DE4113738C2 - Zellenradschleuse mit einer Dichtungsanordnung zwischen der Zellenradseitenscheibe und dem zugehörigen Lagerdeckel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zellenradschleuse der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Als Dichtungsanordnung zwischen jeder Seitenscheibe und dem zugehörigen Lagerdeckel des Gehäuses ist ein von der Lagerdeckelseite her gegen die diesem Lagerdeckel zuge­ wandte Stirnfläche der betreffenden Seitenscheibe elastisch angedrückter Gleitring bekannt. Allerdings ist der Gleitring einem unvermeidbaren Verschleiß unterwor­ fen, der um so höher ist, je stärker der Gleitring gegen die Stirnfläche der Seitenscheibe angepreßt wird. Der notwendige Anpreßdruck muß um so höher sein, je größer die Druckdifferenz zwischen der Einlauf- und der Auslauf­ seite der Schleuse ist. Des weiteren ist es schwierig, mit einem derartigen Gleitring einen - im Strömungs­ richtung gesehen - langen Dichtspalt zu verwirklichen, was an sich wünschenswert wäre, da die Dichtwirkung um so besser ist, je länger (und je enger) der Dicht­ spalt ist. Einer entsprechenden Verbreiterung des Gleit­ ringes steht aber entgegen, daß die Gefahr einer un­ gleichmäßigen Abnützung mit wachsender Breite des Gleit­ ringes größer wird.

Eine Zellenradschleuse der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art ist aus der DE 38 02 924 A1 bekannt. Die Dichtungsanordnung besteht aus einem Dichtring aus nachgiebigem Material, das auf Stahlblech aufgeklebt ist und mittels in den Lagerdeckeln vorgesehenen, axial orientierten Verstellelementen gegen die bearbeitete Stirnfläche der betreffenden Seitenscheibe des Zellenra­ des andrückbar ist. Diese Dichtungsanordnung entspricht also dem vorstehend geschilderten Gleitringprinzip und hat daher die gleichen Nachteile. Der an der jeweiligen äußeren Stirnfläche der Seitenscheiben des Zellenrades der bekannten Schleuse vorgesehene, koaxiale Metallring wirkt mit dem Dichtring nicht zusammen, sondern ist Be­ standteil einer Labyrinthdichtung.

Des weiteren gilt eine Zellenradschleuse als aus der DE 40 19 628 A1 bekannt, bei der die Abdichtung des Zellen­ rades gegenüber dem Gehäuse nicht durch eine Dichtungs­ anordnung zwischen der jeweiligen Seitenscheibe des Zel­ lenrades und dem zugehörigen Lagerdeckel, sondern durch einen Gleitring verwirklicht wird, der in einer Umfangs­ nut in der Innenwand des Gehäuses unter radialem Spiel schwimmend gelagert ist und gegen die durch einen ko­ axialen, mit der betreffenden Seitenscheibe verschraub­ ten Metallring gebildete, verbreiterte Umfangsfläche derselben anliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zellenrad­ schleuse der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 ange­ gebenen Art mit einer verbesserten Dichtungsanordnung zu schaffen, die nur geringem Verschleiß unterliegt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch den im Rahmen dieser Lösung vorgeschlagenen, zu der Achse des Zellenrades koaxialen Metallring auf der dem benachbarten Lagerdeckel zugewandten Stirnfläche jeder Seitenscheibe des Zellenrades wird ein langer Strömungsweg geschaffen. In diesem Strömungsweg ist nun der Füllring angeordnet, der zwar gegenüber dem Metall­ ring stillsteht, jedoch wegen der gewählten, schwimmen­ den Konstruktion nur geringe radiale und axiale Andruck­ kräfte erfordert, die mittels der Federanordnung erzeugt werden. Der Füllring ist daher weitgehend kräftefrei und deshalb nur geringem Verschleiß unterworfen. Der zwischen der äußeren Umfangsfläche des Füllringes und dem ent­ sprechenden Innenwandbereich des Schleusengehäuses ver­ bleibende Dichtspalt, der Voraussetzung für die in bezug auf das Gehäuse schwimmende Anordnung des Füllrings ist, kann sehr klein gemacht werden. Es genügt eine Spalt­ weite, die gleich der thermischen Dehnung (also Durch­ messervergrößerung) der Zellenradseitenscheiben bei der höchsten vorkommenden Betriebstemperatur ist, zuzüglich der üblichen Toleranzen zum Ausgleich von Unrundheiten und einer etwaigen Durchbiegung der Zellenradwelle bei hoher Druckdifferenz zwischen der Einlauf- und der Aus­ laufseite der Schleuse. Die erzielte Dichtwirkung ist wegen des engen Dichtspaltes und der großen Spaltlänge sehr gut. Gleichzeitig entfallen alle Nachteile der bis­ herigen Dichtungsanordnungen, nämlich hoher Verschleiß, Erwärmung und damit Dehnung der Zellenradseitenscheiben, schon aufgrund der Reibung zwischen diesen und der Dich­ tungsanordnung sowie hoher Steuerungsaufwand zur Ein­ stellung der Anpreßkraft der Dichtungsanordnung.

