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Die
Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung und deren Anordnung zum
Abdichten von Wellendurchführungen mit stationärer äußerer
Dichtungsanordnung für den Einsatz, im Apparate- und Behälterbau,
in Rührwerken, Mischern, Trocknern, Pumpen oder dergleichen,
welche in Aggregaten der Verfahrenstechnik wie beispielsweise in
der Pharma-, Biopharma, und Lebensmittelindustrie u. a. m. einsetzbar
sind und sowohl im Hochtemperaturbereich, im Kältebetrieb,
im Säurebetrieb sowie auch zum Abdichten giftiger Medien
verwendet werden können.
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Gleitringdichtung
zum Abdichten von Wellendurchführungen mit stationärer äußerer
Dichtungsanordnung sind seit langem bekannt und wurden beispielsweise
auch in der
DE 27 51
698 A1 vorbeschrieben.
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All
diesen Bauformen des Standes der Technik ist ein wesentlicher Nachteil
gemeinsam, der darin besteht, dass sich der Bereich der Gleitringdichtung
in den zugehörigen Behälter nur sehr schwer reinigen
lässt.
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Doch
gerade in der Pharma-, Biopharma- und Lebensmittelindustrie ist
gemäß den geltenden Validierungs- und Qualifizierungsanforderungen
eine intensive Reinigung dieser Rührbehälter,
Mischer, Trockner, Pumpen usw. nach der Produktion jeder Charge
zwingend erforderlich.
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Daher
wurden zur Reinigung dieser Behälter sogenannte CIP (Cleaning
in place)-Systeme entwickelt. Derartige Anordnungen wie auch die
zugehörige Verfahren sind beispielsweise in der
DE 100 46 049 C1 oder
auch in der
EP 0495 883 vorbeschrieben.
Bei diesen Systemen wird über eine zusätzliche, im
Produktionsprozess dicht verschließbare Behälteröffnung
während der Reinigungsphase eine Sprühlanze in
den Behälter eingeführt. Der am Sprühkopf
dieser Sprühlanze austretende Sprühstrahl wird
bereichsweise entlang der inneren Behälterwandung so geführt
dass dadurch der Behälter innen gereinigt wird. Nachteilig
bei diesen Bauformen sind die sogenannte Sprühschatten,
d. h. konstruktionsbedingte Todräume wie der Bereich des
Behälterstutzens mit der Gleitringdichtung.
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Eine
fehlerhafte Reinigung dieser Todräume kann bei Produktwechsel
gravierende Folgen haben.
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Daher
wurde in der
DE 201
05 507 U1 wie auch der
DE 202 14 650 U1 vorgeschlagen im Bereich
der Montageflansche Reinigungs- und Begasungsringe anzuordnen, um über
in diesen Begasungsringen angeordnete Sprühdüsen
Spülflüssigkeit in die in diesem Bereich vorhandene
Todräume einzutragen.
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Die
beiden Lösungen unterscheiden sich dadurch, dass die Lösung
nach der
DE 201 05
507 U1 der Reinigung des Wellenbereiches nahe der Gleitringdichtung
dient und die Lösung nach der
DE 202 14 650 U1 der Reinigung
der Behälter im Bereich des Ablassstutzens, oder der Reinigung
von Schaugläsern während des Prozessablaufes dient.
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Der
mit Sprühdüsen versehene, als Spülring ausgebildete
Montageflansch der
DE
201 05 507 U1 besteht aus einem faserverstärkten
Kunststoffring. Direkt auf diesen Spülring ist der Gegenring
einer Gleitringdichtung drehfest angeordnet.
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Nachteilig
bei dieser Lösung ist, dass diese mit Sprühdüsen
versehene Bauform des als Spülring ausgebildete Montageflansches
auch spezielle Gegenringe bei der Gleitringdichtung erfordert, und
sich dadurch bei den jeweiligen Gleitringdichtungen Baumaße
ergeben, die erheblich von den Grenzmaßen standardisierter
(genormter) Gleitringdichtungen abweichen.
