AT398235B - Vorrichtung zur abdichtenden durchführung von wellen mit grossem rundlauffehler durch anschluss-stutzen von geschlossenen behältern - Google Patents

Description

AT 398 235 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur abdichtenden Durchführung von Wellen mit großem Rundlauffehler durch Anschluß-Stutzen von geschlossenen Behältern, welche Vorrichtung eine die Welle umgebende Stopfbuchse, sowie einen Rohrfederkompensator aufweist, wobei das eine Ende des Rohrfederkompensators an die Stopfbuchse, das andere Ende desselben an den Behälter fest und dicht angeschlossen ist.

Bei zahlreichen in der chemischen Industrie gebräuchlichen Apparaten bzw. Maschinen, z.B. bei Autoklaven, Mischern, Zentrifugen, bedeutet die abdichtende Durchführung von hochbelasteten umlaufenden Weilen durch den Anschlußstutzen dieser Apparate bzw. Maschinen eine große Schwierigkeit, da die Welle dieser Maschinen während des Betriebes einen großen Rundlauffehler aufweist und deshalb die in herkömmlichen Stopfbuchsen zur Verwendung gelangenden Dichtungselemente zufolge der durch den Rundlauffehler (Radialschiag) verursachten Beanspruchung außerordentlich rasch zerstört oder aus ihrer Dichtposition gebracht werden. Demzufolge wird das Gefäß der Maschine an der Durchführungsstelle der Welle undicht und das darin befindliche Material kann aus dem Gefäß austreten, was einerseits einen Materialverlust bedeutet, anderseits eine Umweltverschmutzung verursachen kann, d.h. auf jeden Fall nachteilig und zu beseitigen ist.

Zur Lösung, dieses Problems wurden bereits auch zur Aufnahme von sogar mehrere Millimeter großen Rundlauffehlern geeignete Stopfbuchsen vorgeschlagen, bei denen bei der Wellendurchführung zwischen dem Anschlußstutzen des Gefäßes und dem Stopfbuchsengehäuse ein mit einer Rohrfeder versehener Kompensator eingebaut ist. Dieser Rohrfederkompensator folgt seiner Elastizität zufolge recht gut den Radialschlägen der Welle und verhindert dadurch, daß eine die Dichtungselemente beschädigende Beanspruchung auftritt. Eine derartige Konstruktion beschreibt die DE-PS 2 208 407, bei der die Stopfbuchse mittels eines Flansches mit Hilfe mehrerer Schrauben an der Gefäßwandung (bzw. an dem Anschlußstutzen) befestigt wird, wobei die beiden Enden dieser Stopfbuchse im Vergleich zur Gefäßwandung bzw. zum Flansch ein wenig ausweichen können, wobei weiters zur Zentrierung der Stopfbuchse in bezug auf die Welle am Flansch befestigte, durch Rollenträgerböcke gehaltene und auf der Welle laufende Rollen dienen. Diese Ausführung wurde für eine Diffusionskolonne der Zuckerindustrie entwickelt, bei welcher die einen großen Durchmesser aufweisende Welle durch den Boden des Apparates durchgeführt ist und deshalb für den Ausgleich des auftretenden Drehmomentes und der sich aus dem eigenen Gewicht der Stopfbuchse ergebenden Komponenten gesorgt werden mußte.

