht-Flüssigkeit wird dementsprechend im Ringraum 72 nach oben in den Bereich der Dichtungsflächenpaarung 42, 82 an der elastischen Dichtung 46 gedrückt. Für die Einstellung des Sperrschichtfluid-Zulaufdrucks und/oder des Innendrucks 86 im elastischen Dichtungselement 46 läßt man eine vorbestimmte Drosselströmung des inerten Sperrschichtfluids über die Dichtungsflächenpaarung 42, 82 in einen Raum 118 zu, der radial außerhalb des Radi­ alflansches 40, d. h. zwischen den beiden Dichtungslip­ pen liegt und über eine Radialbohrung 120 mit einem Ab­ laufanschluß 122 in Verbindung steht, der an eine Ab­ laufleitung 124 angeschlossen ist. Die abgedrosselte Sperrschicht-Fluidmenge wird durch den Zulauf ersetzt.

In der Ablaufleitung 124 befindet sich ein Mengenregler 126, dessen Signalleitung mit dem Mehrwege-Ventil 90 gekoppelt ist, so daß eine vorbestimmte Drosselströmung von inertem Sperrschichtfluid bzw. von inerter Sperr­ schicht-Flüssigkeit über die Dichtungsflächenpaarung 42, 82 einstellbar ist.

Mit 116 ist ein Stellteil für das Mehrwege-Ventil 108 bezeichnet, das über eine Signalleitung 128 vom Aus­ gangssignal eines Niveaureglers 130 beaufschlagt ist. Für den Fall, daß der Pegel P im Ringraum 100 unter eine vorbestimmte Grenze absinken sollte, wird über die Zulaufleitung 110 eine entsprechend größere Menge an Sperrschichtfluid in das becherförmige Element 92 ge­ pumpt. Wird andererseits das Niveau des Sperrschicht­ kissens zu hoch, läßt das Wege-Ventil 108 eine entspre­ chende Menge an inertem Sperrschichtfluid über die Ab­ laufleitung 114 zum Tank fließen.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß das gesamte Maß MA für die Pegelbewegung zur Verfügung steht, damit bei einem unerwartet schnellen Absinken des Pegels, das auf eine unzulässige Druckerhöhung im Reaktionsraum 24 oder aber auf eine Beschädigung der Dichtlippenanordnung 42, 82 zurückzuführen sein kann, geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können, um den Austritt des abzudichtenden Mediums in den offenen Strömungsmittelkreis für inertes Sperrschichtfluid auszuschließen. Dies kann beispielsweise durch zusätz­ liches Anheben des Innendrucks in der Dichtung 46 ge­ schehen, so daß selbst bei einer Zerstörung der Dich­ tung noch ausreichend Zeit verbleibt, um den Reaktor herunterzufahren.

Erfindungsgemäß ist dementsprechend das inerte Sperr­ schichtkissen Bestandteil eines Strömungsmittelkreis­ laufs, bei der eine Dichtungsfläche eine steuerbare Ab­ laufdrossel darstellt. Das Druckgefälle zwischen der Umgebung und dem Reaktorinnenraum wird dabei in vor­ teilhafter Weise zur Stabilisierung der Drosselströmung genutzt, wobei sich der zusätzliche Nebeneffekt einer ständigen Schmierung der Dichtflächen ergibt. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch die Lebensdauer der Dich­ tung auf das Doppelte angehoben werden konnte. Die be­ sondere Gestaltung des Strömungsweges des Sperrschicht­ fluids in Form einer Schikane in Verbindung mit dem be­ cherförmigen Element stellt eine verhältnismäßig große Sicherheitsreserve für die Ausregelung des Pegels P des Sperrschichtkissens bereit, so daß genügend Zeit ver­ bleibt, auch plötzlichen Druckänderungen im Reaktorraum bzw. Beschädigungen der Dichtungsanordnung wirksam ent­ gegenzutreten.

Die weitere Dichtung 48 muß lediglich noch so stark an­ gepreßt werden, daß keine inerte Flüssigkeit bzw. daß kein inertes Fluid in die Atmosphäre dringen kann. Die zugehörige Dichtungslippe 48-3 nutzt sich deshalb nur wenig ab, so daß diese Dichtung ebenfalls eine sehr lange Lebensdauer erhält. Darüber hinaus steht diese Dichtung als Reservedichtung bei einer Havarie zur Ver­ fügung. In diesem Fall ist vorzugsweise eine automa­ tisch in Funktion tretende Steuereinrichtung vorgese­ hen, mit der der Druck im Innenraum der zweiten elasti­ schen Dichtung 48 automatisch angehoben wird, falls in­ ertes Sperrschichtfluid durch die Dichtflächenpaarung 84, 44 dringen sollte. Die einzelnen Elemente der Dich­ tung werden - wie üblich - entsprechend der chemischen Beanspruchung und der auftretenden Betriebsbedingungen, wie Temperatur, Druck usw. ausgewählt und bestehen vor­ zugsweise aus legierten Stählen, aus keramischem Mate­ rial, aus Graphit, korrosionsbeständigen Kunststoffen, wie z. B. PTFE oder PBI.

