CH678093A5

CH678093A5 -

Info

Publication number: CH678093A5
Application number: CH2304/88A
Authority: CH
Inventors: Gyula Dipl-Ing Kovacs; Endre Dipl-Ing Gulyas
Original assignee: Richter Gedeon Vegyeszet
Priority date: 1987-07-10
Filing date: 1988-06-15
Publication date: 1991-07-31
Also published as: GB2206932B; US5048847A; DE3821971A1; HUT48009A; GB8816451D0; FR2617940B1; AT398235B; FR2617940A1; DE3821971C2; IT1226225B; GB2206932A; HU201389B; ATA169688A; JPS6430972A; IT8821275A0

Description

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Beschreibung

Bei zahlreichen in der chemischen Industrie gebräuchlichen Apparaten bzw. Maschinen, z.B. bei Autoklaven, Mischern, Zentrifugen verursacht die 5 abgedichtete Durchführung von hochbelasteten umlaufenden Wellen durch den Anschlussstutzen der Einrichtung grosse Schwierigkeit, da die Welle dieser Maschinen während des Betriebes einen grossen Rundlauffehler aufweist und deshalb die in 10 herkömmlichen Stopfbuchsen zur Verwendung gelangenden Dichtungselemente zufolge der durch den Rundlauffehler /Radialschlag/ verursachten Beanspruchung ausserordentlich rasch zerstört oder fortbewegt werden. Demzufolge wird das Ge- 15 hause an der Durchführungsstelle der Welle undicht und sodass das darin befindliche Material aus dem Gehäuse entweichen kann. Dies bedeutet einen Materialvertust und kann auch eine Umweltverschmutzung verursachen. 20

Zur Lösung dieses Problems wurden Stopfbuchsen vorgeschlagen, die sich zur Aufnahme von Weilen mit mehreren Millimeter grossen Rundlauffehlern eignen und bei denen zur Wellendurchführung zwischen dem Anschlussstutzen des Gehau- 25 ses und dem Stopfbuchsengehäuse ein mit einer Rohrfeder versehener Kompensator eingebaut ist.

Dieser Röhrfederkompensator nimmt seiner Elastizität zufolge recht gut die auftretenden Radialschläge der Welle auf und verhindert, dass eine die Dich- 30 tungseiemente beschädigende Beanspruchung auftritt. Eine derartige Konstruktion beschreibt die DE-PS 2 208 407, bei der die Stopfbuchse mittels eines Flansches mit Hilfe mehrerer Schrauben an der Gehäusewandung (bzw. an den Anschlussstutzen) be- 35 festigt wird. Die beiden Enden dieser Stopfbuchse können in dieser Weise bezüglich der Wandung etwas ausweichen. Zur Zentrierung der Stopfbuchse bezüglich der Welle dienen am Flansch befestigte durch Rollenträgerböcke gehaltene und auf der 40 Welle laufende Rollen. Diese Ausführung wurde für eine Diffusionskolonne der Zuckerindustrie entwickelt, wo die einen grossen Durchmesser aufweisende Welle durch den Boden des Apparates durchgeführt wird und man deshalb für den Aus- 45 gleich des auftretenden Drehmoments und der sich aus dem eigenen Gewicht der Stopfbuchse ergebenden Komponenten sorgen musste.

Die vorstehend beschriebene bekannte Ausführung ist wegen der Verwendung der Rollen und Rol- 50 lenhalterböcke, die jeweils getrennt, aber abgestimmt eingestellt werden müssen, ziemlich schwerfällig. Eine weitere Fehlerquelle bedeutet, dass sowohl der Rohrfederkompensator als auch die die Stopfbuchse befestigenden Schrauben am Gehäu- 55 se 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 und bereits eine geringe Ungenauig- 60 kelt kann einen Koaxialitätsfehelr verursachen. Zufolge der vorstehend ausgeführten Schwierigkeiten kann diese Stopfbuchsenausführung nur in dem Falle zur Verwendung gelangen, wenn bei dem Entwurf des Apparates auch die Stopfbuchse von 65

vornherein mitkonstruiert wird, - nachträglich kann sie auf einem bereits vorhandenen Apparat anstelle der früheren herkömmlichen Stopfbuchse nicht eingebaut werden.