Die vorstehend beschriebene bekannte Ausführung ist wegen der Verwendung der Rollen und Rollenhalterböcke, die jeweils getrennt aber abgestimmt eingestellt werden müssen, ziemlich schwerfällig. Eine weitere Fehlerquelle bedeutet, daß sowohl der Rohrfederkompensator als auch die die Stopfbuchse befestigenden Schrauben am Gefäß befestigt sind, mit dem sie jeweils getrennt verbunden werden. Die exakte Anordnung der zahlreichen ca. 10-12 Schrauben erfordert eine außerordentlich genaue Arbeit, um die Auflagefläche der Stopfbuchse zu gewährleisten und bereits eine geringe Ungenauigkeit kann einen Koaxialitätsfehler verursachen. Zufolge der vorstehend dargelegten Schwierigkeiten kann diese Stopfbuchsenausführung nur in dem Falle zur Verwendung gelangen, wenn bei dem Entwurf des Apparates auch die Stopfbuchse von vornherein mitkonstruiert wird, nachträglich kann sie auf einem bereits vorhandenen Apparat anstelle der früheren herkömmlichen Stopfbuchse nicht eingebaut werden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur abdichtenden Durchführung von Wellen mit großem Rundlauffehler durch Anschluß-Stutzen von geschlossenen Behältern zu schaffen, die zur Abdichtung der durch die Wandung bzw. den Anschlußstutzen des abzudichtenden Apparates durchgeführten Welle geeignet ist und die mit einer einfachen und preiswerten Ausführung die Zentrierung der Vorrichtung in bezug auf die Weile ermöglicht, wobei sie auf jedem Apparat und auch in dem Falle verwendbar sein soll, wenn sie anstelle der ursprünglich eingebauten Stopfbuchse anderer Bauart nachträglich zum Einbau gelangt.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs näher bezeichneten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Enden des Rohrfederkompensators sich auf je einen selbständigen ringförmigen Flansch abstützen, die mit durch Bohrungen der Flanschen geführten Schrauben bzw.

Schraubenbolzen miteinander lose verbunden sind, wobei die äußeren Enden der Schrauben bzw. Schraubenbolzen feste Anstoßelemente, vorzugsweise Gewindemuttern, aufweisen, und wobei zwischen den Flanschen mindestens ein vorgespanntes Federelement, vorzugsweise eine Spiralfeder oder eine Rohrfeder, angeordnet ist.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die vorgespannte Rohrfeder den Rohrfederkompensator umgibt und den Innenraum bildet.

Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der vorgespannten Rohrfeder zur Überwachung der Druckverhältnisse mit einem Druckmesser und einem Ausgleichsstutzen über eine Ausgleichsleitung und eine Ausgleichsbohrung verbunden ist. 2

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Aus der DE-OS 24 23 821 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der das Stopfbuchsengehäuse mit dem Deckelflansch fest verbunden ist. Diese Vorrichtung ist daher zur abdichtenden Durchführung von Wellen mit großem Rundlauffehler nicht geeignet.

Bei der Vorrichtung gemäß der EP-OS 52 423 dient der Faltenbalg ausschließlich zum Abdichten eines Raumes und zum Ermöglichen der Verstellung einer Schraube. Es gibt kein vorgespanntes Federelement zwischen der Wand bzw. einem Rohrelement einerseits und dem anderen Rohrelement anderseits. Demgegenüber wirken bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Spiralfeder und/oder eine Rohrfeder gegen eine Auslenkung der Welle und bringen sie in ihre Ausgangsposition zurück.

Die Konstruktion gemäß der GB-PS 2 026 628 ist zum Unterschied von der vorliegenden Erfindung nicht geeignet, große radiale oder Winkelabweichungen von abgedichteten Wellen zu ermöglichen. Es liegt somit bei dieser bekannten Konstruktion bereits eine gänzlich unterschiedliche Aufgabenstellung vor.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben; in diesen zeigt: Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt und Fig. 2 eine mit erhöhtem Druckschutz versehene Variante der Vorrichtung nach Fig.1.

In Fig. 1 ist der Anschluß-Stutzen des geschlossenen Behälters eines Apparates, z.B. eines Autoklaven, eines Mischers oder einer Zentrifuge, mit 1, ihre Welle mit 2 gekennzeichnet. An den Anschluß-Stutzen 1 ist mit einer beliebigen dazu geeigneten lösbaren Verbindung das eine Ende des im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 4 bezeichneten Rohrfederkompensators angeschlossen, wogegen das andere Ende des Kompensators 4 ebenfalls mit einer lösbaren Verbindung an der im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 7 bezeichneten Stopfbuchse befestigt ist. Die Stopfbuchse 7 ist an der an der Welle 2 befestigten, mit dieser zusammen umlaufenden Verschleißhülse 17 montiert, die einerseits zum Schutz der Wellenoberfläche und anderseits zum Eliminieren eventueller Oberflächenfehler der Welle 2 bestimmt ist.

