DE10103259A1 - Verfahren zur Abdichtung der Antriebswellen von Mischerwerkzeugen gegenüber dem Mischergehäuse und Wellendichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abdichtung der Antriebswellen (1) von Mischwerkzeugen gegenüber dem Gehäuse (7) eines Mischers, insbesondere eine Containermischers für pulver-, grieß- und granulatförmige Mischprodukte, wobei am Gehäuse (7) eine flexible, radial nach innen gerichtete Wellendichtung (10) angeordnet ist, die ein Austreten des Mischproduktes aus dem Gehäuse (7) verhindert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Dichtlippe (10a) der Wellendichtung (10) und/oder ein rotationssymmetrisch auf der Antriebswelle (1) angeordnetes Dichtelement (4) mindestens im Bereich der Reibflächen von Dichtlippe (10a) und Antriebswelle (1) oder Dichtelement (4, 4c) mit gekühlter Druckluft beaufschlagt und die Druckluft danach unmittelbar, d. h. im Wesentlichen ohne in den Mischerbehälter zu gelangen, in die Umgebung abgegeben wird. Die zugehörige Wellendichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) von einem ringförmigen metallischen Dichtelement (4) umgeben ist, das einen äußeren mit Abstand zur Oberfläche der Antriebswelle (1) angeordneten Zylinder (4c) besitzt, an dessen Außenfläche die Dichtlippe (10a) anliegt, und dass zwischen der Antriebswelle (1) und dem Zylinder (4c) ein Ringkanal (10) angeordnet ist, der zum Inneren des Mischers hin durch den Radialring (4b) verschlossen ist und auf der dem Mischerbehälter abgewandten Seite für die Zu- und Abführung der gekühlten Druckluft offen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abdichtung der Antriebswellen von Mischerwerkzeugen gegenüber dem Gehäuse eines Mischers, insbesondere eines Containermischers für pulver-, grieß- und granulatförmige Mischprodukte, wobei am Gehäuse eine flexible, radial nach innen gerichtete Wellendichtung angeordnet ist, die ein Austreten des Mischproduktes aus dem Gehäuse verhindert und eine Wellendichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Antriebswelle des Mischerwerkzeuges gegenüber dem Gehäuse des Mischers durch eine konzentrisch die Welle umgebende und mit einer Dichtlippe anliegende Wellendichtung abgedichtet ist.

Aus der WO 98/37954 A1 ist ein sogenannter Containermischer für pulver-, grieß- und granulatförmige Stoffe bekannt, der für den Mischvorgang um eine waagerechte Drehachse in eine schräge Lage geschwenkt wird und zwar soweit, dass der untere auswechselbare Containerteil des Mischers höher ist als der Teil des Mischers, an dem das Mischwerkzeug befestigt ist. In dieser Lage des Mischers besteht das Problem, dass die feinen, staubförmigen Produkte direkt auf der Wellendichtung liegen, die die Antriebswelle gegenüber dem Mischergehäuse abdichten soll. Insbesondere bei hoher Drehzahl der Antriebswelle und damit hoher Relativgeschwindigkeit zwischen dem Wellendichtring und der Antriebswelle entsteht infolge der notwendigen Dichtlippenvorspannung Reibungswärme. Diese kann das Aufschmelzen der pulverförmigen Produkte begünstigen und zu einer Verringerung der Standzeit des Wellendichtringes führen. Das Mischgut kann darüber hinaus durch dieses Aufschmelzen und den Abrieb des Wellendichtringes verunreinigt werden, sodass die Qualität des Mischproduktes vermindert werden kann. Zur Lösung dieses Problems hat man bisher versucht, die Wellendichtung dadurch freizuhalten, dass man Spülluft mit Überdruck in den Mischerbehälter gegeben hat. Als Folge dieser Zugabe kommt es zu einer Erhöhung des Behälterinnendruckes mit der Folge, dass vor Öffnen des Behälters durch zusätzliche Maßnahmen der Innendruck abgesenkt werden muss. Hierbei kann es dann zu unerwünschter Emission der staubförmigen Produkte aus dem Mischerbehälter kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Abdichtung der Antriebswellen von Mischerwerkzeugen gegenüber dem Mischergehäuse und eine Wellendichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzuschlagen, bei dem eine wirksame und dauerhafte Abdichtung erreicht wird, ohne dass der Mischbehälterinnendruck erhöht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1 und 5 beschrieben. Die Unteransprüche 2 bis 4 und 6 bis 9 enthalten sinnvolle ergänzende Maßnahmen und Ausführungsformen dazu.

