DE4125911C2 - Vorrichtung mit einer berührungsfreien Dichtung zwischen einem drehbaren Teil und einem Gehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem in einem stationären Gehäuse drehbar gelagerten, einer aggressiven Flüssigkeit ausgesetzten Teil, insbesondere einer Welle, dessen Wellenzapfen durch je eine Wandöffnung des Gehäuses in ein Drehlager ragen, und mit einer im Gehäuse angeordneten berührungsfreien, ein fluides, vorzugsweise flüssiges Sperrmedium enthaltenden Dichtung zwischen dem drehbaren Wellenzapfen und der stationären Gehäusewand mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Werden drehbare Teile in aggressive Flüssigkeiten aufnehmenden Gehäusen deren Einwirkung ausgesetzt, so ist es möglich, daß die elastomere Dichtung zwischen dem drehbaren Teil und der feststehenden Gehäusewand von dem aggressiven Medium zerstört oder anderweitig beeinträchtigt wird. Bei salzhaltigen Flüssigkeiten ist nachteilig, daß die auf dem Wellenzapfen des drehbaren Teils schleifende Elastomer­ dichtung verkrustet und die Drehbewegung schwergängiger wird. Bei einer Zerstörung der Elastomerdichtung besteht die Gefahr, daß die aggressive Flüssigkeit in das dahinterliegende Drehlager eindringt und dieses entweder zerstört oder durch Auskristallisation schwergängiger macht. Das Schmiermittel bei gefetteten Lagern wird durch das eindringende aggressive Medium in seiner Wirkung beschnitten.

Diese Beeinträchtigungen der Abdichtung und/oder des Lagers führen zu einer Beeinträchtigung der Qualität des durch das drehbare Teil durchgeführten Bearbeitungsprozesses in der Vorrichtung. Daher ist die Standzeit der Vorrichtungen geringer als erwünscht, da die Vorrichtungen zur Überholung der Lager und der Dichtstelle stillgelegt und überholt werden müssen.

Aus der DE-PS 8 52 481 ist eine Sperrflüssigkeitsdichtung bekannt, die außerhalb des abzudichtenden Gehäuseinnenraums angeordnet ist. Die Sperrflüssigkeit ist in einem geschlossenen Kreislauf gehalten und fließt beidseitig der Dichtungsstelle ab. Die Dichtspalte rechts und links der Zulaufbohrung weisen gleiche Spalthöhen auf.

Aus der GB 21 98 488 ist es bekannt, einen Sperrmittel­ kreislauf für eine Sperrflüssigkeitsdichtung offen zu gestalten. Dabei wird die Sperrflüssigkeit in beiden Richtungen von der Mündung des Zulaufkanals gefördert, wobei die Spalte rechts und links der Zulaufbohrung gleiche Spalthöhen aufweisen.

Aus der DE-OS 23 40 491 ist eine Druckmitteldichtung bekannt, bei der das Druckmittel in beide Richtungen von der Mündung der Zulaufbohrung weggefördert wird. Auch hier sind die Dichtspalte rechts und links der Zulaufbohrung mit gleichen Spalthöhen versehen.

Aus der DE-PS 4 71 012 ist eine Sperrflüssigkeitsdichtung bekannt, die eine in gegenseitigen Richtungen fördernde Anordnung aufweist. Diese Sperrflüssigkeitsdichtung weist einen hohen konstruktiven Aufwand auf.

Allen bekannten Sperrflüssigkeitsdichtungen ist gemeinsam, daß die Sperrflüssigkeit von der Mündung der Zulaufbohrung in beiden axialen Richtungen, d. h. entgegengesetzt, weggefördert wird. Dabei sind die Dichtspalte rechts und links der Zulaufbohrung mit gleichen Spalthöhen ausgestattet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art derart auszugestalten, daß eine gleichbleibende hohe Qualität des Bearbeitungs­ prozesses durch das bewegbare Teil und eine hohe Standzeit der Vorrichtung ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Die Wandabdichtung weist keine elastomeren Dichtringe auf, die auf dem Wellenzapfen schleifen. Der Drehbewegung wird somit schon deshalb ein verringerter Widerstand entgegen­ gesetzt. Die Drehung behindernde Auskristallisationen können in der Dichtstelle und im Lager nicht entstehen, da durch den Kreislauf des fluiden Sperrmediums die aggressive Flüssigkeit an einem Eindringen in das Lager gehindert wird. Das umlaufende fluide Sperrmedium füllt den engen Dichtspalt zwischen Wandöffnung und Wellenzapfen aus und bildet eine Barriere gegen das auf das drehbare Teil bzw. dessen Wellen­ zapfen einwirkende aggressive flüssige Medium.