In Fig. 1 wurde eine Ausführungsform der Dichtungsan­ ordnung beschrieben, mit der ein unter Überdruck ste­ hender Reaktionsraum 24 nach außen, d. h. gegenüber der Umgebung, abgedichtet wird. Die erfindungsgemäße Dich­ tungsanordnung eignet sich in gleicher Weise für die Abdichtung von Arbeitsmaschinen, wie z. B. von Rührwer­ ken, die unter Vakuum betrieben werden. Eine solche Ausführungsform wird nachstehend unter Bezug auf die Fig. 2 näher erläutert, wobei allerdings zur Vereinfa­ chung der Beschreibung lediglich auf diejenigen Ele­ mente eingegangen wird, die sich von den Komponenten der Ausführungsform gemäß Fig. 1 unterscheiden.

Der grundsätzliche Unterschied der Ausführungsform ge­ mäß Fig. 2 zur vorstehend beschriebenen Ausführungs­ form besteht darin, daß die Strömungsmittelführung des inerten Sperrschichtfluids umgekehrt ist. Ausgang und Eingang werden vertauscht. Über die Radialbohrung 220 wird inertes Sperrschichtfluid, vorzugsweise inerte Sperrschicht-Flüssigkeit, in den Raum 218 zwischen den benachbarten elastischen Dichtungen eingespeist, wobei der Mengenregler 226 wiederum signalmäßig mit dem Mehr­ wege-Ventil 290 zur Einstellung eines konstanten Dros­ selspaltstroms über die Dichtungsflächenpaarung 242, 282 dient. Der Unterdruck im Reaktionsraum 324 versucht den Pegel P nach oben zu ziehen. Über das Tauchrohr 202 wird der Pegel im becherförmigen Element 292 stabili­ siert, indem Sperrschichtfluid nach oben durch den Fluidanschluß 204 abgesaugt wird. Die zugehörige Lei­ tung, die je nach Schaltstellung des Mehrwege-Ventils 208 eine Ablauf- oder Speiseleitung sein kann, ist mit 210 bezeichnet. In der zum nicht näher dargestellten Behälter führenden Ablaufleitung ist vorzugsweise eine Pumpe 240 angeordnet.

Als Sperrschichtfluid kann gasförmiges oder flüssiges Medium Anwendung finden. Bei Verwendung von gasförmigem Medium, wie z. B. CO₂ ist die Dichte des Sperrschicht­ fluids größer zu wählen als die Dichte des nach außen abzuschirmenden Mediums.

Die Erfindung schafft somit eine Dichtungsanordnung für die hermetische Abdichtung von Arbeitsräumen im Bereich einer nach außen geführten Welle, insbesondere von Rührwerken in der chemischen Verfahrenstechnik mit ste­ henden Wellen. Die Anordnung weist zumindest eine Dich­ tungsflächenpaarung zwischen einem sich mit der Welle mitdrehenden Teil und einem stehenden, d. h. gehäusefe­ sten Element auf, wobei die Anpreßkraft zwischen den Dichtungsflächen steuerbar ist. Zur Bereitstellung grö­ ßerer Sicherheitsreserven bei Prozeßstörungen oder Dichtungsbeschädigungen unter Verlängerung der Lebens­ dauer der Dichtungsanordnung bildet die Dichtungsflä­ chenpaarung eine Drosselstelle für einen Strömungsmit­ telkreis, dessen Strömungsmittel gegenüber dem zu ver­ arbeitenden Stoff bzw. dem nach außen abzudichtenden Medium inert ist und dessen Zu- und Ablauf derart auf die Drosselstelle abgestimmt sind, daß zwischen Dich­ tungsflächenpaarung und dem Arbeitsraum bzw. Reaktions­ raum ein Sperrschicht-Fluidkissen stabilisierbar ist.

Claims (19)