Erfindungsgemäß wird zur Abdichtung der umlaufende Dichtbereich mit auf vorzugsweise minus 30°C gekühlter Druckluft beaufschlagt und die Druckluft danach durch geeignete Führung unmittelbar an die Umgebung abgegeben. Wichtig ist hierbei, dass die Druckluft nur in minimaler Menge oder möglichst gar nicht in den Mischerbehälter gelangt. Die gekühlte Druckluft wird dabei gezielt auf die Reibflächen zwischen der Dichtlippe der Wellendichtung und der Antriebswelle gerichtet, um die Reibungswärme direkt abzuführen und jegliches Anschmelzen der Mischstoffe zu verhindern. Die gekühlte Druckluft kann erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ auf ein die Antriebswelle umgebendes zusätzliches Dichtelement gerichtet werden. Bei einer besonderen Ausbildung des Dichtelementes mit einem Zylinder, der einen größeren Durchmesser besitzt als die Antriebswelle, kann die gekühlte Druckluft auf der der Dichtlippe abgewendeten Innenseite des äußeren Zylinders zugeführt bzw. mit geeignetem Düsensystem gezielt darauf gerichtet werden.

Da sowohl das Gehäuse des Mischerbehälters als auch die Antriebswelle des Mischwerkzeuges unterschiedliche Drehbewegungen ausführen, hat es sich als günstig erwiesen, die gekühlte Druckluft von einem demgegenüber festen oder stationären Anschluss über Drehdurchführungen an Zuführungsleitungen in dem Gehäuse oder in der Halterung des Mischers weiterzugeben und von dort auf die flexible, radial nach innen gerichtete Dichtlippe und/oder den sich durch die Reibung mit der Dichtlippe besonders erwärmenden Teil des Dichtelementes gezielt zuzuführen. Die Druckluft wird außerhalb des Mischers über eine an sich bekannte Durchlaufkühlung auf die erforderliche Temperatur, vorzugsweise minus 30°C, gekühlt und zweckmäßigerweise mit einem Druck von etwa 10 bar in die Drehdurchführung eingeleitet. Innerhalb des Systems sind die Querschnitte so ausgelegt, dass im Bereich des Dichtsystemes ein ausreichender Druck herrscht, um die Luft anschließend auch an die Umgebungsluft abzugeben. Andererseits darf der Luftdruck aber auch nicht zu groß sein, damit ein Eindringen der Luft in den Mischerbehälter verhindert wird.

Die erfindungsgemäße Wellendichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle von einem ringförmigen, vorzugsweise metallischen Dichtelement umgeben ist, das einen äußeren mit Abstand zur Oberfläche der Antriebswelle angeordneten Zylinder besitzt, an dessen Außenfläche die Dichtlippe anliegt und dass zwischen der Antriebswelle und dem Zylinder ein Ringkanal angerodnet ist, der zum Innern des Mischers hin durch einen Radialring verschlossen ist und auf der dem Mischerbehälter abgewandten Seite für die Zu- und Abführung der gekühlten Druckluft offen ist. Das zusätzlich auf die Antriebswelle aufgeschobene Dichtelement besitzt also zumindest einen U-förmigen Querschnitt, wobei der eine Schenkel innen an der Antriebswelle dicht anliegt und der andere äußere Schenkel von außen mit der Dichtlippe des Dichtelementes abgedichtet wird. In den U-förmigen Ringkanal wird die gekühlte Druckluft in der Weise eingeleitet, dass düsenartige Austrittsöffnungen eines Druckluftverteilers schräg nach außen auf die zylindrische Innenwand des äußeren Zylinders gerichtet sind. Auf diese Weise wird die an seiner Außenringfläche durch das Anliegen der Dichtlippe entstehende Reibungswärme gezielt wieder abgeführt. An dem äußeren Zylinder des Dichtelementes ist zusätzlich ein radial nach außen sich erstreckender Ring angeordnet, an dem zur Kühlung ebenfalls die Druckluft gezielt vorbeigeleitet wird. Die elastische Wellendichtung ist an einer radial verlaufenden Schutzplatte des Mischergehäuses befestigt, wobei zwischen dem Innenring dieser Schutzplatte und dem Außendurchmesser des Zylinders des metallischen Dichtelementes ein erforderlicher Spalt angeordnet ist, der von der Dichtlippe abgedichtet wird. Die Dichtlippe ist vom Inneren des Mischerbehälters abgewandt nach außen umgebogen und kann durch den Druck der Kühlluft zusätzlich gegen die Außenwand des Zylinders gedrückt werden. Alternativ dazu hat es sich als günstig erwiesen, um den erforderlichen Andruck der Dichtlippe und damit die Entstehung von Reibungswärme zu vermindern, zwischen der Wellendichtung und dem parallel dazu angeordneten Radialring des metallischen Dichtelementes eine Vordichtung zwischen dem Zylinder und dem Gehäuse anzuordnen. Diese Vordichtung kann in der Weise ausgebildet sein, dass O-Dichtringe fest auf dem Zylinder angeordnet sind und in einen sie außen umgebenden zusätzlichen Dichtelement gleiten.