Ziel der Erfindung ist eine mit einem Rohrfeder- i kompensator ausgeführten Stopfbuchse zur Ab- .

dichtung 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 mit einer einfachen und preiswerten Ausführung die Zentrierung der Stopfbuchse zur Welle ermöglicht. Die Stopfbuchse sollte auch in dem Falle verwendbar sein, wenn sie anstelle der ursprünglich eingebauten Stofpbuchse nachträglich zum Einbau gelangt.

Die gestellte Aufgabe wird mit einer Stopfbuchse gelöst, welche nach dem Patentanspruch 1 ausgebildet ist. Der Führungsring ist vorteilhafterweise zwischen den im Stopfbuchsengehäuse vorgesehenen Dichtringen und dem Stopfbuchsengehäusedeckel angeordnet und besteht aus einem Materrai, dessen Reibungszahl etwa der Reibungszahl eines Lagerwerkstoffes entspricht, da er im wesentlichen als ein Gleitlager arbeitet.

Zweckdienlich ist, wenn an beiden Enden des Rohrfederkompensators je ein Flansch vorgesehen ist und der eine Flansch mit an dem Anschlussstutzen während der andere Flansch mit der Stopfbuchse z.B. durch eine Schraubenverbindung lösbar und starr in Verbindung steht, wobei die beiden Flansche miteinander in radialer und axialer Richtung nachgiebig verbunden sind. Diese eine axiale Bewegung ermöglichende nachgiebige Verbindung kann dadurch zustandegebracht werden, dass die Verbindung der beiden Flansche des Kompensators durch Schraubenbolzen erfolgt, durch Bohrungen der Flansche geführt und an ihren Enden mit Anschlägen z.B. Gewindemuttem zwischen den Flanschen eingespannt sind.

Bei einer Variante der erfindungsgemässen Konstruktion, die sich insbesondere zur Abdichtung von durch Anschlussstutzen von Druckgefässen durchgeführten Wellen eignet, ist zwischen den an beiden Enden des Rohrfederkompensators eine vorgespannte Rohrfeder angeordnet, die einen den Rohrkompensator umfassenden und abgedichteten Sicherheitsraum bestimmt. In diesem Falle wird die Elastizität bzw. Nachgiebigkeit der Verbindung durch diese Rohrfeder gesichert. Bei dieser Ausführungsvariante kann der Sicherheitsraum mit einem den Anstieg des in denselben vorherrschenden Druckes wahrnehmenden und/oder anzeigenden Gerät bzw. mehreren Geräten, z.B. einem Druckmesser und einem Ausgleichssstutzen verbunden sein.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand von Ausführungsbeispielen aufgrund der beigelegten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Auf den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemasse Wellendichtung im Längsschnitt;

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

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In Fig. 1 wurde der Anschlusstutzen des Apparates z.B. des Autoklaven, des Mischers oder der Zentrifuge mit 1, ihre Welle mit 2 bezeichnet. An den Anschlussstutzen 1 ist mit einer beliebigen dazu geeigneten lösbaren Verbindung das eine Ende des im allgemeinen mit der Bezugsnummer 4 bezeichneten Rohrfederkompensators angeschlossen, wogegen das andere Ende des Kompensators 4 ebenfalls mit einer lösbaren Verbindung an die im allgemeinen mit der Bezugsnummer 7 bezeichnete Stofpbuchse befestigt ist. Die Stopfbuchse 7 ist an der an der Welle 2 befestigte mit dieser zusammen umlaufende Verschleishiilse 17 montiert, die einerseits zum Schutz der Wellenoberfläche, andererseits eventuelle Oberflächenfehler der Welle zu elliminieren bestimmt ist.

