DE8534684U1 - Lamellendichtung für rotierende Wellen - Google Patents

Description

Es gibt in der chemischen, pharmazeutischen Und kosmetischen Industrie zahlreiche Anwendungsfälle für Wellendichtungen, welche die Dichtheit eines Wellendurchtritts durch eineGehäusewand gewährleisten müssen. Dabei herrschen in vielen Anwendungsfällen zu beiden Seiten der Gehäusewand unterschiedliche Drücke, was die an sich schon schwierige Abdichtung der oft mit hoher Drehzahl umlaufenden Welle weiter erschwert* Zum Stand der Technik gehören Gleitringdichtungen, deren abdichtende Gleitflächen senkrecht zur Wellenachse angeordnet sind. Die zur Dichtwirkung erforderliche Kraft wird im allgemeinen durch Federn bewirkt. Die üblichen Paarungen der aufeinander gleitenden Werkstoffe können beispielsweise Kohle auf gehärte-"tem Stahl oder Phenolharzmassen auf Gusseisen umfassen.

Diese Gleitringdichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie sich bei hohen Drehzahlen der Welle relativ rasch erwärmenund dann ausserdem einen hohen Verschleiss zeigen und daher häufig ersetzt werden müssen.

Zum Abdichten von Gehäusen, welche unter Druck bzw. unter Vakuum stehen, verwendet man auch die bekannten Stopfbüchsen. Diese weisen Packungen auf welche durch nachziehen der Stopfbüchsenbrille gegen die Welle gepresst werden und dadurch die Abdichtung

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gewährleisten. Abgesehen davon, dass diese Stopfbüchsen in regelmässigen Abständen immer wieder nachgezogen werden müssen, ergibt sich durch die direkte Reibung der Stopfbüchsenpackungen auf der Welle im Laufe der Zeit eine Materialabtragung, was sich durch unangenehme Rillsnbildunit ^¹"¹ d***** ^^i ι ^i^^bsrf*^ ^j^^o "homo^irtifti^ mRcVit

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wellendichtung zu schaffen,welche sich ohne weiteres für Wellen verwenden lässt, die beispielsweise mit einer Drehzahl von 3000 UpM umlaufen und ausserdem zur Abdichtung von Gehäusen verwendet werden können, die entweder unter einem Ueberdruck oder unter einem Vakuum stehen.

Man hat das Heisslaufen der Dichtungen bei derart hochtourigen Wellen bereits dadurch zu vermeiden versucht, dass der gesamte Dichtungsapparat einschliesslich des abgedichteten Wellenabschnittes von einem Kühlmedium umströhmt wurde. Derartige Konstruktionen sind aber aufwendig und bringen ferner das Risiko mit, dass das Kühlmedium in den abzudichtenden Behälter eindringt und sich mit dem im Behälter befindlichen Substanzen vermischt.

Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Wellendichtung soll die erwähnten Nach.-teile dadurch vermeiden, dass der bzw. jeder Dicht-

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I ring aus einem elastischen, bis mindestens 100 ° C

I wärmebeständigen Kunststoff besteht und mit seiner

I gegen die Wellenachse weisenden Dichtfläche auf

§ einer gegen die Wellenachse geneigten Kreisringfläche

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Zweckmässigerweise ist am Umfang der Welle

■■ ein Dichtflächenträger drehstarr befestigt, welcher

;, zwei zur Wellenachse geneigte Kreisringflächen aufweist,

die symmetrisch zu Ihrer gemeinsamen Mittelebene liegen, 10 wobei der gegenseitige Abstand der beiden Kreisring-⁹: flächen in Richtung der Wellenachse zunimmt und auf

ijeder Kreisringfläche die Dichtfläche eines Dichtringes i auf1egt.

Vorteilhafterweise ist der Dichtflächenträger 1 15 ein aus rostfreiem Stahl bestehender Rotationskörper

i der mittels eines elastisch vorgespannten Sicherungs-

organes in einer Ausnehmung der Welle verankert ^ein kann.

Dabei kann es zweckmässig sein, dass der bzw. ²⁰ jeder Dichtring eine kreisförmige, konzentrische Rille _s oder Kerbe aufweist, die das Verbiegen des Dichtringes

"■j und damit dessen Anpassung an die genannte Kreisring-

i fläche erleichtern soll.

