DE69112614T2 - Wellendichtung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellendichtung, die sich drehende Maschinenteile abdichtet, um das Eindringen eines Mediums in einem Behälter oder dergleichen zu verhindern.
• Bei Durchführungswellen, beispielsweise von Pumpen und Mischern, muß die sich drehende Welle an dem stationären Teil, z.B. dem Pumpengehäuse, abgedichtet werden, um zu verhindern, daß Fluid an der Übergangsstelle zwischen dem sich drehenden und dem stationären Teil eindringt.
• Für die heute existierenden Wellendichtungen dieser Art ist derzeit am häufigsten ein großer Teil der Dichtung, einschließlich der Federbaugruppe, die die Dichtung drückt, in dem abzudichtenden Behälter angeordnet.
• Das führt dazu, daß durch die derzeitigen Dichtungen eine große Gefahr besteht, daß Fluid von der Rückseite der Dichtung in die Federeinheit und alle Bereiche der Dichtung eindringt. In der Lebensmittelindustrie stellt dies ein schwerwiegendes Problem dar, da schnell Bakterienkolonien entstehen, wenn Lebensmittel in der Dichtung verbleiben.
• In der Zelluloseindustrie führt dies dazu, daß fasrige Flüssigkeit in die Federeinheit eindringen kann, so daß Ablagerungen an den Federn entstehen. Die Elastizität verringert sich oder geht verloren, und die Dichtung beginnt zu lecken.
• Um die obenstehenden Mängel zu beseitigen, sind Doppeldichtungen mit einer Spülung zwischen den Dichtungen versehen. Dabei befinden sich die Federn und die Bauteile der Dichtung in dem Spülraum.
• Was die Keimfreiheit angeht, so grenzt dieser Raum an das Erzeugnis an und ist nur durch die Dichtungsflächen getrennt, was nicht zufriedenstellend ist, da sich ein mögliches Bakterienwachstum in dem Spülraum durch die Dichtungsflächen hindurch zu dem Erzeugnis hin ausbreiten kann.
• Desgleichen ist das Spülmedium oft verunreinigt und kalkhaltig, was bedeutet, daß Schichten auf den Federn entstehen, die schließlich ihre Bewegung einschränken.
• Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Dichtung nicht immer gesteuert werden kann. Der Verschleiß der Gleitringe muß von dem elastischen Teil der Dichtung ausgeglichen werden, und bei Keildichtungen (wedge sealings) beispielsweise bildet der Verschleiß der Welle durch den Keilabschnitt einen zusätzlichen nicht steuerbaren Faktor.
• Ein weiteres Problem bei den derzeitigen Wellendichtungen besteht darin, daß es schwer ist, die Dichtung axial in der richtigen Position zu fixieren, und daß sie manchmal schwer zu erreichen sind, um die Anschlagschrauben am hinteren Rand der Dichtung anzuziehen, wenn sie beispielsweise in eine Stopfbuchse eingebaut ist.
• Um die Dichtung zu schmieren und kleine Teilchen zu entfernen, die bei der Drehung gelöst werden, ist normalerweise eine Spülung der Wellendichtung vorhanden.
• Das Dokument DE-A-35 44 872 wird als der nächstliegende Stand der Technik angesehen. Dieses Dokument offenbart eine Wellendichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Jedoch befinden sich die Federn in dem Spülraum, was zu den oben erwähnten Nachteilen führt.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Wellendichtung zu schaffen, die vollständig ummantelt ist und darüber hinaus eine glatte und hygienische Oberfläche sowohl auf der Seite des Erzeugnisses als auch in dem Spülraum aufweist, so daß keine Hohlräume oder dergleichen vorhanden sind, in denen sich das abgedichtete Medium sammelt.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Wellendichtung zu schaffen, bei der die Winkelabweichungen der Welle nicht zu Verschleiß der Wellendichtung führen, da die Winkelabweichung durch ein sich nicht drehendes Teil ausgeglichen wird.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Spülung der Wellendichtung zu gewährleisten, um die Dichtflächen zu schmieren und mögliche Verunreinigungen auszuspülen. Bei einer Ausführung der Erfindung ist es nicht erforderlich, daß der Spüldruck höher ist als der Druck des abzudichtenden Behälters. Der hydraulische Ausgleich der Dichtflächen wird so hergestellt, daß auf die Dichtflächen trotz ihrer gegenseitigen Druckbeziehung eine formschlüssige Verschlußwirkung durch den Druck des Spülens bzw. den Druck des Erzeugnisses ausgeübt wird.
