EBERHARDT, Claus (Raiffeisenstrasse 2/1, Schwaigern, 74193, DE)
ULRICH, Claus (Kümmelstrasse 4, Obersulm - Suelzbach, 74182, DE)
HEINRICHSMEIER, Leonhard (Uhlandstrasse 10, Talheim, 74388, DE)
EBERHARDT, Claus (Raiffeisenstrasse 2/1, Schwaigern, 74193, DE)
ULRICH, Claus (Kümmelstrasse 4, Obersulm - Suelzbach, 74182, DE)
| Patentansprüche 1. Vorrichtung, insbesondere Walzenpresse (10), mit zwei zumindest im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten, drehbaren Wellen mit zugehörigen Drehachsen (13a, 15a), deren Abstand voneinander verstellbar ist, wobei die Wellen sich jeweils durch eine Wand (28) erstrecken, welche eine Antriebsseite von einer Produktseite trennt, und gegenüber der Wand (28) abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass - die Abdichtung zwischen jeder Welle (13) mit verstellbarer Drehachse und der Wand (28) mittels einer die zugehörige Welle (13) im Bereich der Wand (28) umgebenden Dichtungseinheit (32) erfolgt, die bei einer Verstellung der Drehachse ihre Relativposition zu dieser Drehachse beibehält, wobei die Dichtungseinheit (32) radial innen eine dynamische Dichtung zur Abdichtung zwischen der drehbaren Welle (13) und der Dichtungseinheit (32) aufweist und radial außen eine statische Manschettendichtung (52) aufweist, die radial innen an der Dichtungseinheit (32) und radial außen an der Wand (28) abdichtend festgelegt ist und eine elastische Dichtmanschette (58) umfasst. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Dichtung zwei axial hintereinander angeordnete Dichtelemente aufweist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente Radiallippendichtungen (40, 42) sind. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine axial äußere der beiden Radiallippendichtungen (40, 42) axial auf einem Haltering (48) montiert ist, der die Radiallippendichtung (40) radial auswärts aufspreizt. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (48) einen T-förmigen Querschnitt hat und mit seiner Basis (50) in der Radiallippendichtung (40) steckt. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine axial innere der beiden Radiallippendichtungen (40, 42) mittels eines Spannringes (44) montiert ist, der in einer äußeren Umfangs- nut (46) der Radiallippendichtung (42) ruht. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (46) einen runden Querschnitt hat. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Manschettendichtung (52) einen angenähert M-förmigen Querschnitt aufweist, mit zwei äußeren, dickeren Schenkeln (54, 56), die zur Festlegung der Manschettendichtung (52) an der Dichtungseinheit (32) und an der Wand (28) dienen, zwischen denen sich die elastische Dichtmanschette (58) erstreckt. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial innerer der Schenkel (54, 56) der Manschettendichtung (52) in einem ersten Druckring (60) aufgenommen ist, der an einem Grundkörper (34) der Dichtungseinheit (32) befestigt ist. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial äußerer der Schenkel (54, 56) der Man¬ schettendichtung (52) in einem zweiten Druckring (62) aufgenommen ist, der an der Wand (28) befestigt ist. |
und verbesserter Dichtungseinheit Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, z.B. eine Walzenpresse, mit zwei zumindest im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten, drehbaren Wellen mit zugehörigen Drehachsen, deren Abstand voneinander verstellbar ist, wobei die Wellen sich jeweils durch eine Wand erstrecken, welche eine Antriebsseite von einer Produktseite trennt, und gegenüber der Wand abgedichtet sind.