1. Dichtungsanordnung für die hermetische Abdichtung von Arbeits- bzw. Reaktionsräumen im Bereich einer von dort nach außen geführten Welle, insbesondere von Rühr­ werken der chemischen Verfahrenstechnik, mit zumindest einer Dichtungsflächenpaarung zwischen einem sich mit der Welle mitdrehenden Teil und einem stehenden Ele­ ment, wobei die Anpreßkraft zwischen den Dichtungsflä­ chen steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsflächenpaarung (42, 82; 242, 282) eine Dros­ selstelle für einen Strömungsmittelkreis (112, 110, 104, 106, 102, 72, 118, 120, 124; 224, 220, 218, 272, 202, 204, 210, 240) bildet, dessen Strömungsmittel ge­ genüber dem zu verarbeitenden Stoff bzw. dem abzuschir­ menden Medium inert ist und dessen Zu- und/oder Ablauf derart auf die Drosselstelle abgestimmt sind, daß zwi­ schen der Dichtungsflächenpaarung (42, 82; 242, 282) und dem Arbeitsraum (24; 324) ein Sperrschicht-Fluid­ kissen (Pegel P) stabilisierbar ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dichtungsflächenpaarung von einem sich mit der Welle (10) mitdrehenden Scheibenkörper (40) mit einer Radialdichtfläche (42; 242) und einer elastischen Hohldichtung (46) mit einer Dichtlippen­ wulst (46-3) gebildet ist, wobei der Innenhohlraum (86) der Dichtung mittels unter Druck stehendem Fluid, wie z. B. Stickstoff oder Druckluft, beaufschlagt ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung des Innen­ hohlraums (86) der Dichtung (46) über eine Steuerein­ heit (90, 126; 290, 226) erfolgt, in der ein Mengenreg­ ler (126; 226) vorgesehen ist, mit die über die Dich­ tungsflächenpaarung ablaufende Strömungsmittelmenge an inertem Fluid bzw. an inerter Flüssigkeit einregelbar ist.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Mengenregler (126; 226) mit einem Wege-Ventil, vorzugsweise in der Ausführung als stetig verstellbares Wege-Ventil (90; 290) gekoppelt ist, das im Zulauf oder im Ablauf des Sperrschicht-Strömungsmit­ tels angeordnet ist.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Wege-Ventil (90; 290) in Abhängig­ keit vom Signal eines Lagesensors steuerbar ist, mit dem die Lage (P) des Sperrschichtkissens erfaßbar ist.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Dichtungs­ flächenpaarung (42, 82; 242, 282) und der Arbeitskammer (24; 224) eine stehende Schikanebuchse (70; 270) ange­ ordnet ist, die im Zusammenwirken mit einem diese ra­ dial außenliegend umgebenden, mit der Welle (10) mit­ drehenden, becherförmigen Element (92; 292) zwischen Arbeitsraum (24; 324 ) und Dichtungsflächenpaarung zumindest abschnittsweise einen im Axialschnitt S-för­ migen Strömungsmittelweg definiert, in dem das Sperrschichtkissen stabilisiert ist.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Sperrschichtkissen innerhalb des becherförmigen Elements (92; 292) stabilisiert ist.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das becherförmige Element (92; 292) an der dem Reaktions- bzw. Arbeitsraum (24; 324) zugewandten Stirnseite einer abgedichtet auf der Welle (10) montierten Wellenschutzhülse (26, 26-1) der­ art angeordnet ist, daß das obere, offene Ende des be­ cherförmigen Elements mit dem im Reaktionsraum vorhan­ denen Medium beaufschlagt ist.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schikanebuchse (70; 270) sich nahe bis an den Boden (92-2) des becherförmigen Ele­ ments (92) erstreckt.

10. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf oder der Ablauf des Sperrschicht-Strömungsmittels in ein Tauch­ rohr (102; 202) mündet, das in das becherförmige Ele­ ment (92; 292), vorzugsweise bis mindestens zum unten­ liegenden Stirnende der Schikanebuchse (70; 270), ragt.

11. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegel (P) des Sperrschichtkissens im becherförmigen Element (92; 292) mittels eines Detektors (130) erfaßt wird, der als La­ gesensor für die Steuerung des Sperrschichtkissens dient.

12. Dichtungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Lagesensors (128) zusätzlich zur Steuerung der Anpreßkraft im Be­ reich der Dichtungsflächenpaarung (42, 82; 242, 282) herangezogen wird.

13. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schikanebuchse einen Radialflansch (68) hat, mit dem eine elastische Hohldichtung (46) auf der ihrer Dichtlippe (46-3) abge­ wandten Seite stabilisierbar ist.

14. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die sich mit der Welle (10) drehende Scheibenanordnung (40) mit einer zweiten elastischen Hohldichtung (48) zusammenwirkt, die ebenfalls drehfest am Gehäuse festgelegt ist.

15. Dichtungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Hohldichtung (48) einen ähnlichen, vorzugsweise einen identischen Aufbau wie die vorgeschaltete elastische Hohldichtung (46) hat und vorzugsweise mit variabler Kraft gegen die Scheibenan­ ordnung (44, 40) preßbar ist.

16. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum (24) unter Überdruck steht und das Tauchrohr (102) mit dem Zulauf (104) des Sperrschichtfluids verbunden ist.

17. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Reaktionsraum (324) Unterdruck herrscht und das Tauchrohr (202) an einen Ablauf (210, 240) für das Sperrschichtfluid ange­ schlossen ist, in dem vorzugsweise eine Pumpe (240) an­ geordnet ist.

18. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hohldichtung (46, 48) ein im wesentlichen U-förmiges Profil aufweist, dessen Schenkel (46-1, 46-2) planpar­ allel von einem radial innenliegenden, balgartig ausge­ bildeten Steg (46-4) nach außen laufen und dort mittels einer zugehörigen Distanzscheibe (74) stabilisiert sind, wobei einer der Schenkel (46-2) eine wulstartige Verdickung zur Ausbildung der Dichtlippe (46-3) auf­ weist.

19. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrschichtme­ dium von einer Flüssigkeit gebildet ist.