• Diese Aufgaben werden mit einer Wellendichtung gemäß den Ansprüchen erfüllt, wobei die Wellendichtung unter anderem eine Doppeldichtung mit einer äußeren und einer inneren Dichtung umfaßt, die durch einen Zwischenring mittels einer Federbaugruppe gedrückt werden. Die Federbaugruppe befindet sich an der Außenseite sowohl des abzudichtenden Mediums als auch des Spülraums, so daß keine Gefahr besteht, daß das Medium aus dem Behälter, das z.B. in der Lebensmittelindustrie oft Teilchen und Fasern enthält, mit der Federbaugruppe in Kontakt kommt und so ihre Funktion beeinträchtigt oder zu Bakterienwachstum führt. Dadurch ist es möglich, den Spülraum mit vollständig glatten Flächen zu versehen, was bedeutet, daß Teilchen und Fasern nicht anhaften können. Dies ist insbesondere bei der Lebensmittelherstellung von Bedeutung, da die Gefahr des Wachstums von Bakterien in dem den Dichtungsflächen zum Erzeugnis hin nächsten Bereich nicht zugelassen wird.
• Es sind also von der Seite des Mediums her keine Spalte, Hohlräume oder andere Räume vorhanden, in die Medium eindringen und sich in Verunreinigungshohlräumen ansammeln kann, die schwer zu reinigen sind.
• Weitere Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Patentbeschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen hervor, wobei:
• Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist, und
• Fig. 2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist.
• Beide Ausführungen sind lediglich als Beispiele zu betrachten, die innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, zu neuen Formen abgewandelt und kombiniert werden können.
• In Fig. 1 ist eine Drehwelle 19 dargestellt, auf der eine Wellendichtung angeordnet ist. Die Wellendichtung ist vom Doppeldichtungstyp und umfaßt eine innere Dichtung 4 und eine äußere Dichtung 2, sowie eine Reihe zusätzlicher Dichtungen 3, 7, 9 und einen Abstandsring 16. Doppeldichtungstyp bedeutet hier zwei Dichtungen mit einem Spülmedium zwischen den Dichtungen. Die innere Dichtung 4, die die Dichtung ist, die primär das Medium in einem Behälter abdichtet, sitzt in einem inneren Gegenring 4', der an der Welle 19 angebracht ist, während die äußere Dichtung 2 in einem äußeren Befestigungsring 6 außerhalb der Wand 20 des abzudichtenden Behälters sitzt. Der Befestigungsring 6 weist eine Buchse 2' auf, die über eine Reihe von Federn 5 die äußere Dichtung 2 an einen Zwischenring 1 drückt, der seinerseits die innere Dichtung 4 an den inneren Gegenring 4' drückt. Die Anzahl der Federn wird anhand des Flächendrucks festgelegt, der auf die Dichtflächen wirken soll.
• Der Befestigungsring 6 ist mittels einer Reihe von Stellschrauben 13 an der Welle 19 befestigt. Um die Drehung der äußeren Buchse 2' zu gewährleisten, ist ein zylindrischer Stift 10 in einer kreisförmigen Nut angeordnet, die zur Hälfte in dem Befestigungsring 6 und zur Hälfte in der inneren Buchse 2' ausgebildet ist. Ein Sicherungsdraht 11 hält den zylindrischen Stift 10.
• Ein Spüleinlaß 18 führt zu einem Raum 30 zwischen der inneren und der äußeren Dichtung 2, 4, dem Zwischenring 1 und einer auf der Welle 19 befestigten Buchse 8, und ein Spülauslaß 18' führt von dem Spülraum 30 weg.
• Es ist nahezu unmöglich, eine bestimmte Winkelabweichung zwischen der Welle 10 und der Wand 20 zu vermeiden, und bei großen geschweißten Konstruktionen ist es außerordentlich schwierig, eine genaue Einstellung zu erreichen. Um diese Winkelabweichung und mögliche Unregelmäßigkeiten der Welle 19 bzw. ihrer Drehung auszugleichen, ist die Welle 19 mittels einer speziellen Lagerung 14 in der Wand 20 gelagert. Die Lagerung 14 dreht sich nicht mit der Welle, sondern ist, im Querschnitt gesehen, mit kreisförmigen Flächen in der Wand 20 gelagert. Da sich die Lagerung 14 nicht dreht, wird das häufig auftretende Problem vermieden, daß eine Winkelabweichung zum Verschleiß der wichtigen Dichtung bei jeder Umdrehung der Welle 19 beiträgt.
• Um die Winkelabweichungen der Welle 19 und mögliche weitere Unregelmäßigkeiten auszugleichen, ist die Welle 19 in der speziellen Lagerung 14 in der Behälterwand 20 gelagert. Die Lagerflächen 22 der Lagerung 14 und der Wand 20, die miteinander in Kontakt sind, weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Des weiteren ist eine Dichtung 15 an dieser Lagerung angeordnet. Um zu verhindern, daß sich die Lagerung 14 dreht, ist eine Scheibe 17, die an der Wand 20 angeschraubt ist, in einer Nut 21 in der Außenfläche der Lagerung 14 angeordnet.
