DE19819741A1 - Rotor shaft seal for industrial mixer for abrasive mixtures such as plastics - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abdichtung einer Rotorwellen-Durchtrittsöffnung im Gehäuse eines mit mehreren Rotorwellen ausgestatteten Innenmischers, mit einer an der Rotorwelle befestigten Ringfläche und einem an dieser in Anlage gehaltenen Gleitring, der bezüglich des Gehäuses drehfest und über den die Rotorwellen-Durchtrittsöffnung in Richtung auf die Außenseite des Gehäuses gegen dieses abgedichtet ist wobei der Gleitring sich seinerseits an einer Andrückeinrichtung abstützt, die mit einem unter Druck stehenden Fluid betrieben wird.The invention relates to a device for sealing a Rotor shaft passage opening in the housing of one with several rotor shafts equipped internal mixer, with one attached to the rotor shaft Annular surface and a slide ring held on this in relation to of the housing rotatably and through which the rotor shaft passage opening in Direction to the outside of the housing is sealed against this wherein the sliding ring in turn is supported on a pressure device, the is operated with a pressurized fluid.
Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung - bekannt aus der Druckschrift DE 26 16 551 C2 - stützt sich der als Stopfbuchsenring bezeichnete Gleitring jeweils unter Einwirkung mehrerer auf seinem Umfang verteilter Vorspannfedern an der mit der Rotorwelle umlaufenden Ringfläche ab. Zusätzlich ist das Gehäuse im Bereich jeder Vorspannfeder mit einem Hydraulikzylinder ausgestattet, dessen Kolbenstange im Betriebszustand auf den Gleitring einwirkt und diesen in Richtung auf die Ringfläche andrückt. Bedingt durch die Verwendung mehrerer Hydraulikzylinder ist die bekannte Vorrichtung verhältnismäßig aufwendig ausgebildet und benötigt ein Hydrauliksystem, welches eine gleichmäßige Kraftbeaufschlagung des Gleitrings über seinen Umfang gewährleistet. In a generic device - known from the publication DE 26 16 551 C2 - supports the sliding ring called the stuffing box ring under the influence of several distributed over its scope Preload springs on the ring surface rotating with the rotor shaft. In addition, the housing is in the area of each preload spring with a Hydraulic cylinder equipped, the piston rod in the operating state the slide ring acts and presses it in the direction of the ring surface. The well-known is due to the use of several hydraulic cylinders The device is relatively complex and requires a Hydraulic system, which ensures an even application of force to the Guaranteed slip ring over its circumference.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die im Vergleich zum Stand der Technik weniger aufwendig aufgebaut ist. Darüber hinaus soll die Betriebssicherheit der Vorrichtung dadurch verbessert werden, daß der nicht rotierende Gleitring mit über seinen Umfang gleichmäßig verteilter Kraft an der als Gegenfläche dienenden, umlaufenden Ringfläche in Anlage gehalten wird.The invention has for its object to develop a device that is less complex compared to the prior art. About that In addition, the operational safety of the device should be improved that the non-rotating slide ring with uniform over its circumference distributed force on the circumferential ring surface in Plant is held.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a device having the features of claim 1 solved.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht dabei darin, den Gleitring an einem Innenring zu befestigen, der im Zusammenwirken mit einer am Gehäuse angeordneten Druckkammer ein einziges Kolben-Zylinder-Aggregat bildet; dieses gewährleistet, daß der Innenring den Gleitring unter Einwirkung des unter Druck stehenden Fluids gleichmäßig gegen die umlaufende Ringfläche andrückt.The basic idea of the invention consists in the sliding ring on one To attach the inner ring, which in cooperation with one on the housing arranged pressure chamber forms a single piston-cylinder unit; this ensures that the inner ring the slide ring under the influence of pressurized fluids evenly against the circumferential ring surface presses.
Der vom Gleitring abgewandte Endabschnitt des Innenrings ist als parallel zur Rotorwelle verschiebbarer Kreisring-Kolben ausgebildet, der sich in der entsprechend angepaßten, d. h. ringnutenförmigen Druckkammer abstützt. Diese Ausgestaltung hat zur Folge, daß für die Druckbeaufschlagung der Druckkammer lediglich eine Druckmittelzuführung benötigt wird und daß sich dementsprechend die über den Gleitring ausgeübte Andrückkraft in einfacher Weise - beispielsweise mittels eines Verstellventils - verändern bzw. beeinflussen läßt.The end section of the inner ring facing away from the slide ring is considered to be parallel to Rotor shaft movable circular piston formed in the adjusted accordingly, d. H. annular groove-shaped pressure chamber supports. This configuration has the consequence that for the pressurization of the Pressure chamber only a pressure medium supply is required and that itself accordingly the pressing force exerted via the slide ring in simple Modify or - for example by means of an adjustment valve - can influence.