Die Stopfbuchse 7 besteht aus dem Stopfbuchsengehäuse 8 und den in diesem angeordneten Dichtringen 9 und 9a. Von diesen dient der Dichtring 9 zur Abdichtung gegen den inneren Überdruck, der Dichtring 9a hingegen zur Abdichtung 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 einem gute Gleiteingenschaften aufweisendem Lagerwerkstoff, z.B. kohlegefülltem Polytetrafluoräthylen angefertigt ist und sein innerer Passungsdurchmesser stimmt mit dem der Dichtringe 9 und 9a überein. Es können auch mehr als ein, so z.B. zwei Führungsringe eingesetzt werden und in diesem Fall kann der zweite Führungsring zwischen dem Dichtring 9 und dem Dichtring 9a angeordnet werden oder die beiden Führungsringe können die Dichtringe in die Mitte nehmen oder es könne auch mehr als zwei Führungsringe eingesetzt und in diesem Falle die Führungsringe und die Dichtringe abwechselnd montiert werden. Der Führungsring 10 wirkt auf der Verschleisshülse 17 als ein Gleitlager und zentriert die Stopfbuchse 7 zur Verschleisshülse. Die Verschleisshülse 17 ist mittels der Befestigungsschrauben 19 an die Welle 2 befestigt und mit mindestens einem Dichtring 18 abgedichtet. Das Stopfbuchsengehäuse 8 ist mittels des Deckels 11 abgeschlossen, der durch die Schraubenverbindung 12 am Stopfbuchsengehäuse 8 befestigt ist. Um den Flansch 3 des Anschlussstutzens 1 wird der Rohrfederkompensator 4 auf folgende Weise montiert. Das eine Ende des Kompensators 4 wird durch den auf dem Flansch 3 unter Zwischenfügung der Dichtung 16 aufliegenden mit der Schraubenverbindung 14 befestigten Flansch 20, das andere Ende des Kompensators 4 hingegen durch den an das Stopfbuchsengehäuse 8 ebenfalls unter Zwischenfügung einer Dichtung 16 mittels der Schraubenverbindung 15 befestigten Flansch 21 eingespannt. Entlang des Umfanges des Flansches 20 und des Flansches 21 sind die Bohrungen 36 und 37 vorgesehen, durch welche je eine Schraube 13 durchgeführt wird. An den Enden der Schrauben 13 sind ausserhalb des Flansches 21 Gewindemuttern 34 befestigt und 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 die zwischen den Flanschen 20 und 21

auf Federstellern 5 aufliegende Spiralfedern 6 durchgeführt, die die Flansche 20 und 21 auseinander spreizen.

Bei der Variante nach Fig. 2 wurden die gleichen Bauteile mit den Bezugsnummern gemäss Fig. 1 bezeichnet. Der wesentlichste Unterschied zwischen dieser Ausführungsvariante und der Ausführung nach Fig. 1 besteht darin, dass wegen des in der abzudichtenden Chemieanlage vorherrschenden Druckes hier eine für den Fall eines eventuellen Schadhaftwerdens des Kompensators eine erhöhte Sicherheit bietende Anordnung vorgesehen wird. Der Rohrfederkompensator 4 ist hier einerseits zwischen dem Stopfbuchsengehäuse 8 und einem Flansch 22 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 Zwischenfügung der Dichtringe 25 in der im Flansch 22 ausgearbeiteten Vertiefung 31 bzw. der im Flansch 23 ausgearbeiteten Vertiefung 32 abgestützt ist. Im Flansch ist eine Ausgleichbohrung 22a vorgesehen, an die sich die Ausgleichsleitung 30 anschliesst. In diese Ausgleichsleitung 30 ist über ein Kugelventil 27 und eine lmpulsleitung 28 der Druckmesser 29 eingesetzt und schliesslich ist auf dem Kugelventil 27 ein Ausgleichsstutzen 27a vorgesehen. Von dem der Schraube 13 in Fig. 1 in diesem Falle entsprechenden, die Flansche 22 und

23 miteinander verbindenden Schraubenbolzen 24 kann hier die in Fig. 1 dargestellte Spiralfeder entfallen. Bei diesem Ausführungsbeispiel gewährleistet die vorgespannte Rohrfeder neben ihrer Sicherheitsrolle auch die erforderliche Elastizität der Verbindung.