Die Ausbildung des Fördergewindes im Mündungsbereich des radialen Zulaufkanals unterstützt die Dichtwirkung aufgrund der Förderrichtung der Sperrflüssigkeit. Die Sperrflüssig­ keit wird nur in eine Richtung durch die offene Dichtung geführt.

Das fluide Sperrmedium wirkt in dem engen Dichtspalt der Dichtseite dem aggressiven flüssigen Medium entgegen, da dort die lichten Abmessungen des engen Ringspaltes größer sind als auf der dem Drehlager zugerichteten Mündungsseite. In beiden Fällen bilden die Ringnuten einen Ort der Druck­ absenkung, so daß das fluide Sperrmedium im wesentlichen innerhalb der Dichtstelle umlaufend verbleibt. Durch Druckerhöhung oder Reduzierung kann den jeweiligen Betriebs­ verhältnissen Rechnung getragen werden. Ist das flüssige aggressive Medium z. B. eine verdampfende Flüssigkeit, so ist es denkbar, daß der Durchfluß eines flüssigen Sperrmediums so hoch eingestellt wird, daß aus dem gegenüber dem aggressiven Medium offenen Ringspalt Flüssigkeit austritt, die den verdunstenden Bestandteil kompensiert.

Durch den Wegfall der schleifenden Dichtungen einerseits und dem umlaufenden Strom des Sperrmediums andererseits bleibt die Leichtgängigkeit der Drehlagerung erhalten, wobei zusätzlich wirksam verhindert wird, daß das aggressive Medium durch die Dichtstelle in Richtung Lager austritt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird in den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gekennzeichnet. Der scheibenartige Körper bedeutet eine Verbreiterung der Gehäusewand und erleichtert die Ausbildung der offenen Dichtstelle. Der radiale Zulaufkanal verläuft von der Außen­ umfangsfläche des scheibenartigen Körpers bis in die Zentralbohrung.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 3 gekennzeichnet. Durch den O-förmigen Dichtungsring wird der scheibenartige Körper gegen die Gehäusewand abgedichtet, wobei ein freier Ringspalt zwischen dem O-förmigen Dichtungsring und dem Wellenzapfen verbleibt, so daß die Leichtgängigkeit des drehbaren Teils nicht verringert wird. Der O-förmige Dichtungsring stellt eine kardanische Aufhängung des scheibenartigen Körpers dar. Der scheibenartige Körper kann zum Ausgleich von Fertigungs­ toleranzen in seiner Winkligkeit zur Gehäusewand und damit zu der Achse des Wellenzapfens ausgerichtet werden.

Wird die Erfindung gemäß Anspruch 4 ausgebildet, ist die berührungsfreie Dichtung einfach zugänglich, da die Kappe abgezogen werden kann, ohne daß die gesamte Dichtung abgebaut werden muß.

Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 5 wird eine zusätzliche Druckabsenkungsstelle für eine umlaufende Sperrflüssigkeit geschaffen.

Besteht die umlaufende Sperrflüssigkeit aus dem abzusperren­ den aggressiven Medium selbst, so kann die Sperrflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbad im Gehäuse selbst genommen werden. Da die Sperrflüssigkeit ständig im Umlauf ist, können Auskristallisationen oder Festsetzungen im Lager nicht erfolgen.

Die vorteilhaften Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 7 und 8 führen aufgrund der Distanz des Drehlagers zu der Gehäusewand zu einer weiteren Sicherheit des Drehlagers gegenüber dem Eintreten von aggressiver Flüssigkeit, was außerdem durch den als Falle wirkenden Sammelkanal unterstützt wird.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Galvanisieranlage für Drähte im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt der Fig. 1 gemäß der Linie II-II,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Anlage gemäß Fig. 1,

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Querschnitt durch eine berührungsfreie Dichtung gemäß Einzelheit IV in Fig. 3,

Fig. 5 im Ausschnitt einen versetzten Teilschnitt durch die Dichtung gemäß Fig. 4,

Fig. 6 in schematischer Darstellung den Umlauf der Sperrflüssigkeit.