Darüber hinaus ist es möglich, bei Verwendung lediglich einer Energiequelle die Andrückkraft an sämtlichen Rotorwellen-Durchtrittsöffnungen - den jeweiligen Umständen entsprechend - getrennt voneinander feinfühlig einzustellen. Dies setzt lediglich voraus, daß sämtliche Rotorwellen-Durchtrittsöffnungen entsprechend ausgestaltet und jeweils mit einem eigenen Regelventil ausgestattet sind. It is also possible to use only one energy source the pressing force at all rotor shaft openings - den according to the respective circumstances - sensitive to each other separately adjust. This only assumes that all Rotor shaft openings are designed accordingly and each with are equipped with their own control valve.
Vorzugsweise ist der Gleitring über den Innenring bezüglich des Gehäuses drehfest gehalten, der eine Drehsicherung aufweist (Anspruch 2). Dies hat den Vorteil, daß der Gleitring einfach ausgebildet und daß die Drehsicherung - die im einfachsten Fall aus einer Nut-Feder-Verbindung besteht - außerhalb des Bereichs der eigentlichen Dichtstelle in Richtung auf die Druckkammer verschoben liegen kann.The slide ring is preferably over the inner ring with respect to the housing held non-rotatably, which has a rotation lock (claim 2). This has the advantage that the slide ring is simple and that the Rotary lock - in the simplest case from a tongue and groove connection exists - outside the area of the actual sealing point in the direction of the pressure chamber can be shifted.
Um den ein Verschleißteil darstellenden Gleitring ausbauen oder auswechseln zu können, ist dieser lösbar an dem Innenring befestigt (Anspruch 3). Die Verbindung kann dabei insbesondere aus mehreren umfangsmäßig verteilten Spannschrauben bestehen, über welche der Gleitring an dem Innenring gehalten wird.Remove or replace the slide ring that is a wearing part to be able to, this is releasably attached to the inner ring (claim 3). The Connection can in particular consist of several circumferentially distributed Tensioning screws exist, via which the slide ring on the inner ring is held.
Der Erfindungsgegenstand kann dadurch weiter ausgestaltet sein, daß der Kreisring-Kolben einen größeren Außendurchmesser aufweist als der Gleitring (Anspruch 4). Diese Ausgestaltung hat zur Folge, daß der Kreisring-Kolben bei einer vorgegebenen Kolbenfläche - quer zur Rotorwelle gesehen - ver hältnismäßig schmal ausgebildet sein kann und dementsprechend der Bereich zwischen der Rotorwelle und der Druckkammer gut zugänglich ist. Darüber hinaus ergibt sich bei dieser Ausgestaltung eine bessere Lagestabilität des Innenrings und somit auch des Gleitrings.The object of the invention can be further developed in that the Annular piston has a larger outer diameter than the slide ring (Claim 4). This configuration has the consequence that the circular piston at a given piston area - seen transversely to the rotor shaft - ver can be relatively narrow and accordingly the The area between the rotor shaft and the pressure chamber is easily accessible. In addition, this configuration results in a better one Positional stability of the inner ring and thus also the slide ring.
Der Erfindungsgegenstand kann auch in der Weise ausgestaltet sein, daß die Druckkammer Bestandteil eines Außenrings ist, welcher lösbar mit dem Gehäuse in Verbindung steht (Anspruch 5).The object of the invention can also be designed in such a way that the Pressure chamber is part of an outer ring, which is detachable with the Housing is connected (claim 5).
Im Rahmen der Erfindung kann der Außenring zumindest eine kreisringförmige Kühlkammer aufweisen, die der Druckkammer in Richtung auf den Gleitring vorgelagert ist und der Rotorwelle näher liegt als die Druckkammer (Anspruch 6). In the context of the invention, the outer ring can be at least one annular Have cooling chamber that the pressure chamber in the direction of the slide ring is upstream and is closer to the rotor shaft than the pressure chamber 6).
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstands bestehen der Innen- und der Außenring aus Aluminium (Anspruch 7). Darüber hinaus können die zuvor genannten Ringe über ihren Umfang mehrteilig ausgebildet sein (Anspruch 8). In Betracht kommt dabei insbesondere eine Ausgestaltung, bei welcher der Innen- und der Außenring sich jeweils aus zwei halbkreisförmigen Ringsegmenten zusammensetzen.In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention the inner and outer ring made of aluminum (claim 7). In addition, the aforementioned rings can be used around their circumference be formed in several parts (claim 8). This comes into consideration in particular an embodiment in which the inner and outer rings consist of two semicircular ring segments.
