GEHäUSE MIT KOLBENRING ALS WELLENDICHTUNG, INSBESONDERE FüR EINE MüHLE ZUM MAHLEN ODER ZUM MAHLTROCKNEN ORGANISCHER ROHSTOFFE

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse, insbesondere ein Gehäuse einer Mühle zum Mahlen oder zum Mahltrocknen von organischen Rohstoffen wie Steinkohle oder Braunkohle. Das Gehäuse trennt einen Innenraum von einem Außenraum. Durch die Gehäusewand ist eine Welle hindurchgeführt.

Im Innenraum derartiger Gehäuse kann es zu Explosionen kommen, etwa wenn sich der beim Mahlen von Steinkohle oder Braunkohle entstehende Staub entzündet. Kommt es zu einer solchen Explosion, so ist es erstrebenswert, deren Auswirkungen auf den Innenraum des Gehäuses zu begrenzen. Es soll verhindert werden, dass Flammen aus dem Innenraum in den Außenraum gelangen und dort weitere Explosionen oder Brände verursachen.

Das Begrenzen der Flammen auf den Innenraum wird dadurch erschwert, dass mit der Explosion eine plötzliche Druckerhöhung im Innenraum einhergeht. Das Gehäuse muss so gestaltet sein, dass eine übertragung von Flammen in den Außenraum trotz des überdrucks verhindert wird. Besondere Aufmerksamkeit verlangen Durchführungen in der Gehäusewand, durch die hindurch sich eine Welle vom Innenraum in den Außenraum erstreckt.

Bekannt ist es, Wellendurchführungen eines Gehäuses mit Labyrinthdichtungen abzudichten. Bei einer Labyrinthdichtung wird der Austrittsweg, den ein Medium zwischen Innenraum und Außenraum zurückzulegen hat, künstlich verlängert, in- dem Ringe abwechselnd auf der Welle und auf dem Gehäuseteil angeordnet werden. Die Ringe berühren sich gegenseitig nicht, es bleibt ein freier Spalt zwischen der Welle und dem Gehäuse. Es hat sich gezeigt, dass alleine die Verlängerung des Austrittswegs durch eine Labyrinthdichtung nicht ausreicht, um Flammen sicher im Innenraum des Gehäuses zu halten. Auch Weichstoffdichtungen sind nicht in der Lage, der im Anschluss an eine Explosion auftretenden Druckerhöhung standzuhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Gehäuse der eingangs beschriebenen Art vorzustellen, bei dem der Austritt von Flammen im Anschluss an eine Explosion verhindert wird. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist die Welle von mindestens einem Kolbenring umgeben. Der Kolbenring umfasst eine als erste Anlagefläche ausgebildete Umfangsflache und eine als zweite AnIa- geflache ausgebildete Stirnfläche. Beide Anlageflächen wirken mit Gegenflächen zusammen, wobei eine der Gegenflächen am Gehäuse und eine der Gegenflächen an der Welle angeordnet ist.

Der Kolbenring umfasst eine nach innen, zum Zentrum des

Rings weisende Umfangsflache und eine nach außen, vom Zentrum des Rings wegweisende Umfangsflache. Weiter umfasst der Kolbenring zwei Stirnflächen, die sich in der Ebene des

Rings erstrecken und die sich gegenüberliegen. Hat der Kolbenring, wie es im Rahmen der Erfindung als vorteilhaft angesehen wird, einen rechteckigen Querschnitt, so sind die Stirnflächen eben und die Umfangsflächen ausschließlich in Umfangsrichtung gewölbt. Eine der beiden Umfangsflächen ist als erste Anlagefläche, eine der beiden Stirnflächen ist als zweite Anlagefläche ausgebildet.

Den Anlageflächen gegenüber sind Gegenflächen der Welle bzw. des Gehäuses angeordnet, die dazu ausgelegt sind, mit den Anlageflächen des Kolbenrings zusammenzuwirken. Die zusammenwirkenden Anlageflächen und Gegenflächen sind aneinander angepasst, so dass durch das Aufliegen eine möglichst dichte Verbindung bewirkt wird.

Durch den Kolbenring wird der Austrittsweg, der an der Wellendurchführung zwischen der Welle und dem Gehäuse besteht, abgedichtet. Die eine Anlagefläche bewirkt eine Abdichtung zu der Welle hin, die andere Anlagefläche bewirkt eine Ab- dichtung zum Gehäuse hin. Durch die Kombination beider Anlageflächen ist der Austrittsweg insgesamt verschlossen. Bei einer Explosion im Innenraum entstehende Flammen können trotz des überdrucks nicht zwischen der Welle und dem Gehäuse hindurch in den Außenraum entweichen.