Die Stopfbuchse 7 besteht aus dem Stopfbuchsengehäuse 8 und den in diesem angeordneten Dichtringen 9 und 9a. Von diesen dient der Dichtring 9 zur Abdichtung gegen den inneren Überdruck, der Dichtring 9a hingegen zur Abdichtung gegen den äußeren Überdruck (z.B. im Falle eines inneren Vakuums). Über den Dichtringen 9 und 9a ist ein starr montierter Führungsring 10 angeordnet, der aus einem gute Gleiteigenschaften aufweisenden Lagerwerkstoff, z.B. kohlegefülltem Polytetrafluoräthylen, angefertigt ist; der innere Passungsdurchmesser dieses Ringes stimmt mit dem der Dichtringe 9 und 9a überein. Es können auch mehr als ein, so z.B. zwei, Führungsring(e) eingesetzt werden und in diesem Fall kann der zweite Führungsring zwischen dem Dichtring 9 und dem Dichtring 9a angeordnet werden oder die beiden Führungsringe können die Dichtringe 9,9a in die Mitte nehmen; es können auch mehr als zwei Führungsringe eingesetzt und in diesem Falle die Führungsringe und die Dichtringe 9,9a abwechselnd montiert werden. Der Führungsring 10 wirkt auf der Verschleißhülse 17 als ein Gleitlager und zentriert die Stopfbuchse 7 in bezug auf die Verschleißhülse 17. Die Verschleißhülse 17 ist mit den Befestigungsschrauben 19 an der Welle 2 befestigt und mit mindestens einem Dichtring 18 abgedichtet. Das Stopfbuchsengehäuse 8 ist mit dem Deckel 11 abgeschlossen, der durch die Schraubenverbindung 12 am Stopfbuchsengehäuse 8 befestigt ist. Mit dem Flansch 3 des Anschlußstutzens 1 wird der Rohrfederkompensator 4 auf folgende Weise montiert: Das eine Ende des Kompensators 4 wird durch den auf dem Flansch 3 unter Zwischenschaltung der Dichtung 16 aufliegenden, mit der Schraubenverbindung 14 befestigten Flansch 20, das andere Ende des Kompensators 4 hingegen durch den am Stopfbuchsengehäuse 8 ebenfalls unter Zwischenschaltung einer Dichtung 16 mit der Schraubenverbindung 15 befestigten Flansch 21 eingespannt. Entlang des Umfanges des Flansches 20 und des Flansches 21 sind die Bohrungen 36 und 37 vorgesehen, durch welche je eine Schraube 13 durchgeführt wird. An den Enden der Schrauben 13 sind außerhalb des Flansches 21 Gewindemuttern 34 befestigt und zwischen dem Schraubenkopf und dem Flansch 20 sowie zwischen der Gewindemutter 34 und dem Flansch 21 ist jeweils ein Federring 35 vorgesehen. Die Schrauben 13 sind durch die zwischen den Flanschen 20 und 21 auf Federtellern 5 aufliegenden Spiralfedern 6 durchgeführt, die die Flansche 20 und 21 auseinanderspreizen.

Bei der Variante nach Fig. 2 sind die gleichen Bauteile mit den Bezugszeichen gemäß Fig. 1 bezeichnet. Der wesentlichste Unterschied zwischen dieser Ausführungsvariante und der Ausführung nach Fig. 1 besteht darin, daß wegen des in der abzudichtenden Chemieanlage vorherrschenden Druckes hier eine für den Fall eines eventuellen Schadhaftwerdens des Kompensators eine erhöhte Sicherheit bietende Anordnung vorgesehen wird. Der Rohrfederkompensator 4 ist hier einerseits zwischen dem Stopfbuchsengehäuse 8 und einem Flansch 22, anderseits zwischen dem am Anschlußflansch 1 aufliegenden Flansch 3 und einem Flansch 23 eingespannt. Zwischen den Flanschen 22 und 23 ist eine vorgespannte Rohrfeder 26 angeordnet, die unter Zwischenschaltung der Dichtringe 25 in der im Flansch 22 ausgearbeiteten Vertiefung 31 bzw. der im Flansch 23 ausgearbeiteten Vertiefung 32 abgestützt ist. Im Flansch 22 ist eine Ausgleichbohrung 22a vorgesehen, an die sich die Ausgleichsleitung 30 anschließt. In diese Ausgleichsleitung 30 ist über ein Kugelventil 27 und eine Impulsleitung 28 der Druckmesser 29 eingesetzt und schließlich ist auf 3