Die Betriebsdauer und Betriebssicherheit der Vorrichtung lassen sich dadurch verbessern, daß die an der Rotorwelle befestigte Ringfläche zumindest im Anlagebereich mit dem Gleitring aus Keramik und letzterer zumindest dort (d. h. im Anlagebereich) aus einem der Werkstoffe Stahl oder Keramik besteht (Anspruch 9). Keramische Werkstoffe verfügen über eine große Härte und zeigen gegenüber abrasiven Feststoffen einen hohen Verschleißwiderstand mit der Folge, daß - bei entsprechender Auswahl der im Anlagebereich zusammenwirkenden Werkstoffe - der im Betrieb auftretende Verschleiß im wesentlichen nur an dem auswechselbaren Gleitring auftritt. Dieser kann insbesondere aus einem Stahl bestehen, welcher durch Wärmebehandlung an die im Bereich der Dichtstelle vorliegenden Betriebsbedingungen angepaßt ist; statt dessen kann der Anlagebereich des Gleitrings auch aus einem Keramik-Werkstoff gefertigt sein, der weicher sein sollte als der Keramik-Werkstoff der Ringfläche.The operating time and operational reliability of the device can be thereby improve that the ring surface attached to the rotor shaft at least in Contact area with the ceramic slide ring and the latter at least there (i.e. in the plant area) consists of one of the materials steel or ceramic (Claim 9). Ceramic materials are extremely hard and show a high wear resistance compared to abrasive solids the consequence that - with appropriate selection of the in the investment area interacting materials - the wear and tear occurring in operation essentially only occurs on the replaceable slide ring. This can in particular consist of a steel, which by heat treatment the operating conditions in the area of the sealing point are adapted; instead, the contact area of the slide ring can also consist of a Ceramic material should be made, which should be softer than that Ceramic material of the ring surface.
Die Ringfläche kann weiterhin dadurch vorteilhaft ausgestaltet sein, daß sie auf ihrer dem Gleitring zugewandten Seite mehrere zumindest in Drehrichtung der Rotorwelle unbeweglich gehaltene Keramikplatten aufweist, die miteinander eine Kreisringfläche bilden (Anspruch 10).The annular surface can furthermore advantageously be designed in that it is on their side facing the slide ring several at least in the direction of rotation Rotor shaft has immovable ceramic plates that are together form an annular surface (claim 10).
Soweit die Temperaturverhältnisse im Anlagebereich dies zulassen, können die Keramikplatten durch Verkleben an der Ringfläche befestigt sein. Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, den Gleitring auf der der Ringfläche zugewandten Seite mit eine Kreisringfläche bildenden Stahlplatten oder Keramikplatten auszustatten (Anspruch 11). Diese können insbesondere auch als auswechselbare Verschleißteile lösbar an dem Gleitring befestigt sein.As far as the temperature conditions in the plant area allow, the ceramic plates are attached to the ring surface by gluing. In the context of the invention, it is also possible to the slide ring on the Side facing ring surface with steel plates forming an annular surface or to equip ceramic plates (claim 11). These can in particular also detachably attached to the slide ring as replaceable wear parts be.
Als Fluid für die Druckbeaufschlagung des Kreisring-Kolbens innerhalb der Druckkammer kommt insbesondere Luft in Frage.As a fluid for pressurizing the annulus piston within the Pressure chamber is particularly air.
Soweit der Innenring zumindest mit einer Kühlkammer ausgestattet ist, kann diese mit Luft oder Wasser betrieben werden.As far as the inner ring is at least equipped with a cooling chamber, can these are operated with air or water.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Diese zeigt schematisiert einen Teilschnitt durch einen Innenmischer in der näheren Umgebung einer Rotorwellen-Durchtrittsöffnung. Die weiteren Rotorwellen-Durchtrittsöffnungen des Innenmischers können jeweils entsprechend ausgebildet sein, wobei jede Rotorwelle (vgl. dazu die bereits erwähnte Vorveröffentlichung) jeweils zwei Rotorwellen-Durchtrittsöffnungen aufweist.The invention is explained below with reference to the drawing. This shows schematically a partial section through an internal mixer in the closer surroundings of a rotor shaft passage opening. The other rotor shaft passage openings of the internal mixer can each be designed accordingly, each rotor shaft (cf. the previously mentioned previously) two each Has rotor shaft passage openings.