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Daher
können bestehende Anlagen nicht mit der in der
DE 201 05 507 U1 vorbeschrieben
Anordnung nachgerüstet werden.
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Zudem
ist diese Lösung nicht für Anlagen mit größeren
Gleitringdichtungen geeignet, da die hohen Belastungen (z. B. allein
aus dem Eigengewicht der Gleitringdichtung von über 50
kg), welche bei der Lösung nach der
DE 201 05 507 U1 in Folge
der zwischen dem Kunststoffring und dem Gleitring auftretende Flächenpressung
an dem als Kunststoffring ausgeführten Flansch (an den
Kunststoffteilen) Verformungen hervorrufen können, die
dann beispielsweise auch Undichtheiten an den Dichtflächen
der Gleitringdichtung zur Folge haben können. Ein weiterer
Nachteil dieser Lösung besteht auch darin, dass in Druckgeräten,
gemäß den geltenden Richtlinien, nur textilglasverstärkte
duroplastische Kunststoffe eingesetzt werden dürfen.
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Da
drucktragende Kunststoffteile zudem nur im Bereich von 0°C
bis 60°C eingesetzt werden können, ist die nach
der
DE 201 05 507
U1 ausgebildete vorgenannte Lösung auch nicht
für extreme Temperaturen, wie beispielsweise den Bereich
von bis –30°C, oder den Bereich weit über
100°C einsetzbar.
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Darüber
hinaus erfordert die in der
DE 201 05 507 U1 vorgeschlagene Lösung
auch einen hohen Fertigungs- und Montageaufwand.
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Auf
Grund der in der
DE
201 05 507 U1 vorgeschlagenen „tiefen” und „nach
vorn” versetzten Anordnung des Sprühringes ist
zudem eine optimale Reinigung einer stark verschmutzten Gleitringdichtung
nur bedingt, möglich.
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Um
nun auch andere Bereiche des Behälters, wie beispielsweise
den Bereich von Ablassstutzen oder Schaugläsern zu reinigen,
bzw. Schaugläser während des Prozessablaufes sauber
zu halten, wurde in der
DE
2002 14 650 U1 vorgeschlagen Strömungswirbel erzeugende,
mit Düsenbohrungen versehene Reinigungs- und Begasungsringe
unmittelbar zwischen den Montageflanschen der jeweils benachbarten
Bauteile zu verspannen.
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Derartige
Reinigungs- und Begasungsringe sind jedoch zur Reinigung des Wellenausganges
im Bereich der Gleitringdichtung völlig ungeeignet, da diese
nur sehr weit (bzw. zu weit) vom kontaminierten Bereich der Gleitringdichtung
entfernt angeordnet werden können.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine störunanfällige
Gleitringdichtung zum Abdichten von Wellendurchführungen
mit stationärer äußerer Dichtungsanordnung
für den Einsatz, im Apparate- und Behälterbau,
in Rührwerken, Mischern, Trocknern, Pumpen oder dergleichen
zu entwickeln, welche in Aggregaten der Verfahrenstechnik wie beispielsweise
in der Pharma-, Biopharma, und Lebensmittelindustrie u. a. m. einsetzbar
sind und welche beispielsweise sowohl im Hochtemperaturbereich, aber
auch im Kältebetrieb, oder aber auch im Säurebetrieb,
wie auch zum Abdichten giftiger Medien verwendet werden kann, und
die stets eine optimale sichere Reinigung des konstruktionsbedingten
Todraumes im Bereich des der Gleitringdichtung benachbarten Behälterstutzens
selbst bei sehr stark verschmutzter Gleitringdichtung gewährleistet,
und dabei zudem die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist,
darüber hinaus aber auch in bestehenden Anlagen nachrüstbar
ist, und zudem selbst bei Anlagen mit schweren Gegenringen einsetzbar ist,
dabei selbst extremen Temperaturbeanspruchungen wie beispielsweise
