DE10038986C2

DE10038986C2 - Dichtvorrichtung zum Abdichten eines um eine Drehachse rotierbaren Hohlraums

Info

Publication number: DE10038986C2
Application number: DE10038986A
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Genser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: US20020069837A1; DE10038986A1; US6666457B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtvorrichtung zum Abdichten eines um eine Drehachse rotierbaren Hohlraumes, insbesonde re eines Hohlraumes eines Rotationsverdampfers.

Zum Verdampfen von Substanzen, beispielsweise zum Verdamp fen von Lösemitteln beim Konzentrieren von pharmazeutischen oder chemischen Produkten, sind Rotationsverdampfer be kannt, beispielsweise auf dem Markt erhältliche Rotations verdampfer der Fa. Genser Wissenschaftliche Apparate, Ro thenburg o. d. T. Bei diesen bekannten Rotationsverdampfern werden die zu verdampfenden, flüssigen Substanzen in den Hohlraum eines, im Allgemeinen in einem Heizbad, rotierba ren Rotationskolben (Verdampfergefäß) eingebracht. Durch Rotation des Rotationskolben wird auf der Innenseite des Rotationskolbens ein dünner Flüssigkeitsfilm erzeugt, aus dem heraus die Substanzen, insbesondere das Lösemittel, verdampft. Ein gewisser Teil der Substanz bzw. des Lösemit tels verdampft auch direkt aus dem Flüssigkeitsspiegel im Rotationskolben. Der Dampf wird aus dem Rotationskolben durch eine Dampfleitung einem Kühler zugeführt und dort wieder auskondensiert. Im Allgemeinen wird im Rotationskol ben auch ein Unterdruck oder Vakuum erzeugt, um den Dampf druck der zu verdampfenden Substanzen zu erhöhen und um das Produkt zu schonen. Die Dampfleitung ist in einem Durchfüh rungsbereich an den Rotationskolben über eine drehbare Ver bindung angeschlossen. Die Verbindungsstelle ist mittels einer axialen Gleitringdichtvorrichtung abgedichtet, die einen konzentrisch zur Drehachse angeordneten Gleitring am Rotationskolben und eine Gegendichtfläche an der Dampfleitung aufweist, auf der der Gleitring bei der Rotation des Rotationskolbens gleitet. Der Gleitring besteht aus einem PTFE-Compound (PTFE/Glas), die Gegendichtfläche, auf der der Gleitring gleitet, besteht oft aus Glas. Es ist aber auch bekannt, zum Abdichten des Rotationskolbens Radialwel lendichtungen, z. B. radiale Gleitringe (Simmerringe) und eine entsprechende zylindrische Gegendichtfläche, zu ver wenden.

An das Dichtsystem eines Rotationsverdampfers werden extrem hohe Ansprüche gestellt. Es muss gegenüber nahezu allen Chemikalien beständig und über einen langen Zeitraum dicht sein. Ferner verschlechtert sich bei zum Teil spontan auf tretenden Undichtigkeiten des Dichtungssystems das Vakuum im Rotationskolben, d. h. der Druck steigt an. Diese Vakuum verschlechterung führt zu einem Anstieg der Siedetemperatur (oder einer Verringerung des Dampfdruckes) und somit zu ei nem Anstieg der Produkttemperatur. Dies wird zwar üblicher weise dadurch abgemildert, dass die Heizbadtemperatur auf einen für das Produkt unkritischen Wert eingestellt wird. Der Nachteil dieser Maßnahme besteht jedoch in einer schlechteren Verdampfungsleistung. Außerdem kann es durch eine Undichtigkeit zu Produktverlusten oder sogar Produkt zerstörung kommen, was bei empfindlichen und teueren Pro dukten oft auch mit erheblichen finanziellen Verlusten ver bunden ist.

Aus diesen Gründen werden beide Dichtflächen mechanisch präzise bearbeitet, so dass die Undichtigkeit an dieser Dichtstelle möglichst klein ist. Bei einer Gleitringdich tung kann auch eine Nachstellvorrichtung für den Gleitring oder die Gegenseite vorgesehen sein, um Temperaturunter schiede und/oder Dichtungsverschleiß zu kompensieren. Mit diesen bekannten Maßnahmen wird ein Endvakuumwert von mindestens 0,1 mbar im Rotationsverdampfer problemlos erreicht bei Verwendung einer handelsüblichen Laborölvakuumpumpe (Drehschieberpumpe) mit einer Saugleistung von ca. 2500 Li tern/Stunde zur Evakuierung des Rotationsverdampfers.

Aus EP 0 504 099 B1 ist ein Rotationsverdampfer bekannt, bei dem die Dichtigkeit eines Dichtungssystems für die Dampfdurchführung zum Rotationskolben dadurch verbessert wird, dass zwei rohr- oder ringförmige Teile koaxial zur Drehachse nebeneinander angeordnet werden, deren einander zugewandten Stirnseiten aufeinander gleitende Dichtflächen bilden. Diese Dichtrohr- oder Dichtringteile bestehen aus gleitfähigem Kunststoff, Glas, Keramik oder einem Kohlen stoffwerkstoff und insbesondere aus einem PTFE-Verbund- Werkstoff. Auf der Außenseite der Mantelfläche jedes der beiden Rohr- oder Ringteile ist zusätzlich jeweils ein sta tionärer Dichtring angeordnet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Dicht vorrichtung für einen rotierbaren Hohlraum, insbesondere eines Rotationsverdampfers, mit verbesserter Dichtigkeit anzugeben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merk malen des Anspruchs 1.

Die Dichtvorrichtung (Rotationsdichtung) gemäß Anspruch 1 zum Abdichten eines um eine Drehachse (Rotationsachse) drehbaren (rotierbaren) Hohlraumes, insbesondere eines Hohlraumes eines Rotationsverdampfers, umfasst

a) eine Anzahl n ≧ 2 Dichtbereiche, die durch n - 1 jeweils zwischen zwei Dichtbereichen liegende Zwischenzonen (Zwischenraum) voneinander getrennt sind und in denen jeweils zwei um die Drehachse geschlossen (zusammenhängend) verlaufende Dichtflächen bei Rotation des Hohl raumes aufeinander gleitend (schleifend, verschleißbe haftet) bewegbar (rotierbar) sind, und
b) wenigstens einen, insbesondere verschließbaren, An schluss für wenigstens eine der Zwischenzonen zum Ein leiten und/oder Ausleiten und/oder Durchleiten von Fluiden, in bzw. aus bzw. durch die Zwischenzone.

Gemäß Anspruch 1 beruht die Erfindung auf der Überlegung, in der Dichtung zwischen dem Hohlraum und einem, im Allge meinen luftgefüllten, Außenraum wenigstens eine zusätzliche Pufferzone in Gestalt der Zwischenzone zu schaffen, die in der Strömungsrichtung für bei einer Undichtigkeit durch die Dichtung strömende Fluide in Reihe (seriell) zu den weite ren Dichtbereichen mit den aufeinandergleitenden, ebenen oder gekrümmten Dichtflächen liegt. Diese Pufferzone oder Pufferzonen kann bzw. können über den zugehörigen Anschluss in Strömungsverbindung zu einem fluidgefüllten Raum oder einer Fluidfördereinrichtung gebracht werden. Dadurch kann der Störeinfluss einer vorhandenen Undichtigkeit in einer gewünschten Weise verringert oder kompensiert werden, bei spielsweise durch Erzeugen eines definierten Druckes, ins besondere eines Unterdruckes, oder einer definierten Gasat mosphäre in der Zwischenzone.

Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe ist im fakulta tiv auf die Ansprüche 1 bis 30 rückbezogenen Anspruch 31 angegeben.

Die Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 31 zum Abdichten eines um eine Drehachse rotierbaren Hohlraumes, insbesondere eines Hohlraumes eines Rotationsverdampfers, umfasst

a) wenigstens zwei aufeinander gleitende und gegeneinander rotierbare Dichtflächen und
b) wenigstens ein Flächendruck-Steuerelement zum Steuern des Flächendruckes, mit dem die aufeinander gleitenden Dichtflächen aneinander gepresst werden, wobei
c) das Flächendruck-Steuerelement einen Steueranschluss zum Anlegen einer Steuergröße aufweist.

Durch diese Maßnahmen gemäß Anspruch 31 ist ein Verschleiß oder ein thermisches Ausdehnungsverhalten an den Dichtflä chen durch eine automatische Einstellung oder Nachstellung des Flächendruckes des Dichtsystems kompensierbar. Eine Spaltbildung zwischen den Dichtflächen kann vermieden wer den.

Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Einsatz möglichkeiten sowie Betriebsweisen der Dichtvorrichtung ge mäß der Erfindung ergeben sich aus den vom Anspruch 1 oder Anspruch 31 abhängigen Ansprüchen.

In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Dichtvor richtung sind die Dichtbereiche relativ zur Drehachse radi al. also senkrecht zur Drehachse, zueinander beabstandet. Diese Ausführungsform entspricht einer im Rahmen der Erfin dung weitergebildeten Axialdichtung oder Axialwellendich tung, unter die beispielsweise eine axiale Gleitringdich tung fällt. Die Zwischenzonen und die Dichtbereiche sind dann vorzugsweise konzentrisch um die Drehachse angeordnet, können aber auch exzentrisch angeordnet sein. Neben der be vorzugten ringförmigen oder hohlzylindrischen Gestalt kön nen die Zwischenzonen und die Dichtbereiche auch einer an deren geschlossenen Gestalt folgen, beispielsweise einer elliptischen Form. Vorzugsweise sind die Dichtflächen im Wesentlichen orthogonal zur Drehachse gerichtet sind.

In einer zweiten und ebenfalls vorteilhaften Ausführungs form der Dichtvorrichtung sind die Dichtbereiche relativ zur Drehachse axial, also parallel zur Drehachse, zueinan der versetzt angeordnet. Diese Ausführungsform entspricht nun einer erfindungsgemäß weitergebildeten Radialdichtung oder Radialwellendichtung, die als radiale Gleitringdich tung ausgebildet sein kann. Die Dichtflächen sind nun ins besondere im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Drehach se ausgebildet und verlaufen vorzugsweise parallel zur Drehachse, also zylinderflächenförmig.

Die Dichtflächen der Dichtbereiche sind im Allgemeinen mit einander zugewandten Oberflächen von Dichtkörpern gebildet, wobei wenigstens ein erster Dichtkörper mit dem Hohlraum mitrotierbar ist (im Bezugssystem der Umgebung des Hohlrau mes nicht ortsfest ist) und wenigstens ein zweiter Dicht körper gegenüber dem Hohlraum nicht mitrotierbar ist(im Be zugssystem der Umgebung ortsfest ist). Der oder die ersten Dichtkörper können mit einer Wandung des Hohlraumes gebil det sein oder - als vorgefertigte Teile - mit einer Wandung des Hohlraumes am Ende oder von außen verbunden sein. Ins besondere kann mindestens einer der Dichtkörper ein Gleit ring sein. Die Zwischenzonen zwischen den Dichtbereichen sind dann im Allgemeinen mit Ausnehmungen (Ausbuchtungen, Nuten) oder Öffnungen (Spalten, Durchbrüchen) in jeweils nur einem der Dichtkörper (alternierend oder alle im glei chen Dichtkörper) oder beiden Dichtkörpern gebildet oder mit Zwischenräumen zwischen mehreren einzelnen Dicht körpern.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Dichtvorrichtung zum Abdichten eines Verbindungsbereiches des rotierbaren Hohlraumes mit einem ortsfesten weiteren Hohlraum, der insbesondere als Leitung zum Zuleiten und/oder Ableiten von Fluiden zu dem bzw. aus dem rotierba ren Hohlraum dient, vorgesehen. Der Übergangsbereich zwi schen den beiden gegeneinander rotierbaren Hohlräumen dient also insbesondere als Fluiddurchführungsbereich. Der zweite Dichtkörper ist dann vorzugsweise mit einer Wandung des ortsfesten weiteren Hohlraumes gebildet oder - als vorge fertigtes Teil - mit einer Wandung des ortsfesten weiteren Hohlraumes von außen oder an deren Ende verbunden, bei spielsweise in Gestalt eines Gleitringes.

Die Anschlüsse können auch zu den Zwischenzonen räumlich versetzt angeordnet sein und werden dann über Leitungen mit den Zwischenzonen verbunden. Diese Leitungen werden vor zugsweise durch den oder einen der Hohlräume geführt.

Die gemäß der Erfindung vorgesehenen Anschlüsse für die Zwischenzonen können in vielfältiger Weise vorteilhaft ver wendet werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden Fluidfördermittel an dem wenigstens einen Anschluss wenig stens einer Zwischenzone angeschlossen, um gewünschte Flui de in die Zwischenzone hineinzufördern oder in der Zwi schenzone befindliche Fluide aus der Zwischenzone heraus zufördern oder ein Fluid zwischen zwei Anschlüssen durch die Zwischenzone hindurchzufördern. Die Fluidfördermittel umfassen vorzugsweise eine Strömungsmaschine wie eine Pum pe, können aber auch mit einem unter einem gewissen Druck stehenden Gas- oder Flüssigkeitsreservoir (z. B. Druckfla sche) gebildet sein.

Diese Fluidförderung ist vorzugsweise steuerbar, wobei vor zugsweise auch die Anschlüsse gesteuert, also wenigstens teilweise verschlossen und wieder geöffnet, werden können.

So wird über die Fluidfördermittel vorzugsweise der Druck in der wenigstens einen Zwischenzone gesteuert, insbesonde re zum Erzeugen eines Vakuums (Unterdrucks). Diese Be triebsweise und die nachfolgenden Weiterbildungen können auch als Betriebsverfahren separat beansprucht werden.

Dabei wird in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der wenigstens ei nen Zwischenzone (Zonendruck) einerseits und dem Druck im rotierbaren Hohlraum (Innendruck) andererseits auf einen vorgegebenen Wert (Sollwert, Führungsgröße) eingestellt oder geregelt.

Der vorgegebene Wert der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der wenigstens einen Zwischenzone einerseits und dem Druck im rotierbaren Hohlraum andererseits kann im Wesent lichen gleich Null sein. Bezogen auf den Hohlraum und den dort herrschenden Innendruck ist dann eine Undichtigkeit praktisch nicht mehr feststellbar.

Stellt man dagegen den Sollwert für die Druckdifferenz grö ßer als Null ein, so strömt dann bei einer Undichtigkeit abhängig von der Höhe der Druckdifferenz Luft aus dem Au ßenraum infolge des dort herrschenden höheren Druckes (At mosphärendruck) in den evakuierten Hohlraum. Dies kann to leriert werden, solange die einströmende Luftmenge so ge ring ist, dass sie im Hohlraum prozesstechnisch vernachläs sigbar ist.

In einer dritten Variante wird der Zonendruck in der Zwi schenzone kleiner als der Innendruck im Hohlraum einge stellt. Bei einer Undichtigkeit gelangt nun aus dem evaku ierten Hohlraum Gas oder Dampf in die Zone. Dies kann nun entweder bei nicht zu großen Mengen in Kauf genommen werden oder es wird vorzugsweise am Anschluss der Zwischenzone eine Auffangeinrichtung nachgeschaltet zum Auffangen und eventuellen Wiederverwerten der in die Zwischenzone gelang ten Substanzen. Die Auffangeinrichtung kann beispielsweise eine Kondensationsvorrichtung zum Kondensieren der Dämpfe oder eine Absorptionsvorrichtung zum Absorbieren der Dämpfe sein.

Neben einer Evakuierung der Zwischenzonen als Betriebsweise (Betriebsverfahren) der Dichtvorrichtung ist es auch mög lich, Fluide in gewünschter Zusammensetzung in die Zwi schenzone einzubringen. Hierdurch können eine Vielzahl von Funktionalitäten verwirklicht werden, die auch separat als Verfahren zum Betreiben der Dichtvorrichtung beanspruchbar sind.

In einer besonderen Ausführungsform wird durch wenigstens eine Zwischenzone ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel oder Heizmittel geleitet zur Kühlung bzw. Beheizung der Dichtbereiche. Dabei können die gegenüberliegenden Dicht flächen beide beheizt bzw. gekühlt werden, wobei die Tempe raturen auch unterschiedlich sein können.

Weiterhin ist es in vorteilhafter Weise möglich, in die Zwischenzonen Fluide einzubringen, die für einen im rotier baren Hohlraum oder einen mit diesem in Verbindung stehen den Prozessraum stattfindenden Prozess, insbesondere einen Rotationsverdampfungsprozess in einem Rotationsverdampfer, prozessneutral oder prozessinhärent (im Prozess enthalten) sind. Beispiele für prozessneutrale Fluide sind inerte Gase wie Edelgas oder Stickstoff oder inerte Flüssigkeiten und für prozessinhärente Fluide gasförmige oder flüssige Löse mittel oder andere zu verdampfende oder bereits verdampfte Substanzen.