Um die Wärmeableitung innerhalb des Ringkanales zu erhöhen, können in dem Ringkanal des metallischen Dichtelementes zusätzlich in radialer Richtung angeordnete Kühlrippen mit dem Zylinder verbunden sein.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Fig. 1 bis 5 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Contianermischers,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil des Mischers mit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Abdichtung der Antgriebswelle (1) gegenüber dem Gehäuse (7),

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt (X) zu Fig. 2 mit der Drehdurchführung (12) zur Einleitung der gekühlten Druckluft in die Zuführungsleitungen (13),

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung zu Fig. 2,

Fig. 5 einen nochmals vergrößerten Ausschnitt zu den Fig. 2 und 4.

In Fig. 1 ist das Gehäuse des Mischers 7 auf einem Ständer 25 in der Mischerposition dargestellt, wobei der auswechselbare untere Containerteil des Mischers mit dem Auslauf oben und der Antrieb 26 für die Antriebswelle 1 des Mischerwerkzeuges 6 unten angeordnet ist. Die beiden Mischerhälften sind über die Verbindung 27 miteinander verbindbar. Die erfindungsgemäße Abdichtung ist am Eintritt der Antriebswelle 1 in das Gehäuse 7 erforderlich.

Der vergrößerte Ausschnitt nach Fig. 2 zeigt im Detail die Lagerung und Abdichtung der Antriebswelle 1 im Gehäuse 7. Da sich das Gehäuse 7 auf dem Ständer 25 für den Mischvorgang dreht, muss die Druckluftzuführung an einen stationären oder an dem Schwenkgestell angeordneten Anschluss 11 angeschlossen werden. Über die Drehdurchführung 12 gemäß Fig. 3 wird die Druckluft den im Gehäuse 7 bzw. in dem Halterohr 8 für das Gehäuse 7 angeordneten Zuführungsleitungen 13 zugeführt. In Fig. 2 ist zusätzlich eine Halterung 9, die ebenfalls an dem Schwenkgestell des Mischers befestigt ist, andeutungsweise dargestellt. In dieser Halterung 9 ist das mit dem Gehäuse 7 gleichsinnig sich drehende Halterohr 8 gelagert. Die Antriebswelle 1 ist wiederum in dem Halterohr 8 entsprechend gelagert, damit sie gegenläufig dazu und/oder mit anderer Drehzahl gedreht werden kann.