I Der erwähnte Dientflächenträger ist zweck-

I 25 mässigerweise von einem Gehäuse umschlossen, dessen der

Welle benachbarte Teile nabenförmig mit Spiel umgeben -j zu dem Zwecke, dass dass sich das Gehäuse nach dem "■

Lösen einiger Schrauben von der Welle abziehen lässt und dabei den Dichtflächenträger mitnimmt. Das Gehäuse kann dreiteilig ausgebildet sein wobei die beiden Dichtringe mit Vorteil in Kreisring-

förmigen, zwischen den drei Gehäuseteilan ausgesparten I Ausnehmungen gehalten sein können. |

Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei i

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes ver- |

anschaulicht. |

I Fig. 1 zeigt anhand einer vereinfachten

Schnittdarstellung die Durchtrittsstelle einer Riihrwerkswelle an einem Behälter und
Fig. 2 zeigt eine konstruktive Variante.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Deckel 1, der zu einem nicht dargestellten Behälter gehört. Dieser Behälter kann beispielsweise dazu dienen, dass in ihm befindliche Substanzen mit einem Ueberdruck oder mit einem Vakuum gerührt werden müssen. Zu diesem Zwecke weist der Deckel 1 eine zentrale Ausnehmung 2 auf, auf deren Randbereich eine zylindrisch Büchse 3 aufsitzt, die Büchse 3 übergreift den Behälterrand mittels einer Schulter 4 und die · ■·.;' iehende Fuge ist mittels eines Ö-Ringes abgedichtet. Eiüe in den Behälter

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hineinragende Rührwerkswelle 6 ist innerhalb der Büchse 3 mittels eines Kugellagers 7 drehbar gelagert und an ihrem oberen, nicht sichtbaren Ende mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden. Am untern, in den Behälter eintauchenden Ende der Welle 6 ist ein ebenfalls nicht dargestelltes Rührwerk, das dem Fachmann hinreichend bekannt ist befestigt.

Auf der Welle 6 befindet sich ein Rotationskörper 8, welcher zwei zu einer Mittelebene E symmetrisch angeordnete Kreisringflächen 9 und 10 aufweist, welche zur Wellenachse 11 unter einen Winkel a geneigt sind. Der Rotationskörper 8 besteht vorzugsweise aus einem verschleissfesten und bis mindestens 100° wärmebeständigen Polyamid mit aufgezogenen Metall oder Glas, das einerseits die Wärme der Kugel- und Drucklager nicht aufzunehmen braucht und andererseits eine minimale Gleitwirkung der Lamellen erzielt wird.An der zylindrischen Innenfläche zwei Ringnuten zur Aufnahme zweier Q-Ringe 12 und 13 aufweist. In einer radial gegen die Wellenachse 11 gerichteten Bohrung des Rotationskörpers 8 ist eine Arretierschraube 14 angeordnet, welche über eine Feder 15 auf eine Mitnehmerkugel 16 drückt. Die Mitnehmerkugel 16 ragt in eine halbkugelförmige Ausnehmung der Welle 11 und arretiert damit den Rotationskörper 8 auf der Welle, so dass eine Relativbewegung dieser beiden Teile nicht möglich ist.

Die kreiszylindrische Büchse 3 weist an

ihrem dem Behälter 1 zugewandten Endabschnitt eine Ausnehmung 17 auf, in welcher ein Gehäuse 18 befestigt ist. Dieses Gehäuse 18 setzt sich aus einem Mittelteil 18b und zwei äussern Abschnitten 18a und 18b zusammen, wobei die drei Teile durch mehrere, am Umfang des Gehäuses symmetrisch angeordnete Schrauben 19 zusammengehalten sind.

Zwischen dem Mittelteil 18b und den beiden äusseren Abschnitten 18a bzw. löc ist jeweils eine ringförmige Ausnehmung vorgesehen, in welche eine Ringdichtung 20 bzw. 21 hineinragt. Die beiden gegenüber der Ebene E symmetrisch angeordneten Ringdichtungen 20 und 21 sind ebenfalls durch die Schrauben 19 gehalten und weisen an ihren einander zugewandten Flächen je einen Einschnitt 20a bzw. 21a auf. Die vorderen Kanten 20b bzw. 21b der beiden Ringdichtungen liegen auf den Kreisringflächen 9 bzw. 10 des Rotationskörpers 8 und schleifen somit auf demselben während der Rotationsbewegung der Welle 11.