Vorrichtungen mit zwei zueinander parallel angeordneten Wellen kommen in der produzierenden und verarbeitenden Industrie häufig zum Einsatz. Oftmals ist es dabei wichtig, eine Antriebsseite einer solchen Doppelwellenanordnung so von einer Produktseite derselben Anordnung zu trennen, dass keinerlei Verschmutzung von der Antriebsseite auf die Produktseite gelangen kann und dass keine Leckage von Produkt zur Antriebsseite hin auftreten kann. Wenn der Abstand der Drehachsen verstellbar ist, muss die Abdichtung zwischen der Antriebsseite und der Produktseite eine gute Abdichtung auch bei verstelltem Abstand der Drehachsen gewährleisten. Üblicherweise werden in solchen Fällen radial elastische dynamische Dichtungen eingesetzt, d.h. an zumindest einer Dichtfläche tritt bei sich drehenden Wellen eine ständige Relativbewegung zwischen der abzudichtenden Fläche und der Dichtung auf. Dies führt zu einem stärkeren Dichtungsverschleiß und erhöht zudem die Wahrscheinlichkeit, dass unerwünschter Abrieb in das zu verarbeitende Produkt gelangt. Eine typische Doppelwellenanordnung ist beispielsweise eine Walzenpresse mit zwei parallel zueinander angeordneten, drehbaren Walzen, die zwischen sich einen Walzenspalt bilden, durch den im Betrieb zu verarbeitendes Material geführt wird. Solche Walzenpressen können z.B. zum Granulieren feiner Pulver verwendet werden, um die nachfolgende Verarbeitung des Pulvers zu vereinfachen. Walzenpressen dieser Art werden auch als Kompaktor ® bezeichnet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Vorrichtungen der genannten Art die
Abdichtung zwischen der Antriebsseite und der Produktseite dahingehend zu verbessern, dass trotz eines verstellbaren Drehachsenabstandes über eine sehr lange Be- triebsdauer eine hervorragende Abdichtung aufrechterhalten werden kann und zugleich eine Kontaminierung des Produkts mit Fremdmaterial so weit wie möglich vermieden ist. Diese Aufgabe wird ausgehend von einer eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abdichtung zwischen jeder Welle mit verstellbarer Drehachse und der Wand mittels einer die zugehörige Welle im Bereich der Wand umgebenden Dichtungseinheit erfolgt, die bei einer Verstellung der Drehachse ihre Relativposition zu dieser Drehachse beibehält, wobei die Dichtungseinheit radial innen eine dynamische Dichtung zur Abdichtung zwischen der drehbaren Welle und der Dichtungseinheit aufweist und radial außen eine statische Manschettendichtung aufweist, die radial innen an der Dichtungseinheit und radial außen an der Wand abdichtend festgelegt ist und eine elastische Dichtmanschette umfasst.
Erfindungsgemäß wird somit die Abdichtung von einer Dichtungseinheit übernommen, die einen starren, die abzudichtende Welle konzentrisch umgebenden Grundkörper aufweist, der sich relativ zur Mittelachse der Welle nicht bewegt, bei einer Verstellung der Drehachse dieser Welle die Verstellbewegung also mitmacht. An diesem starren Grundkörper ist radial innen eine dynamische Dichtung befestigt, deren Betriebsbedingungen sich bei einer Verstellung der Drehachse nicht ändern, da die dynamische Dichtung von einer Drehachsenverstellung nichts mitbekommt. Diese dynamische Dichtung kann demnach auf die eigentliche Wellenabdichtung optimiert sein und muss keinerlei Achsversatz, Radialversatz und/oder Fluchtungsfehler zwischen den Drehachsen kompensieren, wozu es insbesondere bei einer Verstellung der Drehachsen verstärkt kommen kann. Diese Kompensation übernimmt vielmehr die radial außen an dem starren Grundkörper angebrachte statische Manschettendichtung, die keinerlei Verschleiß durch eine drehende Relativbewegung ausgesetzt ist und deshalb eine extrem hohe Standzeit aufweist. Die Art der elastischen Dichtmanschette wird so gewählt, dass sie den gewünschten Verstellbereich tolerieren kann, ohne übermäßig belastet zu werden. Bei kleineren Verstellabständen kann die elastische Dichtmanschette beispielsweise nach Art einer Flachmembran ausgebildet sein, bei größeren Verstellabständen hingegen bietet sich eine balgförmige Ausbildung der elastischen Dichtmanschette an.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die dynamische Dichtung zwei axial hintereinander angeordnete Dichtelemente auf, die vorzugsweise Radiallippendichtungen sind. Zwei axial hintereinander angeordnete Dichtelemente verbessern zum einen den Wirkungsgrad der Abdichtung und vermindern zum anderen den Dichtungsverschleiß, da die Anpresskraft jedes einzelnen Dichtelements geringer gewählt werden kann. Ein weiterer Vorteil einer solchen Anordnung ist, dass die vordere, dem zu verarbeitenden Material ausgesetzte Dichtung ausgewechselt werden kann, ohne dass eine Gefahr besteht, dass das Material zur Antriebsseite gelangt.