Zur Verbesserung des Gleitverhaltens an den aufeinander gleitenden Dichtflächen kann diesen in einer weiteren Be triebsweise über die wenigstens eine Zwischenzone auch ein Gleitmittel oder Schmiermittel zugeführt werden, wobei der Begriff Fluid neben flüssigen Schmierstoffen wie zum Bei spiel Ölen auch Fette und Festschmierstoffe wie viskose Pa sten oder dergleichen umfassen soll.

Eine weitere Betriebsweise für die Dichtvorrichtung ist da durch gekennzeichnet, dass eine Reinigungsflüssigkeit, bei spielsweise ein Lösungsmittel, durch die wenigstens eine Zwischenzone den Dichtflächen zugeführt wird, um Verschmut zungen von den Dichtflächen und/oder in den Zwischenzonen zu lösen.

Schließlich können die Anschlüsse der Zwischenzonen auch zum Messen des Druckes in der oder den Zwischenzonen ver wendet werden. Es wird dann mit dem jeweiligen Anschluss eine entsprechende Meseinrichtung verbunden, die vorzugs weise wiederum mit einer Auswerteeinrichtung verbunden wird zum Auswerten der gemessenen Druckwerte. Die Auswertung kann insbesondere eine Erfassung von Druckänderungen umfas sen, die als Maß für Undichtigkeit herangezogen werden kön nen.

Für die Einstellung des Flächendruckes zwischen den Dicht flächen kann als Flächendruck-Steuerelement in einer vor teilhaften Weiterbildung ein in Normalenrichtung zu den Dichtflächen in Abhängkeit von der Steuergröße unterschied lich ausdehnbares Dehnelement verwendet werden, wie bei spielsweise ein pneumatisches oder hydraulisches Element, das über einen Druck als Steuergröße am Steueranschluss ge steuert wird, ein elektrisch über einen Steuerstrom oder eine Steuerspannung als Steuergröße steuerbares Element, insbesondere ein elektrischer Linearmotor, oder ein thermi sches Dehnelement, dessen Länge abhängig von seiner Tempe ratur ist, wobei als Steuergröße am Steueranschluss dann eine thermische Größe verwendet wird.

In einer vorteilhaften Betriebsweise ist eine Überwachungs einrichtung vorgesehen, die insbesondere mit Hilfe der Zwi schenzonen die Dichtigkeit an den Dichtflächen überwacht und durch Steuern des Flächendruck-Steuerelements in einem vorgegebenen oder vorgebbaren Toleranzbereich hält.

In einem Reinigungs- oder Desinfektionsmodus ist der Flä chendruck der Dichtflächen über das Flächendruck- Steuerelement auch vorübergehend erhöhbar zur Erwärmung der Dichtbereiche durch Reibung.

Eine bevorzugte Anwendung findet die Rotationsdichtung ge mäß der Erfindung bei einem Rotationsverdampfer zum Abdich ten eines rotierbaren Hohlraumes, insbesondere des Rota tionskolbens, in dem die Substanzen verdampft werden, oder einer Zuleitung zum Rotationskolben. Die Dichtwirkung kann hier noch zusätzlich dadurch verbessert werden, dass wenig stens eine als Radialdichtung ausgebildete Dichtvorrichtung gemäß der Erfindung mit wenigstens einer als Axialdichtung ausgebildeten Dichtvorrichtung gemäß der Erfindung strö mungstechnisch in Reihe geschaltet wird. Diese Maßnahme ist im Übrigen auch bei den bekannten Dichtungen zur Veringe rungen von Undichtigkeiten von Vorteil.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auf die Zeichnung Bezug genom men, in deren

Fig. 1 ein Teil eines Rotationsverdampfers mit einem Ro tationskolben, einer Dampfleitung und einer Dicht vorrichtung zum Abdichten des Rotationskolbens und der Dampfleitung mit zwei Zwischenzonen in einem Längsschnitt,

Fig. 2 der Teil der Dichtvorrichtung gemäß Fig. 1 an der Dampfleitung in einem Querschnitt,

Fig. 3 ein Teil eines Rotationsverdampfers mit einer Dichtvorrichtung zum Abdichten des Rotationskol bens und der Dampfleitung mit drei konzentrischen Zwischenzonen in einem Längsschnitt,

Fig. 4 der Teil der Dichtvorrichtung gemäß Fig. 3 an dem Rotationskolben in einem Querschnitt,

Fig. 5 ein Teil eines Rotationsverdampfers mit einer Dichtvorrichtung zum Abdichten des Rotationskol bens und der Dampfleitung mit drei konzentrischen Zwischenzonen in einem Längsschnitt,

Fig. 6 der Teil der Dichtvorrichtung gemäß Fig. 1 an der Dampfleitung in einem Querschnitt,

Fig. 7 ein Teil eines Rotationsverdampfers mit einer Dichtvorrichtung zum Abdichten des Rotationskol bens und der Dampfleitung mit zwei konzentrischen Zwischenzonen in einem Längsschnitt,

Fig. 8 der Teil der Dichtvorrichtung gemäß Fig. 7 an dem Rotationskolben in einem Querschnitt,

Fig. 9 ein Teil eines Rotationsverdampfers mit einer Dichtvorrichtung zum Abdichten des Rotationskol bens und der Dampfleitung mit zwei konzentrischen Zwischenzonen und Zuleitungen zu den Zwischenzonen in einem Längsschnitt,

Fig. 10 der Teil der Dichtvorrichtung gemäß Fig. 9 an der Dampfleitung in einem Querschnitt,

Fig. 11 ein Teil eines Rotationsverdampfers mit einer Dichtvorrichtung zum Abdichten des Rotationskol bens und der Dampfleitung mit zwei axial versetz ten Zwischenzonen in einem Längsschnitt,

Fig. 12 ein Teil eines Rotationsverdampfers mit einer Dichtvorrichtung zum Abdichten des Rotationskol bens und der Dampfleitung mit drei axial versetz ten Zwischenzonen in einem Längsschnitt,

Fig. 13 ein Teil eines Rotationsverdampfers mit einer Dichtvorrichtung zum Abdichten des Rotationskol bens und der Dampfleitung mit drei axial versetz ten Zwischenzonen und Zuleitungen in einem Längs schnitt,

Fig. 14 eine Dichtvorrichtung eines Rotationsverdampfers mit einer Flächendruck-Steuervorrichtung und

Fig. 15 eine Überwachungseinheit für eine Flächendruck- Steuervorrichtung gemäß Fig. 14.
jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechen de Teile sind in den Fig. 1 bis 15 mit denselben Bezugszei chen versehen.

Es sind in allen Fig. 1 bis 15 ein Rotationskolben des Rota tionsverdampfers mit 4, der Hohlraum oder Innenraum des Ro tationskolbens 4 mit 40 und die den Innenraum 40 umschlie ßende Wandung des Rotationskolbens 4 mit 41 sowie eine An triebseinrichtung zum Rotieren des Rotationskolbens 4 um eine Drehachse A mit 7 bezeichnet.

In den Fig. 1 bis 10 sind Axialdichtungen nach Art axialer Gleitringdichtungen für den Rotationskolben 4 und in den Fig. 11 bis 13 Radialdichtungen nach Art radialer Gleit ringdichtungen dargestellt.

Eine ortsfest zum Rotationskolben 4 angeordnete Leitung zum Zu- und Abführen von gasförmigen Substanzen in den bzw. aus dem Rotationskolben 4 ist in den Fig. 1 bis 10 mit 5 und in den Fig. 11 bis 13 mit 9 bezeichnet. Der Innenraum der Lei tung ist gemäß den Fig. 1 bis 10 mit 50 und gemäß den Fig. 11 bis 13 mit 90, die den Innenraum begrenzende Wandung der Leitung 5 bzw. 9 mit 51 bzw. 91 bezeichnet. An dem vom Ro tationskolben 4 abgewandten Ende der Leitung 5 kann ein nicht dargestellter Kühler zum Auskondensieren der ver dampften Substanzen vorgesehen sein.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 ist um einen hohlzylindrischen Teil der Wandung 40 des Rotations kolbens 4 ein ebenfalls hohlzylindrisches Hülsenteil 12 ei nes ersten Dichtkörpers (Gleitring) 2 angeordnet, der sich bei der Rotation des Rotationskolbens 4 mit um die Drehach se A bewegt. An seiner vorderen flanschförmig aufgeweiteten Stirnseite weist der Dichtkörper 2 eine um die Drehachse A verlaufende im Wesentlichen ringförmige vordere Oberfläche 20 auf. Diese vordere Oberfläche 20 des Dichtkörpers 2 liegt unmittelbar einer entsprechenden Oberfläche 30 eines flanschartig ausgeformten, stirnseitigen Teils (stationärer Planschliff) der rohrförmigen Leitung 5 als Gegenfläche ge genüber. Dieses flanschartige Teil der Leitung 5 bildet ei nen zweiten Dichtkörper 3.