sehr niedrigen in der Kältetechnik oder aber auch hohen
Temperaturen wie beispielsweise in der Kohlevergasung Stand hält,
dabei zudem neue Einsatzfelder neben dem vorbeschriebenen Reinigungseffekt
erschließt, so dass die zu entwickelnde Lösung
nicht nur beispielsweise zur Prozesskühlung sondern auch
gezielt zum Explosionsschutz, beispielsweise zur Stickstoffbeschleiherung
von Produkträumen bei Rührbehältern mit
Einstufung in die Explosionszone „0” oder zur
zentralen Zuführung von flüssigen oder gasförmigen
Reaktionsstoffen in den Reaktionsinnenraum eingesetzt werden kann,
und in all diese Einsatzfällen stets robust und funktionssicher
arbeitet, dabei zudem fertigungstechnisch einfach herzustellen ist
und selbst unter extremen Betriebsbedingungen einfach unter Ausschluß jeglicher
Montagefehler montiert und auch optimal und einfach wieder demontiert
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch eine Gleitringdichtung mit mindestens einem
in einem Lagergehäuse (1) angeordneten Paar miteinander
zusammenwirkender Gleitdichtringe gelöst von denen einer,
der Gegenring (2) drehfest in einem Lagersitz (3)
des Lagergehäuses (1) angeordnet ist und der andere,
der Gleitring (5) drehfest mit einer im Lagergehäuse
(1) drehbar gelagerten Welle (6) verbunden ist,
wobei infolge eines Anpressdruckes der Gegenring (2) mit
dem Gleitring (5) entlang deren Berührungsringfläche,
der Dichtfläche (7) abdichtend miteinander in
Wirkverbindung treten und welche sich dadurch auszeichnet, dass
in einer/mehren Zylinderwandung/en (4) des Lagersitzes
(3) des Gegenringes (2) eine/mehrer Ringnut/en
(8) angeordnet ist/sind und dieser/diesen Ringnut/en (8)
zugeordnet/e im Lagerhäuse (1), in die Ringnut/en
(8) führende Einströmöffnung/en
(9) angeordnet ist/sind, wobei beidseitig der/den Ringnut/en
(8) benachbart in der Zylinderwandung (4) des
Lagersitzes (3) des Gegeninges (2) Dichtelemente
(10) angeordnet sind, und im Gegenring (2) der/den
Ringnut/en (8) zugeordnet, zwischen dem Außenmantel
(11) des Gegenringes (2) und dem Innenmantel (12)
des Gegenringes (2) angeordnete, den Gegenring (2)
durchdringende Düsenbohrungen (13) angeordnet
sind.
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Diese
neuartige erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht
gegenüber dem Stand der Technik eine direkten Durchströmung
des Gegenringes (2) mit Reinigungsflüssigkeiten.
Diese durch die erfindungsgemäße Anordnung nun
unmittelbar neben der Dichtfläche (7) einströmende
Reinigungsflüssigkeit ermöglicht gegenüber
dem Stand der Technik eine direkte Anströmung der Innenkontur
der Gleitpaarung, des Wellenaustrittes und der Vorsatzhülse.
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Diese
erfindungsgemäß unmittelbar neben der Dichtfläche
(7) einströmende Reinigungsflüssigkeit
gewährleistet nun gegenüber dem Stand der Technik,
dass die kontaminierten Flächen und Todräume durch
Reinigungsflüssigkeit weitgehend druckverlustfrei erreicht
und gespült werden und ermöglicht so eine optimale
sichere Reinigung des konstruktionsbedingten Todraumes im Bereich
des der Gleitringdichtung benachbarten Behälterstutzens selbst
bei sehr stark verschmutzter Gleitringdichtung.
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Aber
nicht nur Reinigungsflüssigkeiten, sondern auch Kühlmedien
können mittels der erfindungsgemäßen
Lösung nun erstmals so gezielt in die unmittelbar neben
der Dichtfläche (7) in die im Gegenring (2)
angeordneten Düsenbohrungen (13) eingeleitet werden,
dass die erfindungsgemäßen Gleitflächen
bei, infolge Lagerreibung auftretenden, hohen Gleitflächentemperaturen
gezielt und definiert gekühlt werden können.