• Die Teile, die sich mit der Welle drehen, sind der Gegenring 4' mit der inneren Dichtung 4, die Wellenbuchse 8 und der Befestigungsring 6 mit der äußeren Buchse 2', die äußere Dichtung 2 und die Federn 5. Der Zwischenring 1 hingegen dreht sich nicht mit der Welle 19.
• Um die Gefahr der Ansammlung eines aggressiven Mediums zu vermeiden, ist es beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, der pharmazeutischen Industrie und der Zelluloseindustrie erforderlich, daß der Teil der Wellendichtung, der mit dem Medium in dem Behälter, der abzudichten ist, in Kontakt ist, so glatt wie möglich ist. Daher sind keine Hohlräume, Nuten oder dergleichen zulässig. Bei den derzeitigen Wellendichtungen ist es normalerweise so, daß sich das Medium des Behälters radial innerhalb der inneren Dichtung befindet und dadurch mit dem Innenumfang derselben in Kontakt kommt. Bei der vorliegenden Wellendichtung jedoch befindet sich das Medium außerhalb des Außenumfangs der inneren Dichtung 4, so daß die durch die Drehung der Welle bewirkte Zentrifugalkraft dazu beiträgt, das Eindringen zu verhindern, da auf das Medium eine Kraftkomponente wirkt, die von der Dichtung 4 weg gerichtet ist. Auch das Innere der Wellendichtung sollte so glatt wie möglich sein, um die Ansammlung von Material zu verhindern.
• Unabhängig davon, ob der Druck in dem Behälter oder dem Spülraum 30 am höchsten ist, bewirkt er eine Kraftkomponente, die, in der Figur gesehen, nach links auf den Zwischenring 1 gerichtet ist. Das führt dazu, daß die innere Dichtung 4 durch den Zwischenring 1 an den Gegenring 4' gedrückt wird. Der entstehende Druck in dem Behälter wirkt auf die vertikale Fläche 12 des Zwischenrings 1, wodurch die nach links gerichtete Kraftkomponente entsteht. Was den Druck des Spülraums angeht, so wird die entstehende Kraft durch die innere vertikale Druckfläche 32 der äußeren Buchse 2' aufgenommen. Auch die Anordnung der inneren Dichtung 4 trägt, wie oben erwähnt, aufgrund der Zentrifugalkraft dazu bei, Eindringen und Ansammeln des Mediums in der Dichtung entgegenzuwirken.
• Nur der Gegenring 4', die innere Dichtung 4 und ein Teil des Zwischenrings 1 befinden sich an der Innenseite der Wand 20 und sind mit dem Medium des Behälters in Kontakt. Des weiteren ist auch das Innere der Lagerung 14 mit dem Medium des Behälters in Kontakt. All diese Teile weisen glatte Oberflächen ohne Nuten, Kerben, Hohlräume oder dergleichen auf, so daß es für das Medium des Behälters unmöglich ist, sich an der Wellendichtung anzusammeln.
• Um die innere und die äußere Dichtung 2, 4 und ihre Gleitflächen zu schmieren, wird das Innere der Dichtung mit einem geeigneten Spülmedium gespült. Darüber hinaus dient dieses Spülen dazu, kleine Partikel zu entfernen, die möglicherweise bei der Drehung der Welle 19 gelöst werden.
• Bei der alternativen Ausführung gemäß Fig. 2 wird das Spülmedium so geleitet, daß es mit Sicherheit beide Dichtungen passiert, ein Vorgang, der unten ausführlicher beschrieben wird.
• Bei der alternativen Ausführung gemäß Fig. 2 weisen Fig. 1 entsprechende Teile entsprechende Bezugszeichen auf.
• Diese zweite Ausführung kann beispielsweise für ein Rührwerk eingesetzt werden, das an einer Abdeckung bzw. einem Deckel 27 eines Behälters angeordnet ist. Was diese Ausführung vor allem auszeichnet, ist, daß die Bewegung des Spülmediums über den Bereich direkt unterhalb der Dichtflächen geleitet wird, so daß mögliche Teilchen leicht entfernt werden können. Ansonsten ist eine innere Buchse 25 vorhanden, die auch einen Gegenring für die Kraft der Federn 5 darstellt, die über einen Zwischenring 1 auf die innere Dichtung 4 wirkt. Auch hier sind eine Reihe von zusätzlichen Dichtungen und Buchsen 23, 24, 31 vorhanden, die zusammen eine kompakte Wellendichtung mit vergleichsweise sauberen, glatten Oberflächen bilden.
• Um das Spülmedium zu leiten, ist ein Leitring 26 in dem Spülraum 30 zwischen dem Zwischenring 1 und der auf der Welle befestigten Buchse 24 vorhanden. Das Spülmedium strömt durch die Leitung 28 von dem Einlaß 18 durch den Zwischenring 1 und an der inneren Dichtung 4 vorbei, von wo aus das Spülmedium unter dem Führungsring 26 an der äußeren Dichtung 2 vorbei und über die Leitung 29 zum Auslaß 18' strömt. Aufgrund dieser Spülanordnung ist gewährleistet, daß das Spülmedium beide Dichtungen 2, 4 passiert.