Eine geeignete Federanordnung und deren Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Da Metall und Kunststoff sehr unterschiedliche Wärme­ ausdehnungskoeffizienten haben, ist es außerdem vor­ teilhaft, den Füllring gemäß Anspruch 5 an einer Stelle seines Umfanges durch einen Schlitz zu unterbrechen. Damit werden Temperaturdehnungen aufgenommen, können also nicht zu Spannungskonzentrationen führen.

Eine andere vorteilhafte Federanordnung und deren Weiter­ bildung ist Gegenstand der Ansprüche 6 und 7.

Eine weitere Lösung der angegebenen Aufgabe ist Gegenstand des Anspruches 8.

In der Zeichnung ist eine Zellenradschleuse nach der Erfindung in beispielhaft gewählten Ausführungsformen vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 die Zellenradschleuse im Längsschnitt,

Fig. 2 den eine erste Ausführungsform der Dichtungs­ anordnung wiedergebenden Bereich II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 den eine zweite Ausführungsform der Dichtungs­ anordnung wiedergebenden Bereich III in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab und

Fig. 4 den eine dritte Ausführungsform der Dichtungs­ anordnung wiedergebenden Bereich IV in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Die Zellenradschleuse üblicher Bauart besteht aus einem Gehäuse 1, das oberseitig einen Schüttgutein­ lauf 1a und unterseitig einen Schüttgutauslauf 1b hat. Zwischen der Einlauf- und der Auslaufseite kann eine Druckdifferenz in der Größenordnung von z. B. einigen Bar (Hektopascal) bestehen. Das in einer zylindrischen Bohrung des Gehäuses 1 angeordnete Zellenrad umfaßt im wesentlichen eine Welle 2, eine Anzahl (z. B. 12) Zellenradstege 3 sowie Seitenscheiben 4a und 4b. Die Welle 2 ist in seitlichen Lagerdeckeln 5a und 5b des Gehäuses 1 gelagert. Zwischen jedem Lagerdeckel 5a bzw. 5b und der gleichseitigen Seitenscheibe 4a bzw. 4b ist eine Dichtungsanordnung vorgesehen, die eine Leckluftströmung von der Einlauf- zur Auslaufseite (oder umge­ kehrt) der Schleuse vermeidet und von der unterschied­ liche Ausführungsformen nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 4 beschrieben werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Dichtungsanordnung umfaßt einen zu der Achse des Zellenrades koaxialen Metallring 6a, der auf die Seitenscheibe 4a aufgeschweißt ist und in einem geringen Abstand von dem gleichseitigen Lagerdeckel 5a endet. Auf dem Metallring 6a sitzt lose ein Füllring 7a aus Kunststoff. Bei stillstehendem Zellenrad, ohne Dif­ ferenzdruck zwischen der Einlauf- und der Auslaufseite der Schleuse und bei Umgebungstemperatur verbleibt zwischen der äußeren Umfangsfläche des Füllringes 7a und der zylindrischen Innenwand 1c des Schleusengehäuses 1 ein geringer Dichtspalt s. Der Füllring 7a hat auf seiner dem Lagerdeckel 5a zugewandten Stirnfläche eine Durchmesser­ stufe, besitzt also ein etwa L-förmiges Profil. Diese Durchmesserstufe wird von einem Profilring 8a ausgefüllt, der Rechteckquerschnitt hat und aus