AT 398 235 B dem Kugelventil 27 ein Ausgleichsstutzen 27a herausgeführt. Von dem der Schraube 13 in Fig. 1 in diesem Falle entsprechenden, die Flansche 22 und 23 miteinander verbindenden Schraubenbolzen 24 kann hier die in Fig. 1 dargestellte Spiralfeder 6 entfallen, da bei diesem Ausführungsbeispiel die vorgespannte Rohrfeder neben ihrer Sicherheitsrolle auch die erforderliche Elastizität der Verbindung gewährleistet.

Die Vorrichtung funktioniert auf folgende Weise:

Bei Umlauf der Welle 2 läuft die mit den Befestigungsschrauben 19 mit ihr starr verbundene Verschleißhülse 17 mit der Welle 2 zusammen um und bewegt sich auch im Falle eines Radialschlages zusammen mit der Welle 2. Gleichzeitig ist die Stopfbuchse 7 mit der Schraubenverbindung 15, dem Flansch 21, dem Flansch 20 und der Schraubenverbindung 14 am Flansch 3 des Anschlußstutzens 1 befestigt. Eine im Vergleich zueinander erfolgende koaxiale und radiale Bewegung der beiden Enden des Kompensators 4, d.h. des Anschlußstutzens 1 und der Stopfbuchse 7, wird entgegen der Spiralfederwirkung durch die den Flansch 20 und 21 miteinander verbindenden Schrauben 13 ermöglicht, die gleichzeitig eine stärkere Verdrehung der Stopfbuchse 7 im Vergleich zum Anschlußstutzen 1 verhindern. Die radialen und geringfügigeren axialen Abweichungen der Welle 2 zwischen dem Flansch 20 und dem Flansch 21 (Rundlauffehler bzw. Taumelfehler) werden durch die mit der Schraube 13 und der Feder 6 gesicherte nachgiebige (elastische) Verbindung aufgenommen. Da zwischen dem Flansch 3 und dem Stopfbuchsengehäuse 8 der Kompensator 4 eine geringfügige elastische Bewegung ermöglicht, gleichzeitig aber der Führungsring 10 die Verschleißhülse 17 zentriert und eng umfaßt, bewegt sich das Stopfbuchsengehäuse 8 konzentrisch zusammen mit der Welle 2, so daß auf die Dichtungsringe 9,9a keine aus dem Rundlauffehler der Welle 2 resultierende Beanspruchung einwirkt. Diese flexible Lagerung vermindert die in der Praxis vorkommenden oftmals 2-3 mm erreichenden Rundlauffehler wesentlich, z.B. unter 0,1 mm, so daß im Ergebnis die Häufigkeit und die Kosten der zufolge der Zerstörung der Dichtung nötig werdenden Wartungsarbeiten wesentlich zurückgehen, wobei die Betriebssicherheit des Apparates in wesentlichem Maße zunimmt.