Die Vorrichtung funktioniert wie folgt:

Bei Umlauf der Welle 2 läuft die mittels der Befestigungsschrauben 19 mit ihr starr verbundene Verschleisshülse 17 mit der Welle zusammen um und bewegt sich auch im Falle eines Radialschlages mit ihr zusammen. Gleichzeitig ist die Stopfbuchse 7 mittels der Schraubenverbindung 15, des Flansches 21, des Flansches 20 und der Schraubenverbindung 14 an den Flansch 3 des Anschlussstutzens 1 befestigt. Eine im Vergleich zueinander erfolgende koaxiale und radiale Bewegung der beiden Enden des Kompensators 4, d.h. des Anschlussstutzens 1 und der Stopfbuchse 7 wird entgegen der Spiralfederwirkung durch die den Flansch 20 und 21 miteinander verbindende Schrauben 13 ermöglicht, die gleichzeitig eine stärkere Verdrehung der Stopfbuchse 7 im Vergleich zum Anschlussstutzen 1 verhindern. Die radialen und geringfügigere axiale Abweichungen der Welle 2 zwischen dem Flansch 20 und dem Flansch 21 (Rundlauffehler bzw. Taumelfehler) werden durch die mittels der Schraube 13 und der Feder 6 gesicherte nachgiebige (elastische) Verbindung aufgenommen. Da zwischen dem Flansch 3 und dem Stopfbuchsengehäuse 8 der Kompensator 4 eine geringfügige elastische Bewegung ermöglicht, gleichzeitig aber der Führungsring 10 die Verschleisshülse zentriert und eng umfasst, bewegt sich das Stopfbuchsengehäuse 8 konzentrisch mit der Welle 2 zusammen, so dass auf die Dichtungsringe 9, 9a keine aus dem Rundlauffehler

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der Welle resultierende Beanspruchung einwirkt. Diese flexible Lagerung vermindert die in der Praxis vorkommenden oftmals 2-3 mm erreichenden Rundlauffehler wesentlich, z.B. unter 0,1 mm, so dass im Ergebnis die Häufigkeit und die Kosten der zufolge der Zerstörung der Dichtung nötig werdenden Wartungsarbeiten wesentlich zurückgehen, wobei die Betriebssicherheit des Apparates in wesentlichem Masse zunimmt.

Bei den mit der erfindungsgemässen Stopfbuchse zu versehenden unter Druck arbeitenden Apparaten der chemischen Industrie ist vorteilhafterweise die Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zu verwenden. Diese Konstruktion arbeitet hinsichtlich der Verminderung der Rundlauffehler im wesentlichen gleich der Variante nach Fig. 1 mit dem Unterschied, dass Rundlauffehler und geringfügige Taumelfehler der Welle 4 durch die Rohrfeder 26 aufgenommen werden. Ausserdem wird in dem Falle, wenn der Kompensator 4 dem im Gefäss vorherrschenden Druck nicht mehr standhalten, d.h. bersten würde, sowohl die Aufrechterhaltung des Druckes als auch die flexible Lagerung zeitweilig durch die Rohrfeder 26 übernommen 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 angestiegenen Druck anzeigt; weiterhin kann den Ausgleichsstutzen 27 ein entsprechender an sich bekannter Mechanismus angeschlossen werden, der z.B. durch ein Tonsignal das Bedienungspersonal auf den eingetretenen Fehler aufmerksam macht. Im Falle des Auftretens einer entsprechend grossen Strömungsgeschwindigkeit schiiesst das Kugelventil 27 ab und unterbindet das durch den Ausgleichsstutzen erfolgende Ausströmen des Gases. Die vorgespannte Rohrfeder 26, die sich abgedichtet auf den Flanschen 22 und 23 abstützt, versieht ihre Aufgabe bis zum Abstellen und Drucklosmachen des Apparates und Beseitigen des Fehlers einwandfrei.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch den Führungsring die Zentrierung zwischen der Welle und der Stopfbuchse auf eine ausserordentlich einfache Weise gelöst und gleichzeitig auch die aus dem Rundlauffehler sich ergebende radiale Belastung vermindert wird. Dieser Führungsring übernimmt nämlich die durch die Welle vollführten radialen Bewegungen (Rundlauffehler) und nimmt das Stopfbuchsengehäuse stets mit sich, wodurch die schädlichen Beaspruchungen 15 bereits innerhalb des Stopfbuchsengehäuses begrenzt werden. Der Führungsring kann einfach und preiswert durch spanabhebende Bearbeitung in grossen Serien mit der gewünschten Genauigkeit hergestellt und in das Stopfbuchsengehäuse einfach eingesetzt Die Koaxialität der Dichtringe und des Führungsrrnges kann zufolge des gleichen Passungsdurchmessers eindeutig garantiert werden.