Die vordere Oberfläche 30 des zweiten Dichtkörpers 3 ist durch zwei ringförmig um die Drehachse A und zur Drehachse konzentrische verlaufende Zwischenzonen Z1 und Z2 in drei ringsegmentartige, konzentrische und ebene (flache, plane) Dichtflächen 31, 32 und 33 (in der Reihenfolge von innen nach außen gezählt) unterteilt. Die Zwischenzonen Z1 und Z2 sind gemäß Fig. 1 und 2 als Nuten im flanschartigen Dicht körper 3 ausgebildet, die dazwischenliegenden Bereiche mit den Dichtflächen 31 bis 33 praktisch als Hohlwellen. Die Oberfläche 20 des ersten Dichtkörpers 2 kann ebenfalls wie dargestellt durch ringförmige Nuten in drei ebene Dichtflä chen mit gleichen Radien wie die Dichtflächen 31 bis 33 un terteilt sein oder auch durchgehend plan (eben) sein. In beiden Fällen sind die Dichtkörper 2 und 3 nur mit den Dichtflächen 31 bis 33 des zweiten Dichtkörpers 3 und den entsprechenden Gegenflächen am ersten Dichtkörper 2 in Kon takt, so dass also drei voneinander getrennte, radial zu einander versetzte Dichtbereiche gebildet sind. Durch eine an der von der vorderen Oberfläche 20 abgewandten Stirnsei te des Dichtkörpers 2 angeordnete Stelleinrichtung 6 können nun die entsprechenden Dichtflächen an der Oberfläche 20 des Dichtkörpers 2 gegen die zugehörigen Dichtflächen 31 bis 33 des zweiten Dichtkörpers 3 gedrückt oder gepresst werden.

Es ist auch denkbar, daß sich die Nuten nur im Dichtkörper 2 befinden.

Bei Rotation des Rotationskolbens 4 um die Drehachse A wird nun der erste Dichtkörper (Gleitring) 2 mitgedreht und in den drei Dichtbereichen dichten die aufeinander drehend gleitenden Dichtflächen von erstem Dichtkörper 2 und 31 bis 33 des zweiten Dichtkörpers 3 den Innenraum 40 des Rotati onskolbens 4 und den in Richtung der Drehachse A unmittel bar anschließenden Innenraum 50 der Leitung 5 gegenüber dem Außenraum ab. Die beiden Dichtkörper 2 und 3 bilden somit eine axiale Rotations-Dichtvorrichtung für Rotationskolben 4 und Leitung 5 an deren Verbindungsstelle.

Insbesondere wenn eine vergleichsweise große Druckdifferenz zwischen dem mit p5 bezeichneten Druck im Außenraum (Außen druck) und dem mit p1 bezeichneten Druck (Innendruck) im Innenraum 40 und 50 von Rotationskolben 4 und Leitung 5 herrscht, so sind an die Dichtigkeit der drei konzentri schen Dichtbereiche mit den Dichtflächen 31 bis 33 hohe An forderungen gestellt. So können beispielsweise beim Evaku ieren des Rotationskolbens 4 mittels einer Vakuumpumpe über die Leitung 5 die Druckdifferenzen zwischen dem Innendruck p1 im Rotationskolben 4 des Rotationsverdampfers und dem Atmosphärendruck als Außendruck (Umgebungsdruck) p5 ca. 1.000 mbar betragen.

Doch selbst bei Auftreten einer Undichtigkeit in den Dicht bereichen können durch Steuern des Drucks oder der Gasatmo sphäre in den Zwischenzonen Z1 und Z2 gemäß der Erfindung die negativen Auswirkungen einer Leckage vermieden oder zu mindest abgemildert werden. An der von der Oberfläche 30 abgewandten Seite des Dichtkörpers 3 weisen die Zwischenzo nen Z1 und Z2 dazu jeweils zwei, vorzugsweise diametral entgegengesetzt angeordnete, Anschlüsse A1 und B1 bzw. A2 und B2 auf. Von diesen Anschlüssen A1, A2, B1 und B2 werden für verschiedene Funktionen und Anwendungsfälle nur einer oder beide gebraucht, weshalb die Anschlüsse A1, A2, B1 und/oder B2 wenigstens teilweise manuell oder automatisch verschlossen werden können. Dazu sind nicht dargestellte Verschließeinrichtungen wie beispielsweise magnetisch oder elektromagnetischsteuerbare Ventile vorgesehen.

Verschließt man nun in einer ersten Betriebsweise den An schluss B1 und evakuiert die Zwischenzone Z1 mit Hilfe einer an den Anschluss A1 angeschlossenen Vakuumpumpe, so kann ein Druck p2 in der Zwischenzone Z1 eingestellt wer den, der wesentlich näher beim Innendruck p5 im Rotations kolben 4 liegt als beim Außendruck (Atmosphärendruck) p5. Dadurch kann die Vakuumverschlechterung im evakuierten In nenraum 40 des Rotationskolbens 4 bei einer Leckage im Dichtsystem reduziert werden. Beispielsweise kann der In nendruck p1 im Rotationskolben 4 auf 20 mbar eingestellt werden und der Druck p2 in der Zwischenzone Z1 auf 25 mbar. Die Druckdifferenz zwischen dem Innendruck p1 des Rotati onskolbens 4 und dem Zonendruck p2 in der Zwischenzone Z1 beträgt dann nur noch 5 mbar gegenüber einer Druckdifferenz von beispielsweise 975 mbar zwischen dem Druck p2 in der Zone Z1 und dem Atmosphärendruck p5 im Außenraum. Es kann nun als weitere Druckstufe die zweite Zwischenzone Z2 ver wendet werden und ebenfalls evakuiert werden, wobei der Druck p3 vorzugsweise zwischen dem Außendruck p5 und dem Druck p2 in der inneren Zwischenzone Z1 eingestellt wird. Die äußere Zwischenzone Z2 ist aber in dieser Betriebsweise nicht unbedingt notwendig und kann auch entfallen.

Bei einer weiteren Betriebsweise, bei der im Rotationsver dampfer Lösemittel verdampft werden und eine darin gelöste Substanz entsprechend konzentriert wird, werden die An schlüsse B1 der Zwischenzone Z1 und B2 der Zwischenzone Z2 verschlossen. Über den Anschluss A1 wird mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung der inneren Zwischenzone Z1 Lösemit teldampf zugeführt, wobei das Lösemittel, aus der der Löse mitteldampf erzeugt wird, in der Regel dem Lösemittel im Rotationskolben 4 entspricht, aber auch ein anderes Löse mittel sein kann, das den Prozess nicht stört. Die äußere Zwischenzone Z2 wird dagegen über den Anschluss A2 so eva kuiert, dass der Druck p3 in der äußeren Zwischenzone Z2 gleich dem Druck p2 in der inneren Zwischenzone Z1 ist.

Diese Maßnahmen haben zur Folge, dass bei einem Leck in den Dichtflächen 31, 32 und 33 zum einen Lösemitteldampf von der Zwischenzone Z1 über das Leck in den evakuierten Innen raum 40 des Rotationskolbens 4 und 50 der Leitung 5 gelangt und vom Kühler des Rotationsverdampfers auskondensiert wird und zum anderen aufgrund der Druckgleichheit der Zonendrüc ke p2 und p3 aus der äußeren Zwischenzone Z2 in die innere Zwischenzone Z1 praktisch kein Gas (Luft oder Dampf) ge langt, sondern bereits von der äußeren Zwischenzone Z2 ab gefangen wird. Ein Leck in der Dichtvorrichtung hat somit keinen relevanten Einfluss auf das Vakuum und die Arbeits weise des Rotationsverdampfers.

In einer weiteren Betriebsweise der Dichtvorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 werden an den beiden Anschlüssen A1 und B1 sowie A2 und B2 jeder der Zwischenzonen Z1 und Z2 unter schiedliche Drücke p2 und p2' bzw. p3 und p3' erzeugt und ein gas- oder dampfförmiges oder flüssiges Kühlmittel (Käl temittel, Lösemittel) zum Kühlen (Abführen von Wärme) der Dichtbereiche, insbesondere der aufeinander rotierenden Dichtflächen (31 bis 33), durch oder in die Zwischenzonen Z1 und Z2 geleitet. Das Kühlmittel wird dabei in einem Kühlmittelkreislauf mit einer Kühlvorrichtung oder einem Wärmetauscher geführt

Umgekehrt kann in einer weiteren Betriebsweise die Dicht vorrichtung in analoger Weise auch geheizt (Wärme zuge führt) werden, beispielsweise zum Säubern der Dichtflächen oder zum Ausnutzen thermischer Ausdehnungen, indem ein gas- oder dampfförmiges oder flüssiges Heizmittel durch oder in die Zwischenzonen Z1 und Z2 über deren Anschlüsse A1 und B1 bzw. A2 und B2 geleitet wird, das in einem Heizkreislauf mit einem Wärmetauscher oder einer Heizvorrichtung geführt ist.

