DE4219289A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zum Abdichten des Austrittsbereiches einer Welle aus einem, insbesondere liegen­ den, Behälter, insbesondere Großbehälter, bei der das außenlie­ gende Wellenende oder der Wellenzapfen unabhängig von dem Behäl­ ter gelagert ist. Die Welle kann z. B. zum Antrieb eines Rühr­ werkes oder dergleichen in dem liegenden Behälter dienen. Die Dichtungsanordnung weist einen mit der Welle umlaufenden Gleitring auf. Dieser wirkt mit einem in axialer Richtung beweg­ lich angeordneten Gegenring abdichtend zusammen, der unter einer Vorspannung steht und in einem Gehäuse beweglich gelagert ist, das seinerseits abdichtend mit der Behälterstirnwand zusammen­ wirkt.

Aufgrund der unabhängigen Anordnung von Behälter und Welle ist es nicht auszuschließen, daß unterschiedliche axiale und radiale Relativbewegungen sowie Winkelabweichungen zwischen der Welle und der Behälterstirnwand auftreten. Dieses beeinträchtigt die Gleitringdichtung, auch wenn der Gleitring und der Gegenring beide in dem gleichen Gehäuse angeordnet und geführt sind, das auf der Welle gelagert ist, wobei der Gleitring mit der Welle umläuft, während der Gegenring in dem Gehäuse gegen Drehungen gehalten ist. Die Relativbewegungen beeinträchtigen jedoch insbesondere die Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Stirnwand des Behälters.

Bildet man die Gleitringdichtung so aus, daß sie den Relativbe­ wegungen ausgesetzt ist, so besteht der Nachteil, daß aufgrund mechanischer und thermischer Einflüsse und der dadurch bedingten Abweichungen zwischen Welle und Behälter die beiden Ringe der Gleitringdichtung übermäßig beansprucht werden und daher schnell verschleißen. Man hat schon versucht die auftretenden Relativbe­ wegungen durch sogenannte Wellrohrkompensatoren zu kompensieren, die jedoch in vielen Anwendungsfällen keine ausreichend großen Freiheitsgrade der Relativbewegung zulassen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dichtungsanordnung der ein­ gangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß auch bei re­ lativ großen Freiheitsgraden die Gleitringdichtung gegen übermä­ ßige Beanspruchungen zuverlässig geschützt ist und daß auch bei größeren Freiheitsgraden der Relativbewegungen die Abdichtung zwischen Welle und Gehäuse gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Anordnung nach Anspruch 1 gelöst.

Bei dieser Anordnung sind die Relativbewegungen außer der Dreh­ bewegung der Gleitflächen zwischen Gleitring und Gegenring nur gering. Beide miteinander abgestimmt zusammenwirkenden Ringe werden daher nur dem üblichen Verschleiß unterworfen. Die auf­ tretenden größeren Relativbewegungen zwischen Welle und Behäl­ terstirnwand werden dagegen im Bereich der Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Behälterstirnwand kompensiert, und zwar mit Hilfe des in dem Gehäuse beweglich gelagerten Ringkolbens. Dabei ist zweckmäßigerweise die Lagerung des Ringkolbens mit Hilfe elastischer Dichtungen so vorgenommen, daß gemäß Anspruch 2 große Freiheitsgrade sowohl in radialer Richtung gegenüber der Behälterwand als auch in axialer Richtung gegenüber dem Gehäuse wie auch bezüglich einer Schieflage gegenüber der Wellenachse zugelassen werden können, ohne daß die zuverlässige Abdichtung zwischen Gehäuse und Behälterstirnwand beeinträchtigt wird.

Zur Vorspannung des Ringkolbens können mechanische Federspeicher oder Gasdruckspeicher dienen. Der Ringkolben kann mit der erfor­ derlichen Vorspannkraft auch hydraulisch vorgespannt werden. In vielen Fällen wird im Bereich der Abdichtung mit einem Sperr­ fluid gearbeitet, das im Bereich der Dichtflächen unter Druck über einen Kreislauf geführt wird, der sicherstellt, daß keine Behälterflüssigkeit austreten kann. In diesen Fällen kann beson­ ders vorteilhaft der Ringkolben durch das Sperrfluid unter der erforderlichen einseitigen Vorspannung gehalten werden.