einem Elastomeren, z. B. Moosgummi, besteht. Dieser elastische Profilring 8a ist so bemessen, daß er sowohl in radialer Richtung (in Rich­ tung der Innenwand 1c des Gehäuses 1) als auch in axialer Richtung (in Richtung des Lagerdeckels 5a) über den Füll­ ring 7a übersteht und mit seinen überstehenden Flächen in leicht komprimiertem Zustand einerseits gegen die In­ nenwand 1c des Gehäuses 1, andererseits gegen die Innen- oder Stirnwand des Lagerdeckels 5a anliegt. Die dadurch sowohl in radialer als auch in axialer Richtung auf den Füllring 7a ausgeübten Kräfte halten diesen in leichter Anlage einerseits gegen die äußere Umfangsfläche des Me­ tallringes 6a, andererseits die außenseitige Stirnfläche der Seitenscheibe 4a. Obwohl die hierdurch auf den still­ stehenden Füllring 7a in Umfangsrichtung ausgeübten, durch die Drehung des Zellenrades hervorgerufenen Mitnahmekräf­ te gering bleiben, kann es zweckmäßig sein, den Füllring 7a mit einer Verdrehsicherung auszustatten, z. B. in Form eines in dem Lagerdeckel 5a befestigten und in den Füll­ ring 7a reichenden Stiftes (nicht dargestellt). Außerdem empfiehlt es sich, den Füllring an einer Stelle seines Umfanges mit einem durchgehenden Schlitz zu versehen, wie in Fig. 1 bei 9a angedeutet. In der Praxis wird man die Füllringe jedoch so einbauen, daß die betreffenden Schlitze um 90° gedreht gegenüber der zeichnerischen Darstellung zu liegen kommen, da anderenfalls (hier im Auslaufbereich) zusätzliche unerwünschte Spalte ent­ stehen würden.

Der Füllring 7a und der Elastomerenring 8a können zu­ mindest bereichsweise miteinander verklebt sein, so daß sie gemeinsam ein einstückiges Bauteil bilden.

Wird ein besonders geringer Verschleiß des Füllringes 7a angestrebt, so kann mit gewissen Einbußen hinsicht­ lich der Dichtwirkung auf ein axiales Andrücken des Füllringes 7a gegen die außenseitige Stirnfläche der Seitenscheibe 4a verzichtet werden. Da in diesem Fall der Elastomerenring 8a in axialer Richtung nicht über den Füllring 7a überzustehen braucht (oder zumindest in dieser Richtung nicht axial komprimiert eingebaut werden muß), kann der Profilring statt zwischen der Gehäusewand 1c und dem Füllring 7a (wie in Fig. 2 ge­ zeigt) auch zwischen dem Füllring 7a und der äußeren Mantelfläche des Metallringes 6a angeordnet werden (nicht dargestellt).

Wesentliches Merkmal der Dichtungsanordnung nach Fig. 2 wie auch derjenigen nach den im folgenden beschriebenen Fig. 3 und 4 ist die in bezug auf das Gehäuse 1 und die entsprechenden Lagerdeckel schwimmende Anordnung des Füllrings, der also thermischen Dehnungen der Zellenrad­ seitenscheiben, einer Durchbiegung der Zellenradwelle infolge hoher Druckdifferenz zwischen der Einlauf- und der Auslaufseite der Schleuse und anderen, in gleicher Weise wirkenden Einflüssen zu folgen vermag, ohne daß hierdurch zusätzliche, verschleißfördernde (Zwangs-) Kräfte entstehen. Vielmehr vergrößert oder verkleinert sich lediglich der Spalt s in entsprechendem Maße.