In die Stopfbuchse können sämtliche bisher verwendete Dichtringe eingebaut werden, eine besondere Qualität ist nicht erforderlich und es können auch einfachere und preiswertere Dichtungselemente verwendet werden, da die erfindungsgemäs-

se Konstruktion eine schonende Beanspruchung und deshalb eine lange Lebensdauer gewährleistet. Die Erfindung ermöglicht die Montage der Stopfbuchse sowohl bei der oberen als auch bei der unteren Wellenherausführung. Der Zusammenbau der Vorrichtung erfoerdert keine besonderen Fachkenntnisse oder spezielle Präzision und kann auch in bereits bestehende Anlagen anstelle der früher eingesetzten Stopfbuchse eingebaut werden.

Claims

Patentansprüche

1. Stopfbüchse zur abgedichteten Durchführung einer Welle (2) mit Rundlauffehler durch einen Anschlussstutzen (1), welche Stopfbüchse ein durch einen Deckel (11) abgeschlossenes, Dichtringe (9, 9a) enthaltendes Stopfbüchsengehäuse (8) sowie einen Rohrfederkompensator (4) besitzt, der mit seinem einen Ende an den Anschlussstutzen (1) und mit seinem anderen Ende an das Stopfbüchsengehäuse (8) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Stopfbüchsengehäuse (8) mindestens ein die Stopfbüchse (7) an die Welle (2) zentrierender Führungsring (10) angeordnet ist.

2. Stopfbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsring (TO) zwischen den Dichtringen (9,9a) und dem Deckel (11) angeordnet ist.

3. Stopfbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Stopfbüchsengehäuse (8) beiderseits der Dichtringe (9, 9a) oder abwechselnd mit den Dichtringen (9, 9a) mehrere Führungsringe (10) angeordnet sind.

4. Stopfbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsring (10) aus einem Material besteht dessen Reibungszahl etwa der Reibungszahl eines Lagerwerkstoffes entspricht.

5. Stopfbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden des Kompensators (4) je ein Flansch (20, 21) angeordnet ist und der eine Flansch (20) mit dem Anschlussstutzen (1) während der andere Flansch (21) mit der Stopfbüchse (7) z.B. durch eine Schraubenverbindung, (14, 15) lösbar und starr in Verbindung steht, wobei die beiden Flansche (20, 21) in radialer und axialer Richtung nachgiebig gekoppelt sind.

6. Stopfbüchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der beiden Flansche (20, 21) durch Schraubenbolzen (13) erfolgt, die durch Bohrungen (37, 36) der Flansche (20, 21) geführt, an ihren Enden mit Anschlägen z.B. Gewindemuttern (34) versehen sind, und je eine Spiralfeder (6) tragen, die zwischen den Flanschen (20, 21) eingespannt sind.

7. Stopfbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den an beiden Enden des Kompensators (4) angeordneten Flanschen (22, 23) eine vorgespannte Rohrfeder (26) vorhanden ist, die einen den Kompensator (4) umgebenden abgedichteten Sicherheitsraum (33) bestimmt.

8. Stopfbüchse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Sicherheitsraum (33) minde-

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stens ein, Druckänderungen im Raum wahrnehmendes und/oder anzeigendes Gerät z.B. ein Druckmesser (29) angeordnet und mit einem Ausgieichs-stutzen (27a) verbunden ist.

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