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Diese
Art von Kühlung kann beispielsweise in Verbindung mit Sensoren
oder Temperaturüberwachungssystemen als sicherheitsrelevante
Vorsorge, oder auch als zusätzliches Schutzsystem im Rahmen der
Alarmierung bei Überschreitung von Grenzwerten der Oberflächentemperatur
an der Gleitpaarung erfolgen.
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Die
erfindungsgemäße Lösung gewährleistet erstmals,
dass beim Einsatz der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung
durch diese in explosiver Umgebung keine Explosionen ausgelöst
werden können, so dass die Erfindung zudem auch neue Einsatzfelder
für erfindungsgemäße Gleitringdichtungen
erschließt.
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Darüber
hinaus kann die vorliegende Erfindung aber beispielsweise auch zur
Prozesskühlung eingesetzt werden. Die Verdampfung technischer Gase
führt zur Erzeugung sehr tiefer Temperaturen, die in Verbindung
mit der erfindungsgemäßen Anordnung z. B. zur
Kühlung von stark exothermen Prozessen eingesetzt werden
können.
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Ein
weiterer sehr wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen
Lösung besteht darin, dass mit sehr geringem Aufwand die
erfindungsgemäße Lösung selbst in bestehenden
Anlagen nachrüstbar ist, da die Abmessungen des erfindungsgemäßen
Gegenringes problemlos im Bereich aller standardisierten Gleitringdichtungen
angesiedelt werden können.
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Darüber
hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße
Lösung, dass sie mit all ihren erfindungsgemäßen
Vorteilen auch in sehr großen Anlagen mit schweren Gleitringdichtungen
(d. h. mit Gleitringdichtungen mit einem Gewicht von beispielsweise über 50
kg) problemlos einsetzbar ist.
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All
diesen vorgenannten Vorzügen der erfindungsgemäßen
Lösung wird zudem überlagert, dass alle Varianten
der erfindungsgemäßem Lösung auch bei
extremen Temperaturbeanspruchungen wie beispielsweise sehr niedrigen
in der Kältetechnik oder aber auch hohen Temperaturen wie
beispielsweise in der der Kohlevergasung einsetzbar sind, da keine Plastwerkstoffe
mit den bereits erläuterten Nachteilen eingesetzt werden
müssen, sondern „temperaturresistente” Gleitlagerwerkstoffe
wie beispielsweise Kohlen, Carbiden, Metalloxide o. ä.
Einsatz finden.
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In
all den vorgenannten Einsatzfällen ist gewährleistet,
dass die erfindungsgemäße Anordnung fertigungstechnisch
einfach herzustellen ist, selbst unter extremen Betriebsbedingungen
einfach unter Ausschluß jeglicher Montagefehler montiert
und auch optimal und einfach wieder demontiert werden kann, und
zudem stets robust und funktionssicher arbeitet.
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Die
erfindungsgemäß im Gegenring angeordneten Düsenbohrungen
(13) können dabei im Rahmen des Einsatzes der
erfindungsgemäßen Lösung im Durchmesser,
in ihrer Form und in ihrer Lage im Gegenring (2) je nach
Anwendungsfall der jeweiligen reinigungs- bzw. prozesstechnischen
Aufgabe angepasst sein.
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Erfindungsgemäß ist
in diesem Zusammenhang auch, dass bei erfindungsgemäßer
Anordnung von zwei oder mehreren einander benachbarten Ringnuten
(8) zwischen den Ringnuten (8) ein oder auch mehrere
Dichtelemente (10) angeordnet werden.