Die in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsform der Dichtungsanordnung unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 nur durch Ersatz des Profilringes 8a durch andere Federmittel. Diese bestehen einerseits aus Schraubendruckfedern 8b, die zwischen dem Lagerdeckel 5b und der diesem zugewandten Stirnfläche des Füllringes 7b angeordnet sind, andererseits aus zwei Elastomeren­ ringen 8c, die mit einem Teil ihres Querschnitts in parallelen Umfangsnuten in der äußeren Mantelfläche des Füllrings 7a aufgenommen sind und im übrigen gegen die Innenwand 1c des Gehäuses 1 unter geringfügiger radialer Kompression anliegen, so daß der Dichtspalt s durch die­ se Elastomerenringe unterbrochen ist. Die Elastomeren­ ringe 8c drücken dementsprechend den Füllring 7a gegen die äußere Umfangsfläche des Metallringes 6b. Da für die Elastomerenringe 8c auch sehr verschleißfeste, elastische Kunststoffe zur Verfügung stehen, kann auf die im Zusam­ menhang mit Fig. 2 erwähnte Verdrehsicherung im allge­ meinen verzichtet werden. Bei sich drehendem Zellenrad wandern der Füllring 7b und die Elastomerenringe 8c mit mehr oder minder großem Schlupf im Verhältnis zur Dreh­ zahl des Zellenrades mit dessen Drehung mit.

Bei der in Fig. 4 veranschaulichten Dichtungsanordnung trägt die Seitenscheibe 4b einen mit den Metallringen 6a und 6b vergleichbaren Metallring 6c, der jedoch am Außenumfang der Seitenscheibe 4b angebracht ist. Zwischen der äußeren Mantelfläche des Metallrings 6c und der zylindrischen Innenwand 1c des Gehäuses 1 verbleibt (wie im Falle der Fig. 2 und 3) ein Dichtspalt s. Der Lager­ deckel 5b ist umfangsmäßig auf einen Durchmesser ausge­ dreht, der größer als der Durchmesser des zylindrischen Innenraumes des Gehäuses 1 ist. Auf diese Weise ist eine in einer Radialebene liegende Ringfläche 1d geschaffen, gegen die ein Füllring 7c anliegt, der hier als aus zwei Lagen bestehend dargestellt ist. Anders als im Fall der Füllringe 7a bzw. 7b nach den Fig. 2 bzw. 3 ist bei der vorliegenden Ausführungsform wesentlich, daß der Füllring 7c aus einem elastisch oder plastisch verform­ baren Dichtungsmaterial besteht. Als besonders geeignet haben sich Dichtungsmaterialien erwiesen, die für Stopf­ büchsenpackungen verwendet werden. Der Füllring 7c wird in axialer Richtung durch einen Metallprofilring 8e be­ lastet, auf den rückseitig Schraubendruckfedern 8d wir­ ken, die sich gegen den hierzu mit Aufnahmebohrungen ver­ sehenen Lagerdeckel 5b abstützen. Der Metallprofilring 8e drückt jedoch nicht nur in axialer Richtung auf den Füllring 7c, sondern umschließt diesen auch über den größten Teil seiner äußeren Mantelfläche. Der Metall­ profilring 8e hat hierzu innenseitig eine Durchmesser­ stufe, in der der Füllring 7c formschlüssig aufgenommen ist. Der Füllring 7c kann sich daher unter dem axialen Druck des Metallprofilrings 8e nahezu ausschließlich nur in Richtung des Metallringes 6c radial verformen. Je nach dem gewählten Dichtungsmaterial kann diese Verfor­ mung elastisch oder plastisch sein. Infolge der Verfor­ mung verschwindet an dieser Stelle der Spalt s. Da der Metallprofilring 8e und der Füllring 7c eine schwimmende Dichtungsanordnung bilden, vermag diese den unvermeid­ lichen, auf die geschilderten Ursachen zurückgehenden, radialen Verlagerungen des Metallringes 6c zu folgen, so daß unerwünscht hohe Reibkräfte zwischen der inneren Umfangsfläche des Füllrings 7c und der äußeren Mantel­ fläche des Metallrings 6c vermieden werden.