Wie die Darstellung erkennen läßt, ist das mit 1 bezeichnete Gehäuse des Innenmischers in dem hier interessierenden Bereich mit einer Rotorwellen-Durchtrittsöffnung 2 ausgestattet, durch welche eine Rotorwelle 3 hindurchgeführt ist. An dieser ist - im Innenraum 4 des Gehäuses 1 lie gend - ein Rotorbestandteil 5 befestigt, mit dem ein Ringelement 6 über mehrere Halteschrauben 7 in Verbindung steht.As can be seen from the illustration, the housing of the internal mixer designated 1 in the region of interest here is equipped with a rotor shaft passage opening 2 through which a rotor shaft 3 is guided. On this - in the interior 4 of the housing 1 lying - a rotor component 5 is fastened, with which a ring element 6 is connected via a plurality of retaining screws 7 .
Außerhalb des Bereichs der Halteschrauben 7 geht das Ringelement 6 in einen Vorsprung 6a über, der auf der rechts liegenden Seite von einer bezüglich der Rotorwelle 3 lotrechten Ringfläche 6b begrenzt wird. An dieser sind - in Umfangsrichtung nebeneinanderliegend - mehrere Keramikplatten 8 durch Verkleben befestigt, die miteinander eine geschlossene Kreisringfläche bilden. Der Vorsprung 6a nimmt dabei bezüglich des Rotorbestandteils 5 vorzugsweise eine derartige Lage ein, daß die Keramikplatten 8 sich auf der von der Rotorwelle 3 abgewandten Seite auch an dem Rotorbestandteil 5 abstützen. Outside the area of the retaining screws 7 , the ring element 6 merges into a projection 6 a which is delimited on the right-hand side by an annular surface 6 b perpendicular to the rotor shaft 3 . A plurality of ceramic plates 8 , which form a closed circular ring surface with one another, are fastened to this - lying side by side in the circumferential direction. The projection 6 a preferably occupies such a position with respect to the rotor component 5 that the ceramic plates 8 are also supported on the rotor component 5 on the side facing away from the rotor shaft 3 .
Zur Abdichtung des Innenraums 4 nach außen hin ist an den Keramikplatten 8 ein Gleitring 9 in Anlage gehalten, welcher aus einem wärmebehandelten Stahl besteht und in der Rotorwellen-Durchtrittsöffnung 2 mittels eines Dichtelements 10 gegen das Gehäuse 1 abgedichtet ist.To seal the interior 4 from the outside, a sliding ring 9 is held on the ceramic plates 8 , which consists of a heat-treated steel and is sealed in the rotor shaft passage opening 2 by means of a sealing element 10 against the housing 1 .
Der Gleitring 9 ist über mehrere Spannschrauben 11 lösbar an einem Innenring 12 befestigt, dessen vom Gleitring abgewandter Endabschnitt als parallel zur Rotorwelle 3 verschiebbarer Kreisring-Kolben 12a ausgebildet ist. Dieser stützt sich beweglich in einer Druckkammer 13a ab, die Bestandteil eines lösbar mit dem Gehäuse 1 verbundenen Außenrings 13 ist. Dessen Befestigung erfolgt über auch in das Gehäuse 1 eingreifende Außenring-Schrauben 14. Zur Abdichtung gegen die mit einer Zuführbohrung 13b versehene Druckkammer 13a ist der Kreisring-Kolben 12a mit einem in ihm gehaltenen Dichtelement 15 ausgestattet.The slide ring 9 is detachably fastened to an inner ring 12 via a plurality of clamping screws 11 , the end section of which is remote from the slide ring is designed as an annular piston 12 a which can be displaced parallel to the rotor shaft 3 . This is movably supported in a pressure chamber 13 a, which is part of a detachably connected to the housing 1 outer ring 13 . It is fastened by means of outer ring screws 14 which also engage in the housing 1 . For sealing against the pressure chamber 13 a provided with a supply bore 13 b, the circular piston 12 a is equipped with a sealing element 15 held in it.
Der Innenring 12 weist in Höhe der Druckkammer 13a mehrere Montagezwecken dienende Gewindebohrungen 16 auf, die im Betriebszustand mittels Gewindestopfen 17 in Richtung auf die ringnutenförmige Druckkammer 13a verschlossen sind.The inner ring 12 has, at the level of the pressure chamber 13 a, a plurality of mounting holes 16 which are closed in the operating state by means of threaded plugs 17 in the direction of the annular groove-shaped pressure chamber 13 a.