Wenn die Dichtelemente der dynamischen Dichtung als Radiallippendichtungen ausgebildet sind, dann ist eine axial innere der beiden Radiallippendichtungen vorzugsweise mittels eines Spannringes montiert, der in einer äußeren Umfangsnut der Radiallippendichtung ruht. Der Spannring hat vorzugsweise einen runden Querschnitt und sorgt dafür, dass die axial innere Radiallippendichtung sich in der Bohrung, in der sie aufgenommen ist, nicht bewegen kann, insbesondere nicht drehen kann. Der Spannring besteht aus einem geeigneten Elastomermaterial.
Eine axial äußere der beiden Radiallippendichtungen der dynamischen Dichtung ist vorzugsweise axial auf einem Haltering montiert, der in der den axial äußeren Radiallippendichtung aufnehmenden Bohrung angeordnet ist und die Radiallippendichtung radial auswärts etwas aufspreizt. Auf diese Weise wird die Radiallippendichtung zuverlässig in der Bohrung festgelegt und ein Drehen der Radiallippendichtung im Betrieb unterbunden. Der Haltering hat vorzugsweise einen T-förmigen Querschnitt und steckt mit seiner Basis in der Radiallippendichtung. Die beiden Querschenkel des T-förmigen Querschnitts können dann zur axialen Abstützung der axial äußeren Radiallippendichtung auf der axial inneren Radiallippendichtung dienen.
Insgesamt ist mit den zwei wie zuvor beschrieben montierten Radiallippendichtungen eine Festlegung derselben in der zugehörigen Bohrung ohne Schrauben oder ähnliche Elemente realisiert, was zum einen eine leichte Montage der Radiallippendichtungen durch einfaches Einschieben in die Bohrung ermöglicht und zum anderen potentiell verschmutzungsempfindliche Befestigungsstellen eliminiert.
Die statische Manschettendichtung weist bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen angenähert M-förmigen Querschnitt auf, mit zwei äußeren, dickeren Schenkeln, die zur Festlegung der Manschettendichtung an der Dichtungseinheit respektive an der Wand dienen, wobei sich zwischen den äußeren, dickeren Schenkeln die elastische Dichtmanschette erstreckt, die vorzugsweise einstückig mit den beiden äußeren Schenkeln verbunden ist. Zur Festlegung der statischen Manschettendichtung dient vorzugsweise ein erster Druckring, der an einem Grundkörper der Dichtungseinheit befestigt ist und der einen radial inneren der beiden Schenkel der Manschettendichtung in sich aufnimmt, so dass eine Stirn- seite des radial inneren Schenkels mittels des ersten Druckrings gegen den Grundkörper der Dichtungseinheit gepresst wird. In analoger Weise wird zur Festlegung des radial äußeren der beiden Schenkel der Manschettendichtung vorzugsweise ein zweiter Druckring verwendet, der an der Wand befestigt ist und in dem der radial äußere Schenkel vorzugsweise so aufgenommen ist, dass eine Stirnseite des radial äußeren Schenkels mittels des zweiten Druckrings gegen die Wand gepresst wird. Der erste und der zweite Druckring sind vorzugsweise auf der Antriebsseite der Vorrichtung angeordnet, so dass auf der Produktseite nur die elastische Dichtmanschette dem Produkt ausgesetzt ist.
Ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Gestalt einer Walzenpresse wird im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert, in denen:
Figur 1 eine räumliche Darstellung einer Walzenpresse mit der erfindungsgemäß verbesserten Abdichtung zwischen Produktraum und Antriebsseite ist,
Figur 2 eine Frontansicht auf die Walzenpresse der Figur 1 von vorne ist,
Figur 3 der Schnitt III-III aus Figur 2 ist, und
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Figur 3 ist, die eine Dichtungseinheit im Detail zeigt.
In den Figuren ist eine allgemein mit 10 bezeichnete Walzenpresse zur Verwendung als Kompaktor® beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie dargestellt. Die Walzenpresse 10 weist eine erste Walze 12 und eine zweite Walze 14 auf, die jeweils eine zylindrische Arbeitsfläche 12a und 14a haben und auf einer zugehörigen, ihrem Drehantrieb dienenden Welle befestigt sind, von denen eine Welle 13 in Fig. 3 gezeigt ist. Die beiden Antriebswellen legen zueinander parallele Drehachsen 13a, 15a fest (siehe Fig. 2), um die sich die Walzen 12, 14 im Betrieb gegenläufig drehen.