Claims (10)

1. Wellendichtung vom Doppeldichtungstyp zum Abdichten einer Drehwelle (19) in Verbindung mit einer stationären Wand (20, 27), wie beispielsweise der Wand eines Behälters, wobei die Wellendichtung in der axialen Richtung eine innere Dichtung (4) umfaßt, die in einem Gegenring (4', 25) an der Innenseite der Wand (20, 27) aufgenommen ist, sowie eine äußere Dichtung (2), die an der Außenseite der Wand aufgenommen ist, wobei die innere und die äußere Dichtung (2, 4) mittels Federn (5) über einen Zwischenring (1), der sich zwischen der inneren und der äußeren Dichtung (2, 4) und durch die Wand (20, 27) hindurch erstreckt, in der axialen Richtung gedrückt werden, und die Federn (5) in der axialen Richtung an der Außenseite der Wand (20, 27) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Federn in der axialen Richtung außerhalb der äußeren Dichtung (2) befinden.

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil, das die Federn (5) und die äußere Dichtung (2) aufnimmt, ein an der Welle befestigter Befestigungsring (6) mit einer äußeren Buchse (2') im Inneren des Befestigungsrings (6) ist, wobei diese Buchse (2') die äußere Dichtung (2) aufnimmt, und ihre Drehung durch einen zylindrischen Stift (10) gewährleistet ist, der in einer Nut sowohl in der äußeren Buchse (2') als auch in dem Befestigungsring (6) angeordnet ist.

3. Wellendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsring (6) mittels einer oder mehrerer Stellschrauben (13) an der Welle (19) befestigt ist.

4. Wellendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzigen Teile der Wellendichtung, die sich innerhalb der Wand (20, 27) befinden und in Kontakt mit dem Medium des Behälters sind, die innere Dichtung (4), die innere Buchse (4') und ein Teil des Zwischenrings (1) sind.

5. Wellendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (1, 4, 4', 12, 25, 31), die mit dem Medium des Behälters in Kontakt sind, glatte Oberflächen ohne jegliche Nuten, Kerben oder dergleichen aufweisen.

6. Wellendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raum (30) für ein Spülmedium durch eine auf der Welle (19) befestigte Buchse (8), die innere und die äußere Dichtung (2, 4), die Buchsen (2', 4', 23, 24, 25), die diese Dichtungen (2, 4) aufnehmen, und den Zwischenring (1) gebildet wird.

7. Wellendichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülraum (30) mit einem Einlaß (18), einem Auslaß (18') und Leitungen (28, 29) versehen ist.

8. Wellendichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Leitring (26), der in dem Spülraum (30) angeordnet ist, um das Spülmedium unter Druck sowohl an der inneren als auch an der äußeren Dichtung (2, 4) vorbeizuleiten, wenn die Wellendichtung gespült wird.

9. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck sowohl des Behälters als auch des Spülraum so wirkt, daß die innere Dichtung (4) mittels einer vertikalen Fläche (12) an der Oberseite des Zwischenrings (1) im Inneren des Behälters bzw. eine vertikale Fläche (32) an der Innenseite der äußeren Buchse (2') an den Gegenring (4') gedrückt wird.

10. Wellendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie über eine Lagerung (14) in der Wand (20) aufgenommen ist, wobei die Kontaktflächen zwischen der Wand (20) und der Lagerung (14) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und Drehung der Lagerung (14) durch eine Scheibe (17) verhindert wird, die an der Wand (20) befestigt und in eine Nut (21) in der Lagerung (14) abgesenkt ist.