Bei den mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu versehenden, unter Druck arbeitenden Apparaten der chemischen Industrie ist vorteilhafterweise das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zu verwenden. Diese Konstruktion arbeitet hinsichtlich der Verminderung der Rundlauffehler im wesentlichen gleich wie die Variante nach Fig. 1 mit dem Unterschied, daß Rundlauffehler und geringfügige Taumelfehler der Welle 4 durch die Rohrfeder 26 aufgenommen werden. Außerdem wird in dem Falle, wenn der Kompensator 4 dem im Gefäß vorherrschenden Druck nicht mehr standhalten kann, d.h. bersten würde, sowohl die Aufrechterhaltung des Druckes als auch die flexible Lagerung zeitweilig durch die Rohrfeder 26 übernommen bzw. gesichert. Gleichzeitig gelangt durch die Ausgleichsbohrung 22a, die Ausgleichsleitung 30 und das Kugelventil 27 das Druckmittel in den Druckmesser 29, der demgemäß den im Raum innerhalb der Rohrfeder 26 angestiegenen Druck anzeigt: weiterhin kann an den Ausgleichsstutzen 27a ein entsprechender, an sich bekannter Mechanismus angeschlossen werden, der z.B. durch ein akustisches Signal das Bedienungspersonal auf den eingetretenen Fehler aufmerksam macht, im Falle des Auftretens einer entsprechend großen Strömungsgeschwindigkeit schließt das Kugelventil 27 ab und unterbindet das durch den Ausgleichsstutzen 27a erfolgende Ausströmen des Gases. Die vorgespannte Rohrfeder 26, die sich abdichtend auf den Flanschen 22 und 23 abstützt, versieht ihre Aufgabe bis zum Abstellen und Drucklosmachen des Apparates und Beseitigen des Fehlers einwandfrei.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch den Führungsring 10 die Zentrierung zwischen der Welle 2 und der Stopfbuchse 7 auf eine außerordentlich einfache Weise gelöst und gleichzeitig auch die aus dem Rundlauffehler sich ergebende radiale Belastung vermindert wird. Dieser Führungsring 10 übernimmt nämlich die durch die Welle 2 ausgeführten radialen Bewegungen (Rundlauffehler) und nimmt das Stopfbuchsengehaüse 8 stets mit sich mit, wodurch die schädlichen Beanspruchungen bereits innerhalb des Stopfbuchsengehäuses 8 begrenzt werden. Der Führungsring 10 kann einfach und preiswert durch spanabhebende Bearbeitung in großen Serien mit der gewünschten Genauigkeit hergestellt und in das Stopbuchsengehäuse 8 einfach eingesetzt werden. Die Koaxialität der Dichtringe 9,9a und des Führungsringes 10 kann zufolge des gleichen Passungsdurchmessers eindeutig garantiert werden.

In die Stopfbuchse 7 können sämtliche bisher verwendete Dichtringe eingebaut werden, eine besondere Qualität ist nicht erforderlich und es können auch einfachere und preiswertere Dichtungselemente verwendet werden, da die erfindungsgemäße Vorrichtung eine schonende Beanspruchung und deshalb eine lange Lebensdauer gewährleistet. Die Erfindung ermöglicht die Montage der Stopfbuchse 7 sowohl bei der oberen als auch bei der unteren Wellenherausführung. Der Zusammenbau der Vorrichtung erfordert keine besonderen Fachkenntnisse oder spezielle Präzision und diese kann auch in bereits bestehende Anlagen anstelle der früher eingesetzten Stopfbuchsen eingebaut werden. 4

Claims (3)

1. AT 398 235 B Patentansprüche 1. Vorrichtung zur abdichtenden Durchführung von Wellen mit großem Rundlauffehler durch Anschluß-Stutzen von geschlossenen Behältern, welche Vorrichtung eine die Welle umgebende Stopfbuchse, sowie einen Rohrfederkompensator aufweist, wobei das eine Ende des Rohrfederkompensators an die Stopfbuchse, das andere Ende desselben an den Behälter fest und dicht angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden des Rohrfederkompensators (4) sich auf je einen selbständigen ringförmigen Flansch (20,21:22,23) abstützen, die mit durch Bohrungen (36,37) der Flanschen geführten Schrauben (13) bzw. Schraubenbolzen (24) miteinander lose verbunden sind, wobei die äußeren Enden der Schrauben (13) bzw. Schraubenbolzen (24) feste Anstoßelemente, vorzugsweise Gewindemuttern (34), aufweisen, und wobei zwischen den Flanschen (20,21 ;22,23) mindestens ein vorgespanntes Federelement, vorzugsweise eine Spiralfeder (6) oder eine Rohrfeder (26), angeordnet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgespannte Rohrfeder (26) den Rohrfederkompensator (4) umgibt und den Innenraum (33) bildet (Fig. 2).
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (33) der vorgespannten Rohrfeder (26) zur Überwachung der Druckverhältnisse mit einem Druckmesser (29) und einem Ausgleichsstutzen (27a) über eine Ausgleichsleitung (30) und eine Ausgleichsbohrung (22a) verbunden ist (Fig. 2). Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 5