Die Dichtungsanordnung kann sehr raumsparend ausgeführt werden. Gegenüber dem Produktraum oder Innenraum des Behälters ergibt sich eine sehr einfache überschaubare Gestaltung der Gleitring­ dichtung. Etwaig auftretende Toträume können durch Spülvorgänge immer wieder gereinigt werden. Die Anordnung erlaubt einen sehr großen axialen Hubausgleich. Radiale Versetzungen werden durch radiales Gleiten der Stirnfläche des Ringkolbens gegenüber der Behälterstirnfläche ausgeglichen. Der Ringkolben ist mit ausrei­ chendem Spiel geführt, um sich auch in einem erheblichen Umfange schräg zur Wellenachse einstellen zu können. In allen Fällen wird eine zuverlässige Anlage des Ringkolbens an die Behälter­ stirnfläche gewährleistet. Diese Kompensationsbewegungen des Ringkolbens führen zu keiner erhöhten Belastung der Gleitflächen zwischen Gleitring und Gegenring, so daß diese Flächen nur dem normalen Verschleiß unterliegen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeich­ nung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die Dichtungsanordnung in einem Längsschnitt.

Die Dichtungsanordnung kann bei großem liegendem Behälter mit einer Rührwerkseinrichtung oder dergleichen eingesetzt werden und ist geeignet, alle Verlagerungen zwischen der Welle bzw. de­ ren außenliegenden Wellenzapfen und dem Behältergehäuse zuver­ lässig zu kompensieren.

In der Zeichnung ist der Behälter nur durch einen Abschnitt der Behälterstirnwand (3) gezeigt, die eine Austrittsöffnung (4) für den Wellenzapfen (2) einer Welle (1) begrenzt, welche um ihre Achse (2a) drehbar gelagert ist. Die Lagerung der Welle erfolgt unabhängig von der Stirnwand (3) des Behälters. Der Wellenzapfen (2) tritt mit erheblichem Spiel durch die Stirnwandöffnung (4). Zur Abdichtung des verbleibenden Durchtrittsspaltes ist eine Gleitdichtung vorgesehen. Diese besteht aus einem Gleitring (11), der auf einer Hülse (5) abgedichtet und über Mitnehmerzap­ fen (12) drehfähig gelagert ist. Die Hülse (5) erstreckt sich über einen größeren Abschnitt der Länge des Wellenzapfens (2) und ist auf diesem mittels O-Ring (9) abgedichtet und mittels Klemmeinrichtung (8) drehfest gehalten. Der Gleitring (11) weist eine von der Welle (1) wegweisende Gleitfläche auf, die mit der gegenüberliegenden Gleitfläche eines Gegenringes (13) abdichtend zusammenwirkt. Der Gegenring (13) ist in einem aus mehreren Tei­ len zusammengesetzten Dichtungsgehäuse (6) axial beweglich gela­ gert. Das Gehäuse (6) ist über ein weitgehend spielfreies Lager (7a, 7b) auf der Hülse (5) gelagert und ist über Stifte (30) ge­ gen Drehen an der Behälterstirnwand (3) gesichert. Der Gegenring (13) ist wiederum in dem Gehäuse durch Führungszapfen (13a) ge­ gen Drehen gesichert und steht unter der Wirkung von mehreren in Umfangsrichtung verteilten Vorspannfedern (14), die ständig be­ strebt sind, den Gegenring (13) in abdichtender Anlage an dem Gleitring (11) zu halten. Da der Gleitring (11) auf der auf dem Zapfen (2) festen Hülse (5) geführt ist und der Gegenring (13) in dem auf der Hülse (5) mit geringem Spiel gelagerten Gehäuse (6) geführt ist, treten im Betrieb zwischen dem Gleitring (11) und dem Gegenring (13) außer den Drehgleitbewegungen entlang der Berührungsfläche praktisch kaum andere Relativbewegungen auf, so daß lediglich der übliche Verschleiß durch Gleitreibung an den Dichtflächen auftritt.