In einer besonders vorteilhaften Betriebsweise wird mit Hilfe einer der oder beider Zwischenzonen Z1 und/oder Z2 eine Undichtigkeit in der Dichtvorrichtung erfasst und der Grad oder das Ausmaß der Undichtigkeit bestimmt. Dazu wird beispielsweise die innere Zwischenzone Z1 über den An schluss A1 von einer Vakuumpumpe bis zu einem bestimmten Druck p2 evakuiert und es wird dann der Anschluss A1 ver schlossen. Mittels einer an den zweiten Anchluss B1 der Zwischenzone Z1 angeschlossenen Messeinrichtung wird nun der Druck p2' in der Zwischenzone Z1 permanent (fortlau fend) gemessen. Bei Vorliegen einer Undichtigkeit steigt nun der Druck p2' in der Zwischenzone Z1 wieder an. Je schneller sich der Druck p2' in der Zone Z1 ändert, um so undichter ist das Dichtsystem. Durch Auswertung der zeitli chen Druckänderung anhand der gemessenen Druckwerte und de ren zeitlichem Verlauf können also Rückschlüsse auf den Grad der Undichtigkeit gezogen werden. Ferner können auch zeitliche Änderungen des Druckes p2' und/oder Druck- Differenzen der Drücke p2' und p3' der Zonen Z1 und Z2 und des Druckes p1 des evakuierten Innenraumes 40 und 50 des Rotationsverdampfers in beliebiger Reihenfolge verglichen werden, um so optimale Aussagen und Strategien zu entwic keln oder Prognosen über die verbleibende Einsatzdauer des Dichtsystems des Rotationsverdampfers abzuleiten.

Die Dichtvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden.

So kann die Gestalt der Zwischenzonen Z1 und Z2 auch von der Ringform abweichen und beispielsweise auch exzentrisch und/oder elliptisch (elliptoid) sein. Im Allgemeinen umgibt die Zwischenzone Z1 und Z2 jeweils die Drehachse A.

Ferner kann die Anzahl n der Zwischenzonen und entsprechend die Anzahl n + 1 der Dichtbereiche eine beliebige natürliche Zahl, beginnend mit 1, sein.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform der Dichtvorrichtung für einen Rotationsverdampfer gemäß Fig. 1 und 2, bei der eine dritte Zwischenzone Z3 mit zwei Anschlüssen A3 und B3 außerhalb der Zwischenzone Z2 und konzentrisch zu dieser aufgebaut ist. Die durch die Zwi schenzonen Z1 bis Z3 getrennten entsprechenden vier Dicht flächen am ersten Dichtkörper 2 sind mit 21 bis 24 bezeich net. Die zusätzliche Zwischenzone Z3 kann beispielsweise Stickstoff (N₂), ein Edelgas und/oder Lösemitteldampf oder flüssiges Lösemittel enthalten oder auch evakuiert sein, wobei der Druck p4 in dieser Zwischenzone Z3 vom Einsatz fall abhängt.

Eine Zufuhr von prozessneutralen oder prozessinhärenten Fluiden kann auch in anderen Zwischenzonen und anderen Aus führungsformen erfolgen.

Auch die Dichtvorrichtung gemäß den Fig. 5 und 6 weist drei konzentrische Zwischenzonen Z1 bis Z3 auf, die vier Dicht bereiche bilden, von denen die vier Dichtflächen 31 bis 34 am zweiten Dichtkörper 3 gezeigt sind. Im Unterschied zu den Fig. 1 bis 4 ist der mit dem Rotationskolben 4 rotierba re erste Dichtkörper 2 in dieser Ausführungsform mit einem Flansch an der Stirnseite des Rotationskolbens 4 gebildet, und der ortsfeste zweite Dichtkörper 3 ist mit einem hohlzylindrischen Teil 13 wie ein Gleitring von außen auf der Wandung 51 der Leitung 5 angeordnet und kann von einer Stelleinrichtung 6, die von einer Fixiereinrichtung 8 fi xiert wird, mit seinem flanschartigen stirnseitigen Teil gegen den ersten Dichtkörper 2 gepresst werden.

In der Abwandlung der Dichtvorrichtung gemäß Fig. 7 und 8 sind zwei Zwischenzonen Z1 und Z2 aus jeweils einer umlau fenden Nut im zweiten Dichtkörper 3, an der auch die An schlüsse A1 und B1 bzw. A2 und B2 vorgesehen sind, einer seits und jeweils einem Zwischenspalt zwischen zwei einzel nen Teilkörpern des Dichtkörpers 2 (Gleitringen, Hohlwel len) andererseits zusammengesetzt. Es ergeben sich dadurch gegenüber Fig. 1 und 2 deutlich tiefere Nuten am ersten Dichtkörper (Dichtkörperverbund) 2 und die Volumina der Zwischenzonen Z1 und Z2 sind dadurch vergrößert. Der Spalt zwischen den Teilkörpern des ersten Dichtkörpers 2 für die innere Zwischenzone Z1 ist kleiner gewählt als derjenige für die äußere Zwischenzone Z2, so dass unterschiedliche Volumina für unterschiedliche Zwischenzonen Z1 und Z2 rea lisiert sind. Der Dichtkörper 3 kann auch ohne Nuten ausge führt sein.

Die Fig. 9 und 10 zeigen schließlich eine weitere Ausfüh rungsform einer Axialdichtvorrichtung. Der erste Dichtkör per 2 ist mit einem flanschartigen Ende der Wandung 41 des Rotationskolbens 4 gebildet und weist in der Regel eine durchgehende plane Oberfläche 20 ohne Nuten oder Ausbuch tungen auf. Auf dieser Oberfläche 20 des ersten Dichtkör pers 2 gleiten bei dessen Drehung drei konzentrische Dicht flächen 31, 32 und 33 an der Stirnseite eines in mehrere Teilkörper unterteilten zweiten Dichtkörpers 3. Die Dicht flächen 31 bis 33 sind wieder durch Zwischenzonen Z1 und Z2 voneinander getrennt, die nun in dieser Ausführungsform nur mit Einbuchtungen im zweiten Dichtkörper 3 oder Zwischen räumen zwischen dessen Teilkörpern gebildet sind und keine Fortsetzungen im ersten Dichtkörper 2 finden. Die Dichtflä chen 31 bis 33 können mittels einer Stelleinrichtung 6 am zweiten Dichtkörper 3 und einer Fixiereinrichtung 8 wieder gegen die Gegenfläche 20 am ersten Dichtkörper 2 zur Ab dichtung gedrückt werden. Die Leitungen können jedoch auch direkt durch den Dichtkörper 3 geführt werden.

Im Unterschied zu den bislang beschriebenen Ausführungsfor men sind gemäß Fig. 9 und 10 die Anschlüsse A1 und B1 der inneren Zwischenzone Z1 und die Anschlüsse A2 und B2 der äußeren Zwischenzone Z2 jeweils über eine zugehörige Lei tung L1 und M1 bzw. L2 und M2 mit den zugehörigen Zwischen zonen Z1 bzw. Z2 verbunden. Die Leitungen L1, L2, M1 und M2 verlaufen von den Zwischenzonen Z1 und Z2 nach innen durch einen Durchbruch in der Wandung 51 der Leitung 5 und sind über eine bestimmte Länge durch den Innenraum 50 der Lei tung 5 axial geführt, um dann an einer axial versetzten Stelle wieder durch die Wandung 51 in den zugehörigen An schluss A1 bzw. A2 bzw. B1 bzw. B2 zu münden. Die Anschlüsse A1, A2, B1 und B2 können dadurch beliebig räumlich versetzt zu den Dichtflächen 31 bis 33 angeordnet werden. Die Lei tungen können jedoch auch direkt durch den Dichtkörper 3 geführt werden.

Die Zwischenzonen gemäß der Erfindung können neben den bis lang beschriebenen Axialdichtvorrichtungen für den Rotati onskolben 4 auch bei Radialdichtvorrichtung vorteilhaft zum Einsatz kommen. Solche Radialdichtungen sind in Fig. 11, 12 und 13 gezeigt. Die Fig. 11 bis 13 veranschaulichen jeweils eine Rotations-Verbindungsstelle eines Rotationsverdamp fers, die einen Rotationskolben 4 mit einer Leitung 9 ver bindet. Es sind eine Wandung der Leitung 9 mit 91 und ein von der Wandung 91 umschlossener Innenraum (Hohlraum) mit 90 bezeichnet.