In Fig. 4 ist nur eine Hälfte der erfindungsgemäßen Abdichtung zwischen Antriebswelle 1, Rohren 2, 3 und dem auf der Antriebsweile 1 angeordneten Dichtungselement 4 einerseits und dem sich relativ dazu drehenden Gehäuse 7 andererseits dargestellt. Die gekühlte Druckluft wird über die Zuführungsleitung 13, die parallel zur Antriebswelle 1 verläuft, und über weitere Zuführungskanäle in einem Druckluftverteiler 15 sowie düsenartige Bohrungen 16 dem Ringkanal 14 zugeführt. Insoweit ist die Strömungsrichtung der gekühlten Druckluft mit schwarzen Pfeilen dargestellt. Nach Verlassen des Druckluftverteilers 15 und Aufnahme der Reibungswärme aus dem Dichtungsbereich ist der Verlauf der Druckluft mit offenen Pfeilen dargestellt bis hin zum Luftauslass 23. Am deutlichsten ist das erfindungsgemäße Verfahren und die Wellendichtung aus der vergrößerten Darstellung der Fig. 5 ersichtlich. Das Dichtungselement 4 ist mit dem inneren Zylinder 4a auf der Antriebswelle 1 drehfest fixiert. Gemeinsam mit dem inneren Radialring 4b und dem äußeren Zylinder 4c bildet das Dichtelement 4 den Ringkanal 14, in den die gekühlte Druckluft über am Umfang gleichmäßig verteilte Bohrungen 16 eingeleitet wird. Am Ende des äußeren Zylinders 4c ist zusätzlich ein äußerer Radialring 4d angebracht. Parallel zu diesem Radialring 4d ist zum Behälterinneren hin die Schutzplatte 22 mit dem Gehäuse 7 verschraubt. Zwischen dem Zylinder 4c und dem Innendurchmesser der Schutzplatte 22 ist der erforderliche Ringspalt vorhanden, um eine ungehinderte Drehbewegung zwischen Antgriebswelle 1 und Gehäuse 7 zu ermöglichen. Auf der Außenseite der Schutzplatte 22 ist die Wellendichtung 10 befestigt, die mit der nach außen gerichteten Dichtlippe 10a an dem Zylinder 4c federnd anliegt. Zwischen Wellendichtung 10 und dem Radialring 4d ist zusätzlich eine Vordichtung 21 angeordnet. Diese Vordichtung dichtet den Zylinder 4c gegenüber dem Gehäuse 7 möglichst luftdicht ab, um den Andruck der Dichtlippe 10a durch den Luftüberdruck möglichst gering zu halten. Während die Wellendichtung 10 mit der Dichtlippe 10a ein Austreten von Staubpartikeln verhindert, sorgt die staubfreie Vordichtung 21 für einen gasdichten Abschluss. Der gekühlte Druckluftstrahl aus der Bohrung 16 wird erfindungsgemäß gezielt innen auf den Zylinder 4c an der Stelle gerichtet, an der auf der anderen Seite die Dichtlippe 10a anliegt. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist genau an dieser Stelle die geringste Wandstärke vorgesehen. Im Ringkanal 14 können zusätzlich an dem Dichtungselement 4 angeordnete Radialrippen (nicht dargestellt) zur besseren Wärmeübertragung vorhanden sein. Aus dem Ringkanal 14 wird die Druckluft einerseits über den Ringspalt 17 zwischen Druckluftverteiler 15 und innerem Zylinder 4a bzw. Rohr 3 und andererseits über den Ringspalt 18 zwischen Druckluftverteiler 15 und dem Zylinder 4c abgeleitet. Die Kühlluft kann dabei auch an dem äußeren Radialring 4d entlang durch den Ringspalt 20 und durch den Spalt zwischen dem äußeren Durchmesser des Radialringes 4d und dem Gehäuse bis zur Vordichtung 21 gelangen. Aus dem Ringspalt 20 gelangt die Kühlluft über die gleichmäßig am Umfang verteilten Bohrungen 19 in dem Druckluftverteiler 15 zum Luftauslass 23. Der Durchmesser und die Anzahl der Bohrungen wird erfindungsgemäß so bestimmt, dass in allen Bereichen des Dichtungselementes 4 und der Dichtlippe 10a eine ausreichende Kühlung erfolgt. Zur Verringerung des Wärmeüberganges von innen nach außen ist in Fig. 4 zusätzlich auf der Antriebswelle 1 zwischen den Rohren 2 und 3 eine wärmeisolierende Scheibe 5 vorgesehen. Weiterhin wird durch den Wellendichtring 24 der Weg der Druckluft in axialer Richtung begrenzt.

Bezugszeichenliste

1

Antriebswelle

2

Rohr auf

1

3

Rohr auf

1

4

Dichtungselement auf

1

4

a innerer Zylinder von

4

auf

1

4

b innerer Radialring von

4

zwischen

4

a und

4

c

4

c äußerer Zylinder an

1

(konzentrisch zu

1

,

4

a)

4

d äußerer Radialring an

4

c

5

Scheibe auf

1

, zwischen

2

und

3

(wärmeisolierend)

6

Mischerwerkzeug an

1

7

Gehäuse des Mischers an

8

(gegenläufig zu

1

bis

6

rotierend)

8

Halterohr für

7

9

Halterung für

8

(nicht mit

8

rotierend)

10

Wellendichtung an

7

10

a Dichtlippe von

10

11

Anschluss für Druckluft (nicht mit

1

oder

8

rotierend)

12

Drehdurchführung (zwischen

11

und

8

)

13

Zuführungsleitung für Druckluft in

7

,

8

14

Ringkanal zwischen

4

a,

4

b und

4

c

15

Druckluftverteiler an

7

(konzentrisch

1

umgebend)

16

Bohrungen in

15

(zur definierten Zugabe der gekühlten Druckluft gegen

4

c)