Der Innenring 12 - dessen Kreisring-Kolben 12a einen deutlich größeren Außendurchmesser aufweist als der Gleitring 9 - ist mit einer kreisringförmigen Kühlkammer 12b ausgestattet, die der Druckkammer 13a in Richtung auf den Gleitring 9 vorgelagert ist und der Rotorwelle 3 näher liegt als die Druckkammer. Die Kühlkammer wird über eine ebenfalls im Innenring 12 angeordnete Eintrittsbohrung 12c mit Kühlwasser versorgt; die zugehörige Ausgangsbohrung ist nicht dargestellt.The inner ring 12 - the annular piston 12 a has a significantly larger outer diameter than the sliding ring 9 - is equipped with an annular cooling chamber 12 b, which is upstream of the pressure chamber 13 a in the direction of the sliding ring 9 and the rotor shaft 3 is closer than that Pressure chamber. The cooling chamber is supplied with cooling water via an inlet bore 12 c likewise arranged in the inner ring 12 ; the associated exit hole is not shown.
Um sicherzustellten, daß der Gleitring 9 bezüglich des Gehäuses 1 drehfest gehalten ist, stützt sich der Innenring 12 über eine an seinem Umfang gehaltene Paßfeder 18 in einer Längsnut 1a im Gehäuse 1 ab. In order to ensure that the slide ring 9 is held in a rotationally fixed manner with respect to the housing 1 , the inner ring 12 is supported by a parallel key 18 held in its circumference in a longitudinal groove 1 a in the housing 1 .
Im Gegensatz zum Gleitring 9 bestehen der Innen- und der Außenring 12 bzw. 13 aus Aluminium.In contrast to the slide ring 9 , the inner and outer rings 12 and 13 are made of aluminum.
Oberhalb des Anlagebereichs zwischen den Keramikplatten 8 und dem Gleitring 9 mündet in den Innenraum 4 eine Schmierölbohrung 19 ein, die außerhalb des Gehäuses 1 in ein Zuführrohr 20 übergeht. Der Gleitring 9 ist im Bereich der Keramikplatten 8 außerdem mit mehreren Bohrungen 21 ausgestattet, über die ebenfalls Schmieröl zugeführt werden kann.Above the contact area between the ceramic plates 8 and the slide ring 9 , a lubricating oil bore 19 opens into the interior 4 and merges into a feed pipe 20 outside the housing 1 . The slide ring 9 is also provided in the area of the ceramic plates 8 with a plurality of bores 21 , through which lubricating oil can also be supplied.
Es versteht sich von selbst, daß insbesondere auch die Ringe 12 und 13 mehrteilig - beispielsweise als Halbringsegmente - ausgebildet sein können. In diesem Fall sind die betreffenden Ringsegmente im Bereich der Druckkammer 13a gegeneinander abgedichtet; die Kühlkammer 12b setzt sich dabei aus einer entsprechenden Anzahl Einzelkammern zusammen, die jeweils eine Eintritts- und Ausgangsbohrung aufweisen.It goes without saying that in particular the rings 12 and 13 can also be formed in several parts - for example as half-ring segments. In this case, the respective ring segments in the region of the pressure chamber 13 is a sealed against each other; the cooling chamber 12 b is composed of a corresponding number of individual chambers, each of which has an inlet and outlet bore.
Im Rahmen der Erfindung kann der Gleitring 9 auf seiner den Keramikplatten 8 zugewandten Seite auch mit an ihm befestigten Stahlplatten oder Keramikplatten ausgestattet sein, die miteinander eine Kreisringfläche bilden.In the context of the invention, the sliding ring 9 can also be equipped on its side facing the ceramic plates 8 with steel plates or ceramic plates attached to it, which together form an annular surface.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der Gleitring 9 lediglich über eine einzige Andrückeinheit an den Keramikplatten 8 in Anlage gehalten ist, welche aus dem Kreisring-Kolben 12a sowie der Druckkammer 13a besteht und die eine gleichmäßige Kraftbeaufschlagung des Gleitrings zur Folge hat.The advantage achieved by the invention is, in particular, that the slide ring 9 is held only by a single pressing unit on the ceramic plates 8 , which consists of the annular piston 12 a and the pressure chamber 13 a and which has a uniform application of force to the slide ring Consequence.
Durch diese Ausgestaltung vereinfacht sich außerdem die Zuführung sowie Regelung des unter Druck stehenden Fluids und die Wartung des Innenmischers im Bereich der die Staubabdichtung bewirkenden Bestandteile.This configuration also simplifies the feeding and Regulation of the pressurized fluid and maintenance of the Internal mixer in the area of the components causing the dust seal.
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