Die in Fig. 1 im Ausschnitt dargestellte Galvanisier­ vorrichtung weist ein als Becken 11 ausgebildetes Gehäuse auf. Dieses sich längs erstreckende Becken 11 ist in einzelne Tassen 12, 13, 14 zur Aufnahme verschiedener Galvanisierbäder oder Kontaktvorrichtungen ausgebildet. Das Becken 11 ist auf einem Rahmen 15 aus Vierkantrohren aufgeständert.

In der Fig. 1 wird in der Tasse 12 ein Galvanisierbad angedeutet, in dem Anoden 16 angeordnet sind. Zur nachfolgenden Tasse 13 ist dieses Galvanisierbad durch ein Überlaufwehr 17 abgegrenzt. In der Tasse 13 ist kein Flüssigkeitsbad vorhanden. Mittig ist eine Kathodenwalze 18 drehbar angeordnet, der zwei mit Rillen 19 (Fig. 2 und 3) versehene Führungswalzen 21 vor- und nachgeschaltet sind. Die Drehachsen dieser Führungswalzen 21 liegen in einer tieferen Ebene als die Drehachse der Kathodenwalze 18.

Der die Kathodenvorrichtung aufnehmenden Tasse 13 ist eine Tasse 14 in Vorschubrichtung von zu galvanisierenden Drähten 22 nachgeschaltet, in der wieder eine elektrolytische Flüssigkeit eingefüllt ist und die entsprechenden Anodenpackungen 16 aufweist. Tasse 13 und Tasse 14 sind ebenfalls durch ein von den Drähten 22 durchdrungenes Überlaufwehr 17 getrennt.

Die Kathodenwalze 18 und die Führungswalzen 21 durchdringen mit ihren Wellenzapfen die Beckenwände 23 und sind in an den Beckenwänden 23 außen angebrachten Flanschlagern 24 drehbar gelagert. Die jeweilige Wanddurchtrittsöffnung ist von einer den Wellenzapfen umgebenden berührungsfreien Dichtung 25 abgedichtet. Die Dichtungskörper 25 weisen jeweils auf dem höchsten Punkt ihrer kreisförmigen Außenumfangsfläche einen Schlauchanschluß 26 für einen Zulauf und diametral gegenüber am untersten Punkt einen Schlauchanschluß 27 für einen Rücklauf auf.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, werden die zu galvanisierenden Drähte 22 aufgrund der Rillenteilung der Führungswalzen 21 im gleichmäßigen Abstand durch die Anlage geführt und unter Berührung mit der Kathodenwalze 18 gehalten.

Die Ausbildung der berührungsfreien Dichtung 25 wird in Fig. 4 dargestellt.

Die Beckenwand 23 weist einen Durchbruch 31 auf, der im Beckeninneren über einen vorgesetzten, angeschweißten Vorsatz 32 abgedeckt ist. An die Wand 33 des Vorsatzes 32 ist ein Zwischenflansch 34 unter Zwischenlage einer Gummidichtung 40 über Schrauben 35 befestigt, die durch einen Gehäuseflansch 36 des Flanschlagers 24 und eine zwischengesteckte Abstandshülse 37 reichen. An dem Zwischenflansch 34 ist ein scheibenartiger Körper 38 über drei Zylinderschrauben 39 angeschraubt, wobei der scheibenartige Körper 38 mit einem eingesetzten O- Dichtungsring 41 gegenüber dem Zwischenflansch 34 abgedichtet ist.

Der feststehende scheibenartige Körper 38 wird von einer feststehenden, tassenförmigen Kappe 42 unter Bildung eines stirnseitigen Spaltes 43 umgeben. Die Wand 33 des Vorsatzes 32, der Zwischenflansch 34, der feststehende scheibenartige Körper 38 und die feststehende Kappe 42 sind mit einer fluchtenden Zentralbohrung 44 versehen, durch die ein Wellenzapfen 45 der Führungswalze 21 hindurchragt und in dem fluchtenden Flanschlager 24 über einen Lagerzapfen 46 drehbar gelagert ist.

Der scheibenartige Körper 38 ist von einem radialen Zulaufkanal 47 durchdrungen, der in die Zentralbohrung 44 mündet. Vor und hinter der Mündung 48 des radialen Zulaufkanals 47 weist die Zentralbohrung 44 zwei Ringnuten 51 und 52 auf, die diametral gegenüber der Mündung 48 mit Radialbohrungen 53 und 54 verbunden sind, die in einen Sammelkanal 55 im Inneren der feststehenden Kappe 42 münden. Mit diesem Sammelkanal 55 steht der stirnseitige Spalt 43 zwischen Kappe 42 und scheibenartigem Körper 38 in Verbindung.