In Fig. 11 sind die Wandung 41 des Rotationskolbens 4 und die Wandung 91 der Leitung 9 jeweils hohlzylindrisch und koaxial bezüglich der Drehachse A ausgebildet. Die Wandung 91 der Leitung 9 weist dabei den größeren Durchmesser auf und ist von der innenliegenden Wandung 41 des Rotationskol bens 4 durch drei als Gleitringe oder Radialwellendichtrin ge ausgebildete Dichtkörper R1, R2 und R3 beabstandet. Die Dichtkörper R1 bis R3 sind jeweils an der Innenseite der Wandung 91 der Leitung 9 befestigt und gleiten jeweils mit einer umlaufenden Dichtfläche 71 bzw. 72 bzw. 73 auf der Außenfläche 42 der Wandung 41 des Rotationskolbens 4 bei dessen Rotationsbewegung. Die Dichtflächen 71 bis 73 bilden zusammen mit der Außenfläche 42 der Wandung 41 jeweils ei nen Dichtbereich, die Wandung 41 dient also als Dichtkör per. Vorzugsweise verjüngen sich die Dichtkörper R1 bis R3 nach innen zu den Dichtflächen 71 bis 73 hin. Die Dichtkör per R1 bis R3 sind axial in Richtung der Drehachse A zuein ander beabstandet unter Bildung von Zwischenzonen Z1 zwi schen den Dichtkörpern R1 und R2 und Z2 zwischen den Dicht körpern R2 und R3. In diese Zwischenzonen Z1 und Z2 münden durch die Wandung 91 der Leitung 9 hindurch jeweils wieder zwei diametral entgegengesetzt angeordnete Anschlüsse A1 und B1 sowie A2 und B2. Die Funktionen und Betriebsweisen der Zwischenzonen Z1 und Z2 sind nun völlig analog zu den bereits beschriebenen Axialdichtungen, so dass hierauf zur Vermeidung von Wiederholungen nicht mehr näher eingegangen wird.

Fig. 12 zeigt nun eine Radialdichtvorrichtung mit vier axialversetzt angeordneten Dichtkörpern R1 bis R4 und drei Zwischenzonen Z1 bis Z3, denen jeweils zwei Anschlüsse A1 und B1 bzw. A2 und B2 bzw. A3 und B3 zugeordnet sind. Die Verwendung des Zwischenzonen Z1 bis Z3 ist analog zu der Axialdichtung mit drei Zwischenzonen gemäß Fig. 3 und 4.

Auch die Dichtvorrichtung gemäß Fig. 13 weist drei Zwischen zonen Z1 bis Z3 und vier von diesen Zwischenzonen Z1 bis Z3 voneinander getrennte Dichtkörper R1 bis R4 mit Dichtflä chen 71 bis 74 auf. Im Unterschied zu Fig. 12 sind nun je doch die Dichtkörper R1 bis R4 an dem rotierenden Teil, al so dem Rotationskolben 4 befestigt und drehen sich also bei dessen Rotation mit. Die Dichtflächen 71 bis 74 gleiten da bei auf der Außenfläche 92 der Wandung 91 der Leitung 9, die in dieser Ausführungsform einen kleineren Durchmesser aufweist als die Wandung 41 des Rotationskolbens 4. Ein weiterer Unterschied zu Fig. 12 besteht darin, dass die Zwi schenzonen Z1 bis Z3 (ähnlich wie in Fig. 9) über Leitungen L1 bis L3 bzw. M1 bis M3 mit den zugehörigen, axial ver setzten Anschlüssen A1 bis A3 bzw. B1 bis B3 verbunden sind. Die Leitungen L1 bis L3 und M1 bis M3 sind durch die Wandung 91 und dazwischen axial durch den Innenraum 90 der Leitung 9 gelegt.

Die Dichtflächen 71 bis 74 gemäß den Fig. 11 bis 13 können auch in einer nicht dargestellten Ausführungsform nach außen zeigen.

Ferner können die in den bislang beschriebenen Ausführungs formen ebenen oder zylindrischen Dichtflächen auch prinzi piell beliebig gekrümmt ausgebildet werden, wobei konvexe Bereiche einer der Dichtflächen entsprechend komplementär geformten konkaven Bereichen der zugehörigen Dichtgegen fläche gegenüber liegen. Beispielsweise können sphärisch (kugelförmig) geformte Dichtflächen vorgesehen sein.

Die Zahl der Anschlüsse für die Zwischenzonen ist in keiner der beschriebenen Ausführungsformen auf zwei oder eine an dere Zahl beschränkt. Auch ist die Anordnung der Anschlüsse in weiten Grenzen variierbar.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform können ferner auch die Axialdichtsysteme und die Radialdichtsysteme gemäß der Erfindung miteinander kombiniert werden und eine ent sprechende Anzahl von Zwischenzonen aufgebaut werden. Da durch kann die Dichtigkeit zusätzlich verbessert werden.

Die Stelleinrichtung 6, die bei den in den Fig. 1 bis 10 ge zeigten Axialdichtvorrichtungen die Dichtflächen aneinan derpresst, kann in an sich bekannter Weise mit einer Feder gebildet sein, die einen nicht veränderbaren, allein durch die Federeigenschaften vorgegebenen Flächendruck erzeugt, mit dem die Dichtflächen aufeinander gedrückt werden.

Die Dichtwirkung der Dichtvorrichtung kann nun aber zusätz lich noch verbessert werden, wenn der Flächendruck steuer bar ist, also zwischen verschiedenen vorgegebenen Werten frei und zu jedem Zeitpunkt automatisch verändert und ein gestellt werden kann.

Fig. 14 zeigt eine solche Dichtvorrichtung mit steuerbarem Flächendruck zwischen den Dichtflächen der beiden an den Oberflächen 20 und 30 einander gegenüberstehenden Dichtkör per 2 und 3. Der erste Dichtkörper 2 ist am Rotationskolben 4 fixiert, also nicht axial verschiebbar, und rotiert mit dem Rotationskolben 4 mit, während der zweite Dichtkörper 3 ortsfest mit der Leitung 5 gekoppelt ist. Es sind wieder ähnlich wie in Fig. 1 und 2 zwei Zwischenzonen Z1 und Z2 hauptsächlich im ersten Dichtkörper 2 gebildet, die jeweils mit zwei Anschlüssen A1 und B1 sowie A2 und B2 versehen sind und drei Paare von in Fig. 14 nicht bezeichneten Dicht flächen voneinander abtrennen.

Die Leitung 5 (Dampfrohr) ist axial verschiebbar über eine Gleithülse 18 in einem Führungshalter 19 gelagert. Der Füh rungshalter 19 ist auf einem Gegenkörper 61 insbesondere über Gewinde befestigbar. Über jeweils einen Fixierring 16 und 17 und den Führungshalter 19 sind zwei Federn 14 und 15 auf der Leitung 5 an deren Außenseite unter eine Vorspan nung gesetzt. Die beiden Federn 14 und 15 erzeugen durch ihre federelastischen Rückstellkräfte eine bestimmte An presskraft pro Fläche, also einen Flächendruck, mit dem die beiden Dichtkörper 2 und 3 aneinander angepresst werden. Dieser Grundflächendruck kann nun zusätzlich über ein me chanisch in Reihe zu den Federn 14 und 15 geschaltetes steuerbares Dehnelement 60 als Flächendruck-Steuerelement variiert werden.

Das Dehnelement 60 weist einen Steueranschluss SA auf und kann sich abhängig von einer an dem Steueranschluss SA an liegenden Steuergröße axial, i. e. parallel zur Drehachse A, unterschiedlich ausdehnen. Diese unterschiedliche Ausdeh nung erzeugt entsprechend einen unterschiedlichen Anpress druck (Flächendruck) an den Dichtflächen zwischen den bei den Dichtkörpern 2 und 3.