Man erkennt, daß im Bereich der Dichtfläche zwischen Gleitring (11) und Gegenring (13) im Inneren des Gehäuses (6) ein Sperr­ fluid unter Druck ansteht, das bei (36) dem Gehäuse aus einer Sperrfluid-Druckwelle zugeführt wird und das allenfalls an der ersten Dichtung (38) von zwei axial hintereinanderliegenden Dichtungen (38, 39) vorbei und daher von der Kammer (35) in die Kammer (40) gelangen kann, aus der das Sperrfluid über den Auslaß (41) im Kreislauf zurückgeführt wird.

In dem Gehäuse (6) ist im Bereich des der Behälterstirnwand (3) zugewandten Endes eine ringförmige Ausnehmung (6a) vorgesehen. In dieser ist mit erheblichem Spiel ein Ringkolben (20) beweg­ lich gelagert. Zur Halterung und beweglichen Führung des Ring­ kolbens sind in der Ausnehmung (6a) außen äußere und innere Dichtringe, z. B. O-Ringe (21, 22), vorgesehen. Darüberhinaus ist der Ringkolben (20) mit einem oder mehreren in Umfangsrich­ tung verteilten Zapfen (25) mit ausreichendem Spiel in Bohrungen (26) des Gehäuses gegen Drehen gesichert und bei den Kolbenbewe­ gungen geführt. Der Ringkolben weist auf seiner außenliegenden Stirnseite eine Ringdichtung, z. B. einen O-Ring (23) auf, der abdichtend mit der Außenfläche der Behälterstirnwand (3) zusam­ menwirkt. Um diese Dichtung in Anlage an der Behälterstirnwand zu halten, können mehrere in Umfangsrichtung verteilte Vorspann­ federn (24) vorgesehen sein. Anstelle dieser Federn oder zusätz­ lich dazu können auch Druckgasspeicher vorgesehen sein, welche den Ringkolben (20) einseitig beaufschlagen. Radiale Ansätze oder eine äußere Ringschulter am inneren Ende des Ringkolbens verhindert, daß bei der Montage der Ringkolben aus der Ausneh­ mung (6a) herausfällt.

Bevorzugt wird jedoch der Ringkolben (20) hydraulisch beauf­ schlagt. Bei der zuvor beschriebenen Anordnung mit Sperrfluid- Kreislauf hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn man das un­ ter Druck stehende Sperrfluid zugleich als hydraulisches Mittel zum Vorspannen des Ringkolbens ausnutzt. Im dargestellten Bei­ spiel ist hierzu ein Einlaß (42) in dem Gehäuse (6) vorgesehen, der über eine Bohrung in die Ringausnehmung (6a) führt.

Der Hubweg des Ringkolbens (20) ist mit (45) bezeichnet. Im Rah­ men dieses Hubweges kann der Ringkolben relative axiale Bewegun­ gen zwischen dem Wellenzapfen (2) und der Behälterstirnwand (3) zuverlässig aufnehmen, ohne daß die Dichtwirkung der Dichtung (23) oder die Dichtwirkung der Gleitringdichtung (11, 13) beein­ trächtigt wird. Wenn der Zapfen gegenüber der Behälterstirnwand (3) radial verlagert wird, nimmt auch das Gehäuse (6) an dieser Relativbewegungsteil, wobei der Dichtring (23) des Ringkolbens (20) an der Stirnfläche (3) in radialer Richtung versetzt wird. Wenn sich die Wellenachse (2a) gegenüber der Stirnwand (3) des Behälters in gewissem Umfange schrägstellt, nimmt auch das Ge­ häuse (6) an dieser Verlagerungsteil. Die Dichtungen (21, 22) und die Drehsicherung (25, 26) bieten dem Ringkolben (20) jedoch ausreichendes Spiel, so daß dieser an der Winkelverlagerung des Gehäuses (6) gegenüber der Behälterstirnwand (3) nicht teil­ nimmt, sondern seine satte Anlage an der Stirnfläche der Behäl­ terstirnwand beibehält, wobei der Kolbenring in dem Gehäuse (6) eine entsprechende Schräg- oder Schieflage einnimmt. In all die­ sen abweichenden Stellungen sorgt die insbesondere hydraulische Vorspannung des Ringkolbens für eine gleichmäßige Anlage des Dichtringes (23) und damit für eine gleichbleibende zuverlässige Abdichtung zwischen dem Gehäuse (6) und der Stirnwand (3).