Die beiden Ringdichtungen 20 und 21 bestehen aus einem verschleissfesten Kunststoff, welcher bis mindestens 100° C wärmebeständig ist und ausserdem eine gewisse Elastizität aufweisen soll , se dass er auf grund dieser Eigenelastizität ständig gegen die ihm zugewandte Kreisringfläche 9 bzw. 10 gedrückt wird. Die Einschnitte

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20a und 21a dienen dazu, dass der Ring sich leichter deformieren lässt und damit der gezeichneten Schräglage besser anpasst.

Das Gehäuse 18 wird in seiner Lage durch einen Rundflansch 22 gehalten, der von unten gegen die Peripherie der Oeffnung 2 mittels Schrauben 23 angeschraubt ist. In dem Rundflansch 22ist c_ne Ausnehmung 24 vorgesehen, innerhalb welcher sich ein Schleuderring 25 befindet.

Die Schraube 27 bzw. die Gewindebohrung

26 dienen lediglich zur Montage bzw. Demontage des Rotationskörpers 8 auf der Welle 6. Mit der Schraube

27 und einer zusätzlichen, in die Gewindebohrung einschraubbaren zweiten Schraube lässt sich nämlich der Rotationskörper 8 von Hand drehen; hält man dabei die Welle 6 fest, dann löst sich die Arretierungskugel 16 aus der entsprechenden Ausnehmung der Welle und der Rotationskörper 8 kann von der Welle abgezogen werden. Dies erfolgt dadurch, dass man das Gehäuse nach dem Entfernen des Rundflanschas 22 nach unten

herauszieht, wobei der Plansch 28 des oberen Gehäuseabschnittes 18a auf die Oberkante 29 des Rotationskörpers ö auftrifft und den Rotationskörper mitnimmt. Die beschriebene Dichtung lässt sich zum Abdichten des Wellendurchtrittes verwenden,

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unabhängig davonj ob in dem Behälter ein Üeberdruck | oder ein Vakuum herrscht, Bei Üeberdruck drückt dieser die untere Ringdichtung 31 gegen die Kreisringfläche 10, während bei einem Vakuum die obere Kreisringdichtung 20 durch den Atmosphärendruck gegen die Kreisringfleohe 9 gepresst wird» In beiden Fällen ist eine sichere Abdichtung gewährleistet.

Dank der leichten Ausbaubarkeit kann die kompakte Dichtung auf einfachste V/eise und in kürzester Zeit gereinigt werden. Die Lafer 7 sind vor Verunreinigungen gut geschützt, da sie mit den im Behälter befindlichen Substanzen nicht in Berührung kommen können*

Die Büchse 3 kann aus gewöhnlichem Stahl hergestellt werden, da sie ebenfalls mit den eventuell korrodierenden Substanzen, die sich im Behälter befinden, nicht in Berührung kommt.

Eine Kühlung der Dichtringe, bzw. rier Kreisringflächen 9 und 10 ist, wie Versuche gezeigt haben, selbst bei höheren, über 3000 UpM liegenden Drehzahlen rieht erforderlich. Der Verschleiss der Ringdichtung^ 20 und 21 ist minimal, da deren Anpressdruck erst nach dem Anlegen des Ueberdrucke bzw. Vakuums im Behälter erzielt wird. Dank der Anordnung des Schleuderringes 25 werden die eventuell im Y/ellenspalt nach unten fal- !enden Teile vom Schleuderring unter der Einwirkung

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der Zentrifugalkraft nach aussen geschleudert und bleiben innerhalb der Ausnehmung 24, sodass sie nicht ins Innere des Behälters gelangen können.

Die beschriebene Wellendichtung ist gegen Vibrationen sehr unempfindlich, ausserdem ist sie von robuster und unkomplizierter Konstruktion und Weist keinerlei 'Teile auf, weiche kurzfristig ersetzt werden müssten.