Das steuerbare Dehnelement 60 kann insbesondere sein:

- ein pneumatisches oder hydraulisches Element, das über einen Druck als Steuergröße am Steueranschluss SA gesteu ert wird, beispielsweise zwei ineinander z. B. koaxial aufgebaute Faltenbälge oder faltenbalgähnliche Bauelemen te, wobei der Zwischenraum der Faltenbälge mit einem Steuermedium beaufschlagt wird,
- ein elektrisch über einen Steuerstrom oder eine Steuer spannung als Steuergröße steuerbares Element, beispiels weise ein elektrischer Linearmotor
- ein thermischer Dehnkörper, dessen Länge abhängig von seiner Temperatur ist, wobei als Steuergröße am Steueran schluss SA eine thermische Energie, Wärmemenge oder Tem peratur verwendet wird durch Beheizen und/oder Kühlen des Dehnkörpers. Die Beheizung kann insbesondere elektrisch mit Hilfe eines Heizelementes, die Kühlung insbesondere mit Hilfe eines Peltier-Elementes und die Heizung und Kühlung durch Umpolen eines Peltier-Elementes erfolgen.

Das steuerbare Dehnelement 60 wird nun vorzugsweise zum au tomatischen Ausgleichen (Kompensieren) von zwischen den Dichtflächen an den Dichtkörpern 2 und 3 auftretenden Un dichtigkeiten verwendet. Dazu wird die Undichtigkeit am Dichtsystem erkannt, beispielsweise durch Messung von Druckdifferenzen zwischen zwei der Drücke aus der den In nendruck p1 im Rotationskolben 4 und die Drücke p2 und p3 (oder p2' und p3') in den Zwischenzonen Z1 und Z2 umfassen den Gruppe von Drücken in der bereits geschilderten Weise.

In Fig. 15 ist in einer Prinzipskizze eine im Allgemeinen elektronische Messeinrichtung oder Überwachungseinrichtung 80 gezeigt, die aus den drei Drücken p1 bis p3 an ihren Eingängen eine entsprechende Steuergröße an ihrem Ausgang erzeugt, die dem Steueranschluss SA des Dehnelements 60 zu geführt wird.

Alternativ kann als Maß für die Dichtigkeit oder Undichtig keit der Dichtvorrichtung auch der Vakuumdruck p1 im Rota tionskolben 4 oder Rotationsverdampfer oder die Dampftempe ratur und/oder die Temperatur des Produktes im Rotations kolben 4 oder die Heizleistung des Heizbades für den Rota tionskolben 4 oder die Kühlleistung des Kühlers oder die Dampfgeschwindigkeit gemessen werden. Es sind dann insbe sondere keine Zwischenzonen an den Dichtkörpern 2 und 3 erforderlich, die dann auch durchgehende Dichtflächen aufwei sen können.

Falls nun die Überwachungseinrichtung 80 aus den Drücken p1 bis p3 (oder anderen Meßgrößen) ableitet oder erkennt, dass die Dichtigkeit der Dichtvorrichtung über ein tolerierbares Maß, insbesondere einen vorgegebenen Schwellwert, hinaus abgenommen hat, so steuert sie das Dehnelement 60 über die Steuergröße SA derart an, dass die Dichtigkeit wieder in einem Toleranzbereich oberhalb des Schwellwertes liegt.

Dies geschieht im Allgemeinen zunächst dadurch, dass der Flächendruck an den Dichtflächen erhöht wird. Durch die permanente Überwachung der Dichtigkeit über die entspre chenden Meßgrößen wie z. B. die Drücke p1 bis p3 kann die Überwachungseinrichtung 80 feststellen, ob die Erhöhung der Anpresskraft an den Dichtflächen erfolgreich war oder nicht. Bei verschmutzten Dichtflächen kann beispielsweise eine vorübergehende Verringerung der Anpresskraft (des Flä chendruckes) sinnvoll sein. Die elektronische Überwachungs einrichtung 60 ist vorzugsweise so aufgebaut, dass sie sämtliche Möglichkeiten (Erhöhung oder Verringerung der An presskraft bei gleichem Druck oder gleicher Druckdifferenz) überprüft, um so ein möglichst optimales Resultat (höchst mögliche Dichtigkeit) zu erzielen.

Es wird also in dieser Ausführungsform die Dichtigkeit der Dichtvorrichtung von der Überwachungseinrichtung 60 durch Steuern des Flächendruckes an den Dichtflächen geregelt und in einem Toleranzbereich gehalten, so dass Undichtigkeiten eliminiert werden können.

In einer anderen Betriebsweise können die Dichtflächen auch thermisch desinfiziert oder gereinigt werden durch vorübergehende Erhöhung des Flächendruckes (Anpresskraft) der Dichtflächen und die dadurch bedingte Erwärmung der Dicht fläche.

In allen Ausführungsformen kann der Rotationskolben 4 auch zwei- oder mehrteilig aufgebaut sein aus einem über ein Flansch-Zwischenstück abnehmbaren oder austauschbaren, den eigentlichen Prozesskolben bildenden Vorderteil und einem im allgemeinen mit der Antriebseinrichtung 7 fest gekoppel ten Wellenteil, der dem Teil 41 des Rotationskolbens 4 ent spricht. Der rotierbare Hohlraum ist dann der Innenraum der Hohlwelle 41. Genau genommen dient die Dichtvorrichtung hier zur Abdichtung zweier gegeneinander rotierbarer Hohl wellen oder Fluidführungsleitungen.

Bezugszeichenliste

2

,

3

Dichtkörper

4

Rotationskolben

5

Leitung

6

Stelleinrichtung

7

Getriebe

8

Fixiereinrichtung

9

Leitung

12

,

13

Hülsenteil

14

,

15

Feder

16

,

17

Fixierring

18

Gleithülse

20

Oberfläche

21

bis

24

Dichtfläche

30

Oberfläche

31

bis

33

Dichtfläche

40

Innenraum

41

Wandung

42

Außenfläche

50

Innenraum

51

Wandung

60

Dehnelement

71

,

72

,

73

Dichtfläche

80

Überwachungseinrichtung

90

Innenraum

91

Wandung

92

Außenfläche
A Drehachse
p1 bis p5 Druck
p1' bis p5' Druck
A1, A2, A3 Anschluss
B1, B2, B3 Anschluss
L1, L2, M1, M2 Leitung
R1, R2, R3, R4 Dichtring
Z1, Z2, Z3 Zonen
SA Steueranschluss

Claims

1. Dichtvorrichtung zum Abdichten eines um eine Drehachse (A) rotierbaren Hohlraumes (40), mit

a) wenigstens zwei durch eine Zwischenzone (Z1 bis Z3) von einander getrennten Dichtbereichen, in denen jeweils zwei die Drehachse zusammenhängend umlaufende Dichtflächen (20, 21 bis 24, 30, 31 bis 33, 41, 71 bis 74) bei Rotation des Hohlraumes aufeinander gleitend bewegbar sind, und mit
b) wenigstens einem Anschluss (A1 bis A3, B1 bis B3) zum Ein leiten und/oder Ausleiten und/oder Durchleiten von Fluiden in wenigstens eine bzw. aus wenigstens einer bzw. durch wenigstens eine der Zwischenzonen.

2. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Dichtberei che relativ zur Drehachse radial zueinander versetzt sind.

3. Dichtvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die wenigstens eine Zwischenzone und die Dichtbereiche im wesentlichen konzentrisch um die Drehachse verlaufen.

4. Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dichtflächen im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse gerichtet sind.

5. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Dichtberei che relativ zur Drehachse axial zueinander versetzt sind.

6. Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dichtflächen im Wesentlichen rotationssymmet risch zur Drehachse ausgebildet sind

7. Dichtvorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei der die Dichtflächen im Wesentlichen parallel zur Drehachse verlaufen.

8. Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens drei jeweils durch eine Zwischenzone von einander getrennten Dichtbereichen (21, 22, 23).

9. Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem mit dem Hohlraum mitrotierbaren ers ten Dichtkörper und wenigstens einem gegenüber dem Hohl raum nicht mitrotierbaren, ortsfesten zweiten Dichtkörper, wobei die Dichtflächen mit einander zugewandten Oberflä chen der Dichtkörper gebildet sind.

10. Dichtvorrichtung nach Anspruch 9, bei der der mit dem Hohlraum mitrotierbare erste Dichtkörper mit einer Wandung des Hohlraumes gebildet ist oder mit einer Wandung des Hohlraumes am Ende oder von außen verbunden ist.

11. Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Abdichten eines Verbindungsbereiches des rotierbaren Hohlraumes mit einem ortsfesten weiteren Hohlraum, der insbesondere zum Zuleiten und/oder Ableiten von Fluiden zu dem bzw. aus dem rotierbaren Hohlraum vorgesehen ist.

12. Dichtvorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Fluide gas förmige Substanzen sind.

13. Dichtvorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12 und einem der Ansprüche 9 und 10, bei der der zweite Dichtkör per mit einer Wandung des ortsfesten weiteren Hohlraumes gebildet ist oder mit einer Wandung des ortsfesten weite ren Hohlraumes von außen oder an deren Ende verbunden ist.

14. Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Anschlüsse und die zugehörigen Zwischenzonen über Leitungen (L1, L2, M1, M2) miteinander verbunden sind, die vorzugsweise durch den Hohlraum (40) bzw. den weiteren Hohlraum (50) geführt sind.

15. Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der wenigstens eine Anschluss verschließbar ist.

16. Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem wenigstens einen Anschluss der wenigstens einen Zwischenzone verbindbaren oder verbundenen Fluidfördermit teln zum Einleiten und/oder Ausleiten von Fluiden in die Zwischenzone.

17. Dichtvorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Fluidför dermittel und gegebenenfalls die Anschlüsse zum Einstellen des Druckes und/oder zum Erzeugen eines technischen Vaku ums, in der wenigstens einen Zwischenzone steuerbar sind.

18. Dichtvorrichtung nach Anspruch 17, bei der eine vorgegebe ne Druckdifferenz zwischen dem Druck in der wenigstens ei nen Zwischenzone einerseits und dem Druck im rotierbaren Hohlraum oder in einem mit diesem in Verbindung stehenden Prozessraum andererseits durch Steuern der Fluidfördermit tel und ggf. der Anschlüsse einstellbar oder regelbar ist.

19. Dichtvorrichtung nach Anspruch 18, bei der die vorgegebene Druckdifferenz zwischen dem Druck in der wenigstens einen Zwischenzone einerseits und dem Druck im rotierbaren Hohl raum oder in einem mit diesem in Verbindung stehenden Pro zessraum andererseits im Wesentlichen gleich oder größer Null ist.

20. Dichtvorrichtung nach Anspruch 18, bei der die vorgegebene Druckdifferenz zwischen dem Druck in der wenigstens einen Zwischenzone einerseits und dem Druck im rotierbaren Hohl raum oder in einem mit diesem in Verbindung stehenden Pro zessraum andererseits kleiner Null ist.

21. Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer mit wenigstens einem Anschluss für die Zwischen zonen verbindbaren oder verbundenen Auffangeinrichtung zum Auffangen von in die Zwischenzone gelangten gasförmigen Substanzen.

22. Dichtvorrichtung nach Anspruch 21, bei der die Auffangein richtung eine Kondensationseinrichtung oder eine Absorpti onseinrichtung ist.

23. Dichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei der die Fluidfördermittel und ggf. die Anschlüsse zum Durchleiten eines Kühlmittels oder eines Heizmittels durch die wenigstens eine Zwischenzone zur Kühlung bzw. Behei zung der Dichtbereiche steuerbar sind.

24. Dichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei der die Fluidfördermittel und ggf. die Anschlüsse zum Ein- oder Durchleiten von Fluiden, die für einen im rotierbaren Hohlraum oder in einem mit diesem in Verbindung stehenden Prozessraum stattfindenden Prozess prozessneutral oder prozessinhärent sind, in die wenistens eine Zwischenzone steuerbar sind.

25. Dichtvorrichtungen nach einem der Ansprüche 16 bis 24, bei der die Fluidfördermittel und ggf. die Anschlüsse zum Ein leiten oder Durchleiten eines für die Dichtflächen vorge sehenen Gleitmittels oder Schmiermittels in die wenigstens eine Zwischenzone steuerbar sind.

26. Dichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, bei der die Fluidfördermittel und ggf. die Anschlüsse zum Ein leiten oder Durchleiten eines für die Dichtflächen vorge sehenen Reinigungsmittels in die wenigstens eine Zwischen zone steuerbar sind.

27. Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer mit dem Anschluss verbindbaren oder verbundenen Messeinrichtung zum Messen des Druckes in der oder den Zwischenzonen.

28. Dichtvorrichtung nach Anspruch 27 mit einer mit der Mess einrichtung zum Messen des Druckes in der oder den Zwi schenzonen verbindbaren oder verbundenen Auswerteeinrich tung zum Auswerten der gemessenen Druckwerte.

29. Dichtung nach Anspruch 28, bei der die Auswerteeinrichtung eine Druckänderung als Maß für eine Undichtigkeit auswer tet.

30. Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die vorgegebenen Druckdifferenzen zwischen zwei oder mehreren beliebigen Zonen erfaßt werden, um eine Aus sage über die Dichtigkeit zu treffen.

31. Dichtvorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehen den Ansprüche, zum Abdichten eines um eine Drehachse (A) rotierbaren Hohlraumes (40), mit

a) wenigstens zwei aufeinander gleitenden und gegeneinander rotierbaren Dichtflächen (20, 30) und
b) wenigstens einem Flächendruck-Steuerelement (60) zum Steu ern des Flächendruckes, mit dem die aufeinander gleitenden Dichtflächen aneinander gepresst werden, wobei
c) das Flächendruck-Steuerelement einen Steueranschluss (SA) zum Anlegen einer Steuergröße aufweist.

32. Dichtvorrichtung nach Anspruch 31, bei der das Flächen druck-Steuerelement ein in Normalenrichtung zu den Dicht flächen in Abhängigkeit von der Steuergröße unterschied lich ausdehnbares Dehnelement ist.

33. Dichtvorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, bei der das Flächendruck-Steuerelement ein pneumatisches oder hydrau lisches Element ist, das über einen Druck als Steuergröße am Steueranschluss SA gesteuert wird.

34. Dichtvorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, bei der das Flächendruck-Steuerelement ein elektrisch über einen Steu erstrom oder eine Steuerspannung als Steuergröße steuerba res Element ist.

35. Dichtvorrichtung nach Anspruch 34, bei der das steuerbare Element ein elektrischer Linearmotor ist.

36. Dichtvorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, bei der das Flächendruck-Steuerelement ein thermisches Dehnelement ist, dessen Länge abhängig von seiner Temperatur ist, wo bei als Steuergröße am Steueranschluss SA eine thermische Größe verwendet wird.

37. Dichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 36 mit einer Überwachungseinrichtung (60), die die Dichtigkeit an den Dichtflächen überwacht und durch Steuern des Flächen druck-Steuerelements in einem vorgegebenen Toleranzbereich hält.

38. Dichtvorrichtung nach Anspruch 37, bei der die Überwa chungseinrichtung eine Messeinrichtung und eine Auswerte einrichtung nach Anspruch 28 oder 29 umfasst.

39. Dichtvorrichtung nach Anspruch 37 oder Anspruch 38, bei der in einem Reinigungs- oder Desinfektionsmodus der Flä chendruck der Dichtflächen über das Flächendruck-Steuer element vorübergehend erhöhbar ist oder erhöht wird.

40. Verwendung wenigstens einer Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Abdichten eines Hohlrau mes eines Rotationsverdampfers.

41. Verwendung wenigstens einer Dichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 39 zum Abdichten des rotierbaren Hohl raumes des Rotationskolbens eines Rotationsverdampfers und/oder eines rotierbaren Hohlraumes einer in den Hohl raum des Rotationskolbens mündenden Leitung, wobei der Hohlraum des Rotationskolbens zum Einbringen zu verdamp fender Substanzen bzw. die Leitung für die Substanzen vor gesehen ist.

42. Verwendung nach Anspruch 40 oder Anspruch 41, bei der wenigstens zwei Dichtvorrichtungen strömungstechnisch in Reihe geschaltet werden.

43. Verwendung nach Anspruch 42, bei der eine Dichtvorrichtung nach Anspruch 2 oder einem auf Anspruch 2 rückbezogenen Anspruch und eine Dichtvorrichtung nach Anspruch 5 oder einem auf Anspruch 5 rückbezogenen Anspruch strömungstech nisch in Reihe geschaltet werden.

44. Rotationsverdampfer mit

a) einem Rotationskolben (4), der einen rotierbaren Hohlraum (40) zum Einbringen zu verdampfender Substanzen aufweist, und
b) wenigstens einer Dichtvorrichtung (2, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Abdichten des rotierbaren Hohlraumes (40) des Rotationskolbens und/oder eines ro tierbaren Hohlraumes einer in den Hohlraum des Rotations kolbens mündenden Leitung (41) für die Substanzen.

45. Rotationsverdampfer nach Anspruch 44 mit wenigstens zwei strömungstechnisch in Reihe geschalteten Dichtvorrichtun gen nach einem der Ansprüche 1 bis 39.

46. Rotationsverdampfer nach Anspruch 45 mit einer Dichtvor richtung nach Anspruch 2 oder einem der auf Anspruch 2 rückbezogenen Ansprüche einerseits und einer Dichtvorrich tung nach Anspruch 5 oder einem der auf Anspruch 5 rückbe zogenen Ansprüche andererseits.