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Dadurch
wird gewährleistet, dass die Zuführung mehrerer
Medien in Art und Aggregatzustand möglich ist. So wird
es prozesstechnisch möglich über eine Nut Gas
zu zuführen, wie z. B. Stickstoff zur Gasbeschleiherung,
wobei die Gasbeschleiherung beispielsweise dem Explosionschutz im
Reaktorraum dient und es gleichzeitig möglich ist in der
zweiten Nut beispielsweise Reinigungsflüssigkeit einzudösen,
um damit die Innenseite der Gleitringdichtung und der Rührwelle
abzureinigen, um Produktrestmengen zu entfernen bevor eine neue
Charge im Reaktionsraum zur Reaktion angesetzt wird.
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Die
Anordnung der Düsen zur Gasbeschleiherung erfolgt dabei
radial und parallel zur Dichtfläche soweit es sich um trockenes
Gas handelt.
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Bei
feuchtem Gas wird die Düse um den Winkel (β) nach „unten” geneigt,
damit eventuell anfallendes Kondensat in den Reaktionsraum ablaufen kann.
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Die
Anordnung der Reinigungsdüsen erfolgt radial unter einem
Winkel (α) und zur Parallelen zur Dichtfläche
(7) unter einem Winkel (β) nach „oben” geneigt,
damit zielgerichtet die kritischen Todräume auf der Innenseite
der Gleitringdichtung und der Außenseite der Rührwelle
abgereinigt werden können.
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Vorteilhaft
ist auch, dass je eine der einer Ringnut (8) zugeordneten
Düsenbohrungen (13) an die untere Kante der Nut „verschoben” und
um den Winkel (β) zur Parallelen zur Dichtfläche
(7) zur Restentleerung der jeweiligen Ringnut (8)
nach „unten” geneigt ist.
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Dadurch
wird gewährleistet, dass sich die Restmengen aus den Ringnuten
von selbst entleeren, so dass mittels der erfindungsgemäßen
Lösung auch die Anforderungen aus typischen Validierungen und
Qualifizierungen von Produktionsprozessen, wie diese in der Pharma-
und Lebensmittelindustrie erforderlich sind, eingehalten werden.
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Erfindungsgemäß ist
auch, wenn beispielsweise bei sehr aggressiven oder giftigen Medien
im Lagergehäuse (1) als Dichtelemente (10)
Rundringe (O-Ringe) angeordnet sind, da diese in der Praxis Dichtverbindungen
mit höchster Zuverlässigkeit gewährleisten.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der
nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen
Lösung in Verbindung mit den Zeichnung zum Ausführungsbeispiel der
hier vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung.
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Nachfolgend
wird nun die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit vier Figuren näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1:
die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Lösung
in einer Schnittdarstellung;
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2:
die Einzelheit X aus der 1;
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3:
eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen
Gegenringes 2 aus 2;
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4:
die Draufsicht auf den Gegenring 2 gemäß 3.
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Die 1 zeigt
die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Lösung
in einer Schnittdarstellung mit einem in einem Lagergehäuse 1 angeordneten Paar
zusammenwirkender Gleitdichtringen, von denen einer, der Gegenring 2 drehfest
in einem Lagersitz 3 des Lagergehäuses 1 mit
zwei Zylinderwandungen 4 angeordnet ist.
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Der
andere, der Gleitring 5 ist drehfest mit einer im Lagergehäuse 1 drehbar
gelagerten Welle 6 verbunden ist, wobei infolge eines Anpressdruckes der
Gegenring 2 mit dem Gleitring 5 entlang deren Berührungsringfläche,
der Dichtfläche 7 abdichtend miteinander in Wirkverbindung
treten.
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In
der 2 ist die Einzelheit X aus der 1 vergrößert
dargestellt.
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Erfindungsgemäß ist
in einer der Zylinderwandungen 4 des Lagersitzes 3 des
Gegenringes 2 eine Ringnut 8 angeordnet und im
Lagerhäuse 1 befinden sich zwei in diese Ringnut 8 führende
Einströmöffnungen 9.