Ein wesentlicher Vorteil der Anordnung ist somit die Verteilung der Dichtfunktion einerseits auf die Gleitringdichtung (10) und andererseits auf die Abdichtung mit Hilfe des Ringkolbens (20). Trotz dieser Aufteilung ergibt sich eine gedrängte Bauweise, auch dann, wenn das Gehäuse zugleich zur Zuführung und Abführung eines Sperrfluids sowohl für die Gleitdichtung als auch eines hydraulischen Vorspannfluids für den Ringkolben (20) ausgebildet ist.

Die neue Dichtungsanordnung ermöglicht auch ein leichtes Erfas­ sen von dauernden Verlagerungen zwischen Welle und Behälter, so daß durch Justiermaßnahmen solche Verlagerungen ausgeglichen werden können.

Claims (7)

1. Dichtungsanordnung zum Abdichten des Austrittsbereiches einer Welle aus einem, insbesondere liegenden, Behälter, bei der das außenliegende Wellenende oder der Wellenzapfen unabhängig von dem Behälter gelagert ist und ein mit der Welle umlaufender Gleitring mit einem unter Vorspannung stehenden und in einem abdichtend mit dem Behälter zusammenwirkenden, die Welle umgebenden Gehäuse beweglich angeordneten Gegenring abdichtend zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (6) ein den Gegenring (13) umgebender Ringkolben (20) mittels elastischer Dichtungen (21, 22) beweglich gelagert ist, der über einer elastische Vorspanneinrichtung (24, 42) mittels einer von der relativen Lage oder Bewegung des Ringkolbens unabhängigen, vorbestimmten Vorspannung an der Behälterstirnfläche (3) in abdichtender Anlage gehalten ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben 20 mittels der elastischen Dichtungen (21, 22) in dem Gehäuse (6) beweglich so gehalten und geführt ist, daß er gegenüber der Behälterstirnfläche (3) radiale und gegenüber dem Gehäuse (6) axiale und gegenüber der Wellenachse (2a) winkelförmige Relativbewegungen ausführen kann.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringkolben (20) durch einen Druckgas- oder einen Federspeicher (24) beaufschlagt ist.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (20) durch ein Druckfluid (42) beaufschlagt ist.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gehäuse (6) ein die Gleitringdichtung (11, 13) einschließender Sperrfluid-Kreislauf (35, 36, 41) an­ schließbar ist und daß der Ringkolben (20) einseitig dem unter Druck stehenden Sperrfluid beaufschlagbar ist.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) auf dem Wellenende oder dem Wellenzap­ fen (2) drehbar gelagert und der Sperrfluid-Kreislauf im Gehäuse (6) gegenüber dem Gehäuselager (7a, 7b) über eine doppelte Dichtung (38, 39) abgedichtet ist und der Zwi­ schenraum (40) zwischen den beiden Dichtungen (38, 39) an den Rücklauf (41) des Sperrfluid-Kreislaufes angeschlossen ist.

7. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (20) in einer ringförmigen Ausnehmung in der Stirnwand des Gehäuses (6) mittels zweier O-Ringe (21, 22) abdichtend und beweglich geführt ist und über eine die relativen Bewegungen zulas­ sende Drehsicherung (24, 26) mit dem Gehäuse (6) verbunden ist.