Jede Walze 12, 14 ist mittels eines zugehörigen Druckdeckels 16, 17 auf einem Abtriebsstummel 18 (siehe Fig. 3) der zugehörigen Welle befestigt. Jeder Druckdeckel 16, 17 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels dreier Schrauben 20 auf dem zugehörigen Abtriebsstummel 18 festgeschraubt und verspannt die zugehörige Walze 12 bzw. 14 axial auf der entsprechenden Welle. Zur Abdichtung zwischen dem Druckdeckel 16 bzw. 17 und der ihm zugewandten Stirnseite jeder Walze 12 bzw. 14 ist der Außenrand der der Walze zugewandten Seite des Druckdeckels 16 bzw. 17 durch eine statische Lippendichtung 22 gebildet. Diese Lippendichtung 22 ermöglicht eine spaltfreie und damit totraumfreie Abdichtung zwischen dem Druckdeckel 16 bzw. 17 und der Stirnseite der zugehörigen Walze 12 bzw. 14, die Produktablagerungen in diesem Bereich verhindert und gut zu reinigen ist.
Zwischen sich bilden die beiden Walzen 12, 14 im Bereich ihrer Arbeitsflächen 12a, 14a einen Walzenspalt 24 (siehe Fig. 2), dem pulverförmiges Material zugeführt werden kann, um es mittels der beim Durchlaufen des Walzenspalts 24 auftretenden Presswirkung zu granulieren. Damit das Ausmaß der Presswirkung im Walzenspalt 24 dem zu verarbeitenden Pulver und/oder Produkterfordernissen angepasst werden kann, kann der Abstand der beiden Drehachsen 13a, 15a voneinander im Betrieb verstellt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind beide Drehachsen 13a, 15a mittels nicht gezeigter Einrichtungen verstellbar ausgebildet.
Jede den beiden Drehachsen 13a, 15a zugeordnete Welle (dargestellt ist nur die Welle 13) erstreckt sich von einer Antriebsseite 26 (siehe Fig. 4) durch eine Wand 28 zu einer Produktseite bzw. in einen Produktraum 30, in dem sich die beiden Walzen 12, 14 befinden. Auf der Antriebsseite 26 befinden sich hier nicht weiter dargestellte Einrichtungen zum Drehantrieb der beiden die Walzen 12, 14 tragenden Wellen.
Um eine einwandfreie Abdichtung zwischen der Antriebsseite 26 und der Produktseite 30 zu gewährleisten und einen Eintrag von Fremd Partikeln in den Produktraum 30 möglichst zu unterbinden, ist die Welle 13 im Bereich der Wand 28 konzentrisch von einer Dichtungseinheit 32 umgeben, die als tragendes Element einen starren Grundkörper 34 aufweist, dessen Außendurchmesser deutlich kleiner als der Durchmesser einer Durchgangsöffnung 36 in der Wand 28 ist, durch die sich die Welle 13 erstreckt. Diese Durchmesserdifferenz erlaubt es, die Drehachse 13a der Welle 13 innerhalb des durch die Durchmesserdifferenz gegebenen Freiraumes radial zu verlagern und damit den Abstand zwischen den beiden Drehachsen 13a und 15a zu verändern. Der starre Grundkörper 34 der Dichtungseinheit 32 ist relativ zur Welle 13 fixiert, d.h. er verändert seine Relativposition zur Drehachse 13a bei einer Verstellung der Drehachse 13a nicht. Zur Produktseite 30 hin ist der starre Grundkörper 34 konisch verjüngend ausgebildet, um eine Produktablagerung auf seiner Außenseite zu erschweren. Der starre Grundkörper 34 hat eine zur Produktseite 30 hin offene, zur Drehachse 13a konzentrische Bohrung 38, in der axial hintereinander zwei Radiallippendichtun- gen 40 und 42 montiert sind, die als dynamische Wellenabdichtungen fungieren und hierzu an ihrer radial inneren Seite jeweils mit einer umlaufenden Dichtlippe 40a, 42a versehen sind, welche die Außenseite der Welle 13 kontaktieren. Die Dichtlippen 40a, 42a sind im Querschnitt gesehen so gebogen, dass zu den Radiallippendichtungen 40, 42 gelangendes Produkt von der Oberfläche der Welle 13 abgewiesen wird.