Claims (8)

1. Zellenradschleuse, bestehend aus einem Gehäuse (1), in dessen zylindrischem Innenraum (1c) ein Zellenrad mit Seitenscheiben (4a, 4b) angeordnet ist, deren je­ de auf ihrer dem benachbarten Lagerdeckel (5a) zuge­ wandten äußeren Stirnfläche einen zu der Achse des Zellenrades (2, 3, 4a, 4b) koaxialen Metallring (6a; 6b) sowie eine diesen umgebende, ringförmige Dich­ tungsanordnung aufweist, die gegen einen entsprechen­ den ringförmigen Bereich der äußeren Stirnfläche die­ ser Seitenscheibe anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtungsanordnungen einen die radial äußere Umfangsfläche des betreffenden Metallringes (6a; 6b) umgebenden Füllring (7a; 7b) aus Kunststoff umfaßt, dessen radial äußere Mantelfläche von der Wand (1c) des zylindrischen Innenraums des Gehäuses (1) um die Breite eines Dichtspaltes (s) beabstandet ist, und daß Federmittel den Füllring (7a; 7b) sowohl in axialer als auch in radialer Richtung belasten.

2. Zellenradschleuse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federmittel aus einem elastischen Profilring (8a) bestehen, der in axialer und radialer Richtung über die dem Lagerdeckel (5a) zugewandte Stirnfläche des Füllringes (7a) übersteht und in ge­ ringem Maße komprimiert einerseits gegen die Innen­ wand des Lagerdeckels (5a), andererseits gegen die Wand (1c) des zylindrischen Innenraums anliegt.

3. Zellenradschleuse nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Füllring (7a) in seiner äußeren Mantelfläche eine Durchmesserstufe zur teilweisen formschlüssigen Aufnahme des elastischen Profil­ ringes (8a) hat.

4. Zellenradschleuse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllring und der Elastomeren­ ring miteinander verklebt sind.

5. Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllring (7a) an einer Stelle seines Umfanges (bei 9a) einen durchgehenden Schlitz hat.

6. Zellenradschleuse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federmittel aus zwischen dem Lager­ deckel (5b) und der diesem zugewandten Stirnfläche des Füllringes (7b) angeordneten Schraubendruck­ federn (8b) und aus mindestens einem zwischen der Wand (1c) des zylindrischen Innenraums und der äußeren Mantelfläche des Füllringes (7b) angeordneten Elastomerenring (8c), der den Füllring (7b) in radialer Richtung belastet, bestehen.

7. Zellenradschleuse nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elastomerenring (8c) teilweise in einer Umfangsnut des Füllringes (7b) aufgenommen ist.

8. Zellenradschleuse, bestehend aus einem Gehäuse (1), in dessen zylindrischem Innenraum (1c) ein Zellenrad mit Seitenscheiben (4a, 4b) angeordnet ist, wobei zwischen jeder Seitenscheibe und dem zugehörigen La­ gerdeckel (5a, 5b) des Gehäuses eine Dichtungsanord­ nung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß je­ de Seitenscheibe (4b) an ihrem Umfang mit einem zu der Achse des Zellenrades (2, 3, 4a, 4b) koaxialen, dem benachbarten Lagerdeckel (5b) zugewandten Metall­ ring (6c) versehen ist, dessen äußere Umfangsfläche von der Wand (1c) des zylindrischen Innenraumes des Gehäuses (1) um die Breite eines Dichtspaltes (s) be­ abstandet ist, daß der zylindrische Innenraum (1c) im Bereich der äußeren Umfangsfläche des Metallringes (6c) eine durch eine Durchmesservergrößerung gebildete, in einer Radialebene liegende Ringfläche (1d) hat, daß gegen diese Ringfläche ein Füllring (7c) aus einem elastisch oder plastisch verformbaren Dichtungsmaterial, insbesondere einem Stopfbüchsendichtungsmaterial, an­ liegt, und daß ein federbelasteter Metallprofilring (8e) den Füllring (7c) axial in Richtung auf die Ring­ fläche (1d) belastet und ihn an seiner äußeren Mantel­ fläche zumindest teilweise umschließt.