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Kennzeichnend
ist, dass beidseitig der Ringnut 8 in der Zylinderwandung 4 des
Lagersitzes 3 des Gegenringes 2 Dichtelemente 10 angeordnet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind im Lagergehäuse 1 als
Dichtelemente 10 Rundringe (O-Ringe) angeordnet. Dadurch
ist eine sichere Abdichtung der Ringnut 8 gewährleistet.
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Die 3 zeigt
nun den erfindungsgemäßen Gegenring 2 aus 2 in
einer Schnittdarstellung.
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Wie
in den 1 bis 3 dargestellt, sind der Ringnut 8 zugeordnet
im Gegenring 2, zwischen dem Außenmantel 11 des
Gegenringes 2 und den Innenmantel 12 angeordnete,
den Gegenring 2 durchdringende Düsenbohrungen 13 angeordnet.
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Die 4 zeigt
die Draufsicht auf den Gegenring 2 aus 3.
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Aus
diesen Darstellung gemäß der 3 und 4 wird
deutlich, dass einerseits die „unteren” Düsenbohrungen 13.1 parallel
zur Dichtfläche 7 und gleichzeitig unter einem
Winkel α1 zur Radialen geneigt angeordnet sind.
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Die
oberen Düsenbohrungen 13.2 hingegen sind sowohl
zur Radialen unter einem Winkel α2 geneigt wie auch zur
Parallelen zur Dichtfläche 7 unter einem Winkel β geneigt
angeordnet.
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Auf
Grund der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung
ist es gelungen eine störunanfällige Gleitringdichtung
zum Abdichten von Wellendurchführungen mit stationärer äußerer
Dichtungsanordnung für den Einsatz, im Apparate- und Behälterbau, in
Rührwerken, Mischern, Trocknern, Pumpen oder dergleichen
zu entwickeln, welche in Aggregaten der Verfahrenstechnik wie beispielsweise
in der Pharma-, Biopharma, und Lebensmittelindustrie u. a. m. einsetzbar
sind und welche sowohl im Hochtemperaturbereich, aber auch im Kältebetrieb,
oder aber auch im Säurebetrieb, wie auch zum Abdichten
giftiger Medien verwendet werden kann, und die stets eine optimale
sichere Reinigung des konstruktionsbedingten Todraumes im Bereich
des der Gleitringdichtung benachbarten Behälterstutzens
selbst bei sehr stark verschmutzter Gleitringdichtung gewährleistet,
und zudem auch in bestehenden Anlagen nachrüstbar ist, selbst
bei Anlagen mit schweren Gleitringdichtungen einsetzbar ist, dabei
auch extremen Temperaturbeanspruchungen wie beispielsweise sehr
niedrige in der Kältetechnik oder aber auch hohe Temperaturen wie
beispielsweise in der der Kohlevergasung Stand hält und
gleichzeitig neue Einsatzfelder neben dem vorbeschriebenen Reinigungseffekt
erschließt, so dass die zu entwickelnde Lösung
nicht nur beispielsweise zur Prozesskühlung sondern auch
gezielt zum Explosionsschutz eingesetzt werden kann, und dabei in
all diesen Einsatzfällen stets robust und funktionssicher
arbeitet, zudem fertigungstechnisch einfach herzustellen ist und
selbst unter extremen Betriebsbedingungen einfach unter Ausschluss
jeglicher Montagefehler montiert und auch optimal und einfach wieder
demontiert werden kann.
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- 1
- Lagergehäuse
- 2
- Gegenring
- 3
- Lagersitz
- 4
- Zylinderwandung
- 5
- Gleitring
- 6
- Welle
- 7
- Dichtfläche
- 8
- Ringnut
- 9
- Einströmöffnung
- 10
- Dichtelemente
- 11
- Außenmantel
- 12
- Innenmantel
- 13
- Düsenbohrungen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2751698
A1 [0002]
- - DE 10046049 C1 [0005]
- - EP 0495883 [0005]
- - DE 20105507 U1 [0007, 0008, 0009, 0011, 0012, 0013, 0014, 0015]
- - DE 20214650 U1 [0007, 0008]
- - DE 200214650 U1 [0016]