In den Zulaufkanal 47 des feststehenden scheibenartigen Körpers 38 ist eine Schlauchtülle 56 geschraubt, die durch die Wand 57 der feststehenden Kappe 42 ragt. Diametral gegenüber ist in eine Ablaufbohrung der feststehenden Kappe 42 ebenfalls eine Schlauchtülle 58 eingeschraubt, die abgedichtet durch den Boden 59 des Beckens 11 ragt. Die Wand 57 der feststehenden Kappe 42 ist über einen Dichtungsring 60 auf dem Umfang des scheibenartigen Körpers 38 abgedichtet.

Der im Bereich des scheibenartigen Körpers 38 vorliegende enge Ringspalt 61 zwischen Wellenzapfen 45 und Zentralbohrung 44 ist in Richtung Flanschlager 24 enger als in Richtung der Führungswalze 21. Im Bereich der Mündung 48 des Zulaufkanals 47 beginnt ein auf dem Wellenzapfen 45 angeordnetes, in Richtung der Führungswalze 21 förderndes Gewinde 62. Der Gewindeabschnitt 62 endet in etwa fluchtend zur Stirnfläche der Scheibe 38 in einem Freistich 63.

Zwischen der Beckenwand 23 und der Wand 33 des Vorsatzes 32 ist ein Sammelraum 64 gebildet, der über eine eingeschraubte Schlauchtülle 65 mit einem Rücklauf verbindbar ist. Die Abstandshülse 37 hat im Bereich des Sammelraums 64 einen radialen Durchbruch 66.

In Fig. 5 wird angedeutet, daß die Kappe 42 sich über Gewindestifte 67 auf dem Umfang des scheibenartigen Körpers 38 abstützt. Der Ringspalt 68 läßt sich bei drei Gewindestiften 67 gleichmäßig einstellen. Der Ringspalt 68 ist geringfügig größer als der enge Ringspalt 61.

Die in Fig. 4 dargestellte berührungsfreie Dichtung 25 zwischen Wellenzapfen 45 und Beckenwand 23 wird mit umlaufender Sperrflüssigkeit betrieben. In der Fig. 6 wird in schematischer Darstellung der Kreislauf der umlaufenden Sperrflüssigkeit gezeigt. Aus einem Flüssigkeits­ behälter 71 wird über eine Pumpe 72 und ein Regelventil 73 die Sperrflüssigkeit durch die Schlauchtülle 56 in den radialen Zulaufkanal 47 des Dichtungskörpers 25 gefördert und tritt an der Mündung 48 im Engspalt 61 zwischen Wellenzapfen 45 und Zentralbohrung 44 aus. Der Druckwiderstand ist in Richtung der Führungswalze 21 geringer, so daß die Sperrflüssigkeit im wesentlichen in dieser Richtung wirkt. Die druckabsenkenden Ringnuten 51 und 52 fangen die Sperrflüssigkeit auf und führen sie über die Radialbohrungen 53, 54 dem Rücklauf zu, der wieder mit dem Flüssigkeitsbehälter 71 verbunden ist. Die in den Freistich 63 und damit in den Abstand 43 zwischen Kappe 42 und Scheibe 38 eindringende Sperrflüssigkeit wird ebenfalls dem Rücklauf zugeführt.

Diese berührungsfreie Dichtung 25 arbeitet im Umlauf zufriedenstellend, wobei die Sperrflüssigkeit sicher im Kreislauf geführt wird. Lediglich zur Sicherheit ist der Sammelraum 64 anzusehen, der im Fall von über den Ringspalt 61 lagerseitig kriechende Sperrflüssigkeit diese aufnimmt und die Leckage dem Rücklauf zuführt.