Der Winkel a beträgt bei einer bevorzugten Ausführungsform 50 - 70° , kann jedoch je nach Material Formgebung und Anordnung der Dichtringe 20 und 21 gewählt werden.

Die Variante gemäas Fig. 2 entspricht im wesentlichen der bereits beschriebenen Ausführungsform weshalb die bereits eingeführten Bezugszeichen für die gleichgebliebenen Teile beibehalten wurden. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 1 sind hier jedoch zwei Paar Dichtringe 28/29 bzw. 30/31 vorgesehen, was selbstverständlich eine bessere Gasdichtheit gewährleistet.

Falls die Anwendung eines Vakuums in dem betreffenden Behälter nicht ins Auge gefasst ist, könnte die beschrie bene Wellendichtung gegebenenfalls lediglich eine einzige Ringdichtung aufweisen. In solchen Fällen wüide dem nach die in Fig. 1 mit 21 dargestellte Ringdichtung genügen. Bei Anlegen eines Vakuums innerhalb des Behälters

müssen jedoch erfahrungsgemass immer zwei Dichtungen Vorgesehen sein.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Dichtungsringe 20, 21 bzw. 28 - 31 aus einem elastischem und wärmebeständigen Kunststoff, der auf dem Markt unter der Bezeichnung PTPE mit Kohle und
Graphit erhältlich ist.

Das GehäusE 18 besteht zweckmässigerweise entweder aus rostfreiem Stahl, oder einem Thermoplast unter der Bezeichnung " Ultradul B 4550 " erhältlich. 1

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Claims (5)

ANSPRUCH Wellendichtung, insbesondere zur Abdichtung κ eines Wellendurchtritts im Grenzbereich zweier an einander grenzender Räume unterschiedlichen Druckes, \ 5 mit mindestens einem Dichtring, welcher mit seinem Umfang in einem Halterungsteil -eingespannt ist, dadurch gekenntzeichnet, dass der bzw. jeder Dichtring (20, 21, 28, 29, 30, 31) aus einem elastischem, bis mindestens 100° C wärmebeständigen Kunststoff besteht und mit seiner im Einbauzustand gegen die Wellenachse geneigten Kreisringfläche (9, 10) aufliegt, die am Umfang ei..es auf die Welle aufschiebbaren Dichtflächenträger (8) angeordnet ist. 15 Unt eransprüche

1) Wellendichtung nach pispruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtflächenträger (b) am Umfang der Welle (6) drehstarr befestigtbar ist und zwei zur Wellenachse (9) geneigte Kreisringflächen ( 9, 10 ) aufweist, die symmetrisch zu ihrer gemeinsamen Mittelebene (E) liegen, wobei der gegenseitige Abstand der beiden Kreieringflächen in Richtung der Wellenachse (11) zunimmt und auf jeder Kreisringfläche die Dichtfläche (20b, 21b) eines Dichtringes (20, 21 ,.) aufliegt.

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2) Wellendichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtflächenträger (8) ein aus einem verschleissfesten Kunststoff, insbesondere einem Polyamid, bestehender Rotationskörper ist, der mittels eines elastisch vorgespannten Sicherungsorganes (16) in einer Ausnehmung der Welle (6) verankert ist.

3) Wellendichtung nach Patentanspruch oder einem der ürteransprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. jeder Dichtring (20, 21) eine kreisförmige, konzentrische Rille (20a, 21a) aufweist, die das Verbiegen des Dichtringes und somit dessen Anpassung an die genannten Kreisringflächen erleichtern soll.

4) Wellendichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtflächenträger (8) von einem Gehäuse(18) umschlossen irt, dessen der Welle (6) benachbarte Teile (28) die Welle nabenförmig mit Spiel umgeben zu dem Zwecke, dass sich das Gehäuse (18) nach dem Lösen einiger Schrauben (23) von der Welle abziehen lässt und dabei den DichtfIschen träger mitnimmt.

5) Wellendichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Gehäuse (18) dreiteilig ausgebildet ist und die beiden Dichtringe

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(2o, 21) in Kreisförmigen, zwischen den drei Gehäuseteilen (l8a, 18b, 18c) ausgesparten Aus nenmüngen gehalten sind.

Helmut Hofer