17

Ringspalt zwischen

15

und

1

18

Ringspalt zwischen

15

und

4

c

19

Bohrungen in

15

(zur Ableitung von Druckluft aus

20

)

20

Ringspalt zwischen

4

d und

15

21

Vordichtung

22

Schutzplatte für

10

an

7

23

Luftauslass

24

Wellendichtring zwischen

7

und

2

25

Ständer

26

Antrieb für

1

27

Verbindung (der beiden Muffenhälften)

Claims (9)

1. Verfahren zur Abdichtung der Antriebswellen (1) von Mischerwerkzeugen (6) gegenüber dem Gehäuse (7) eines Mischers, insbesondere eines Containermischers für pulver-, grieß- und granulatförmige Mischprodukte, wobei am Gehäuse (7) eine flexible, radial nach innen gerichtete Wellendichtung (10) angeordnet ist, die ein Austreten des Mischproduktes aus dem Gehäuse (7) verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtlippe (10a) der Wellendichtung (10) und/oder ein rotationssymmetrisch auf der Antriebswelle (1) angeordnetes Dichtelement (4) mindestens im Bereich der Reibflächen von Dichtlippe (10a) und Antriebswelle (1) oder Dichtelement (4, 4c) mit gekühlter Druckluft beaufschlagt und die Druckluft danach unmittelbar, d. h. im Wesentlichen ohne in den Mischerbehälter zu gelangen, in die Umgebung abgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlte Druckluft von einem Anschluss (11) über Drehdurchführungen (12) in sich mit dem Gehäuse (7) gleichsinnig mitdrehende Zuführungsleitungen (13) und von dort der Dichtlippe (10a) und/oder den sich durch die Reibung mit der Dichtlippe (10a) besonders erwärmenden Teilen des Dichtelementes (4, 4c) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft vor Einleitung in das Gehäuse (7) auf minus 30°C gekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlte Druckluft vorwiegend oder ausschließlich auf einen äußeren Zylinder (4c) des Dichtelementes (4) auf der der Dichtlippe (10a) abgewendeten Innenseite gerichtet wird.

5. Wellendichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Antriebswelle (1) des Mischerwerkzeuges (6) gegenüber dem Gehäuse (7) des Mischers durch eine konzentrisch die Welle (1) umgebende und mit einer Dichtlippe (10a) anliegende Wellendichtung (10) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) von einem ringförmigen metallischen Dichtelement (4) umgeben ist, das einen äußeren mit Abstand zur Oberfläche der Antriebswelle (1) angeordneten Zylinder (4c) besitzt, an dessen Außenfläche die Dichtlippe (10a) anliegt, und dass zwischen der Antriebswelle (1) und dem Zylinder (4c) ein Ringkanal (10) angeordnet ist, der zum Inneren des Mischers hin durch den Radialring (4b) verschlossen ist und auf der dem Mischerbehälter abgewandten Seite für die Zu- und Abführung der gekühlten Druckluft offen ist.

6. Wellendichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft über einen Druckluftverteiler (15) zu- und abgeführt wird, der fest mit dem Gehäuse (7) des Mischers verbunden ist und am Umfang gleichmäßig verteilt Bohrungen (16) zur Zuführung der gekühlten Druckluft in den Ringkanal (14) besitzt, wobei die Austrittsöffnung der Bohrungen (16) schräg nach außen auf die zylindrische Innenwand des äußeren Zylinders (4c) gerichtet sind.

7. Wellendichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ableitung der Druckluft aus dem Ringkanal (14) zwischen dem Druckluftverteiler (15) und der Antriebswelle (1) ein Ringspalt (17) angeordnet ist.

8. Wellendichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem äußeren Zylinder (4c) ein sich radial nach außen erstreckender Radialring (4d) angeordnet ist und dass auf der der Wellendichtung (10) abgewandten Seite des Radialringes (4d) ein radialer Spalt (20) gegenüber dem Druckluftverteiler (15) vorhanden ist, der zur Kühlung des Zylinders (4c) und des Radialringes (4d) über einen Ringspalt (18) mit dem Ringkanal (14) und mit Bohrungen (19) innerhalb des Druckluftverteilers (15) zur Ableitung der Luft an die Umgebung in Verbindung steht.

9. Wellendichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wellendichtung (10) und dem parallel dazu angeordneten Radialring (4d) eine Vordichtung (21) zwischen dem Zylinder (4c) und dem Gehäuse (7) angeordnet ist.