Die axial innere Radiallippendichtung 42 ist in der Bohrung 38 mittels eines Spannringes 44 montiert, der in einer äußeren Umfangsnut 46 der Radiallippendichtung 42 aufgenommen ist. Der Spannring 46 hält die Radiallippendichtung 42 in der Bohrung 38 an Ort und Stelle fest und verhindert, dass bei sich drehender Welle 13 die Radiallippendichtung 42 sich ebenfalls dreht. Wie dargestellt, liegt die Radiallippendichtung 42 mit ihrem nahezu quadratischen Querschnitt am Grund der Bohrung 38 an.
Die axial äußere Radiallippendichtung 40 mit ihrem ebenfalls nahezu quadratischen Querschnitt stützt sich über einen in der Bohrung 38 aufgenommenen Haltering 48 mit T-förmigem Querschnitt an der axial inneren Radiallippendichtung 42 ab. Eine Basis 50 des T-förmigen Querschnitts des Halterings 48 ist vollständig in der bezüg ¬ lich der Bohrung 38 inneren Stirnseite der Radiallippendichtung 40 aufgenommen, wobei die Basis 50 breiter ist als der entsprechende, in der Radiallippendichtung 40 vorgesehene Aufnahmeschlitz, so dass bei auf dem Haltering 48 montierter Radiallippendichtung 40 aufgrund des Übermaßes der Basis 50 ein Aufspreizeffekt zur Wirkung kommt, der den im Querschnitt näherungsweise quadratischen Grundkörper der Radiallippendichtung 40 radial auswärts aufspreizt und dadurch in der Bohrung 38 festklemmt. Eine Verlagerung oder ein Drehen der Radiallippendichtung 40 im Betrieb wird auf diese Weise ausgeschlossen.
Zur Abdichtung des aufgrund der genannten Durchmesserdifferenz zwischen dem starren Grundkörper 34 und der Durchgangsöffnung 36 in der Wand 28 bestehenden Ringspaltes dient eine statische Manschettendichtung 52, die im gezeigten Ausfüh ¬ rungsbeispiel einen näherungsweise M-förmigen Querschnitt aufweist, der durch zwei äußere, verhältnismäßig dicke Schenkel 54, 56 und eine sich zwischen diesen Schen ¬ keln erstreckende, den Freiraum zwischen ihnen überspannende, dünnere elastische Dichtmanschette 58 gebildet ist. Der radial innere Schenkel 54 dient zur Festlegung der Manschettendichtung 52 an der Dichtungseinheit 32 und ist hierzu nahezu vollständig in einem ersten Druckring 60 aufgenommen, der mittels nicht dargestellter Schrauben an der antriebsseitigen Stirnseite des starren Grundkörpers 34 befestigt ist und die freie Stirnseite des Schenkels 54 abdichtend gegen den Grundkörper 34 presst. In analoger Weise dient der Schenkel 56 zur Festlegung der Manschettendichtung 52 an der Wand 28 und ist hierzu ebenfalls nahezu vollständig in einem zweiten Druckring 62 aufgenommen, der an der Wand 28 befestigt ist und die freie Stirnseite des Schenkels 56 gegen die Wand 28 presst.
Sowohl der erste Druckring 60 als auch der zweite Druckring 62 sind somit auf der Antriebsseite 26 angeordnet, wodurch ein zu verarbeitendes Produkt nur mit der elastischen Dichtmanschette 58 in Berührung kommen kann. Die elastische Dichtmanschette 58 ist dazu in der Lage, sich entsprechend der Verstellbewegung der Drehachse 13a zu verformen, ohne dabei zu reißen oder übermäßig auf Spannung oder Druck belastet zu werden. Sowohl die statische Manschettendichtung 52 als auch die Radiallippendichtungen 40 und 42 bestehen aus einem Elastomermaterial, welches eine ausreichende Beständigkeit gegenüber dem zu verarbeitenden Produkt aufweist und mechanisch ausreichend stabil ist. Geeignete Materialien sind dem Fachmann bekannt und werden deshalb hier nicht näher erläutert.
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