Bezugszeichenliste

11 Becken
12 Tasse
13 Tasse
14 Tasse
15 Rahmen
16 Anoden
17 Überlaufwehr
18 Kathodenwalze
19 Rillen
21 Führungswalzen
22 Drähte
23 Beckenwände
24 Flanschlager
25 berührungsfreie Dichtungen
26 Schlauchanschluß
27 Schlauchanschluß
31 Durchbruch
32 Vorsatz
33 Wand
34 Zwischenflansch
35 Schrauben
36 Gehäuseflansch
37 Abstandshülse
38 scheibenartiger Körper
39 Zylinderschrauben
40 Gummidichtung
41 O-Dichtungsring
42 Kappe
43 stirnseitiger Spalt
44 Zentralbohrung
45 Wellenzapfen
46 Lagerzapfen
47 Zulaufkanal
48 Mündung
51 Ringnut
52 Ringnut
53 Radialbohrung
54 Radialbohrung
55 Sammelkanal
56 Schlauchtülle
57 Wand, Kappe
58 Schlauchtülle
59 Boden
60 Dichtungsring
61 enger Ringspalt
62 Fördergewinde
63 Freistich
64 Sammelraum
65 Schlauchtülle
66 Durchbruch
67 Gewindestifte
68 Ringspalt
71 Flüssigkeitsbehälter
72 Pumpe
73 Regelventil.

Claims (8)

1. Vorrichtung mit einem in einem stationären Gehäuse drehbar gelagerten, einer aggressiven Flüssigkeit ausgesetzten Teil, insbesondere einer Welle, dessen Wellenzapfen durch je eine Wandöffnung des Gehäuses in ein Drehlager ragen, und mit einer im Gehäuse angeordneten, berührungsfreien, ein fluides, vorzugsweise flüssiges Sperrmedium enthaltenden Dichtung zwischen dem drehbaren Wellenzapfen und der stationären Gehäusewand, mit folgenden Merkmalen:

• 1) die Wandöffnung weist einen in Richtung auf den Gehäuseinnenraum dem Drehlager (24) vorgelagert angeordneten, von dem Wellenzapfen (45) durchdrungenen Bohrungsabschnitt (44) auf, dessen Innendurchmesser unter Bildung eines engen Ringspalts (61) größer ist als der Durchmesser des Wellenzapfens (45),
• 2) in den Bohrungsabschnitt (44) mündet ein radialer Zulaufkanal (47) für ein umlaufendes Sperrmedium,
• 3) in Achsrichtung gesehen ist beidseitig neben der Mündung (48) je eine umlaufende Innenring­ nut (51, 52) im Bohrungsabschnitt (44) vorhanden,
• 4) die Ringnuten (51, 52) sind über je eine Radialbohrung (53 bzw. 54) mit einem Rücklaufkanal verbunden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• 5) der Ringspalt (61) ist von der Mündung (48) des Zulaufkanals (47) aus gesehen in Richtung Drehlager (24) kleiner als in Richtung des Gehäuseinnenraums, wobei der Wellenzapfen ein im Bereich der Mündung (48) des Zulaufkanals (47) angeordnetes, in Richtung Gehäuseinnenraum verlaufendes Fördergewinde (62) aufweist,
• 6) das Sperrmedium wird drucklos in einem offenen Kreislauf in Richtung Gehäuseinnenraum durch die Dichtung (25) geführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• 7) ein scheibenartiger Körper (38) ist auf den Wellenzapfen (45) gesteckt,
• 8) der scheibenartige Körper (38) ist vor der Wanddurchtrittsöffnung abgedichtet gegen die Gehäuseinnenwand befestigt,
• 9) der scheibenartige Körper (38) weist einen eingearbeiteten radialen Zulaufkanal (47) auf, der an eine Schlauchleitung anschließbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischen dem scheibenartigen Körper (38) und der Gehäuseinnenwand durch einen in die Stirnfläche eingelassenen, elastomeren O- Dichtungsring (41) bewirkt ist, dessen Dicke größer ist als die Tiefe der in die Stirnfläche eingearbeiteten ringförmigen Aufnahmenut für den Dichtungsring (41).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenartige Körper (38) von einer tassenförmigen Kappe (42) konzentrisch umgeben ist, die der Zulaufmündung (48) diametral gegenüber einen eingearbeiteten Sammelkanal (55) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (42) mit ihrer inneren Bodenfläche mit Abstand (43) zu der Stirnfläche des scheibenartigen Körpers (38) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Sperrmedium flüssig ist und aus dem abzusperrenden aggressiven Medium selbst besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehlager (24) mit Abstand zu der Gehäusewand (33) außerhalb des Gehäuses unter Zwischenlage von Distanzhülsen (37) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der abzudichtenden Gehäusewand (23) ein unterer Sammelkanal (64) zwischen Gehäusewand und Flanschlager (24) gebildet ist.