Bei einer Abdichtung durch aufeinander liegende Flächen verbessert sich die Dichtwirkung, wenn der Anlagedruck zwischen den Flächen vergrößert wird. In Bezug auf die als erste Anlagefläche ausgebildete Umfangsfläche kann ein er- höhter Anlagedruck erreicht werden, indem der Kolbenring in

Radialrichtung vorgespannt ist und die Spannung dazu genutzt wird, die erste Anlagefläche gegen die zugehörige Gegenfläche zu drücken. Um ein Vorspannen des Kolbenrings zu

ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Kolbenring nicht als geschlossener Ring ausgeführt ist, sondern der Ring eine Trennstelle aufweist. Das durch die Trennstelle vermittelte Spiel kann dazu genutzt werden, den Kolbenring vorzuspannen. Vorzugsweise ist die Vorspannung so bemessen, dass ein Gasaustausch zwischen dem Innen- und Außenraum weitgehend oder vollständig verhindert wird. Die Erfindung macht sich hierbei zunutze, dass der Kolbenring in Abhängigkeit von seiner Vorspannung sehr dicht schließen kann, so dass der unerwünschte Gasaustausch zwischen dem Innen- und Außenraum unterbunden oder zumindest stark minimiert wird. Dies ist ein beträchtlicher Vorteil für solche Anwendungsfälle, bei denen der Innenraum mit einem speziellen Gas gefüllt ist, beispielsweise einem inerten Gas, wie Stickstoff. Dank der durch den Kolben erreichten Grundabdichtung wird der Gasverlust an solchem inerten Gas auf ein Minimum beschränkt. Um eventuelle Restverluste zu vermeiden, kann mit Vorteil eine zusätzliche Berührungsdichtung im Bereich zwischen dem Kolbenring und dem Außenraum ange- ordnet sein. Diese Berührungsdichtung dichtet die Welle gegenüber dem Gehäuse ab und verhindert das Ausströmen von inertem Gas, welches als Leckagegas durch den Kolbenring gelangt. Da die Berührungsdichtung dank des Kolbenrings vor Belastungen durch Flammen oder Explosion im Innenraum ge- schützt ist, kann eine verhältnismäßige weiche und gut abdichtende Dichtkonstruktion verwendet sein.

Betrachtet man alleine die Dichtwirkung des Kolbenrings, so ist es vorteilhaft, wenn auch zwischen der zweiten Anlage- fläche und der zugehörigen Gegenfläche ein erhöhter Anlagedruck besteht. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass sich die Welle im Betriebszustand gegenüber dem Gehäuse dreht und dass diese Drehung zu einer Relativbewegung zwischen

einer der Anlageflächen und einer der Gegenflächen führt. Ein erhöhter Anlagedruck führt zu verstärktem Verschleiß der Flächen.

Eine gute Dichtwirkung des Kolbenrings ist aber während des normalen Betriebs gar nicht erforderlich. Ausreichend ist es, wenn der Kolbenring zu dem Zeitpunkt eine gute Dichtwirkung hat, zu dem eine Explosion im Innenraum stattfindet. Als vorteilhaft wird es deswegen angesehen, wenn die Druckerhöhung im Innenraum in Folge der Explosion dazu genutzt wird, den Anlagedruck zwischen der zweiten Anlagefläche und der zugehörigen Gegenfläche zu erhöhen. Zu diesem Zweck kann eine der zweiten Anlagefläche gegenüberliegende Fläche des Kolbenrings dem Innenraum zugewandt. Der auf die dem Innenraum zugewandte Fläche des Kolbenrings wirkende

Explosionsdruck überträgt sich auf die zweite Anlagefläche und die zugehörige Gegenfläche und sorgt für eine gute Dichtwirkung genau in dem Moment, in dem sie benötigt wird. Im normalen Betrieb kann der Anlagedruck zwischen der zwei- ten Anlagefläche und der zugehörigen Gegenfläche sehr gering sein oder die beiden Flächen können gar berührungsfrei sein.

Die mit der zweiten Anlagefläche zusammenwirkende Gegenflä- che ist im Wesentlichen senkrecht zu einer die Welle umgebenden Mantelfläche ausgerichtet. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die mit der zweiten Anlagefläche zusammenwirkende Gegenfläche in einer Nut angeordnet, die in eine zur Welle konzentrische Mantelfläche eingelassen ist.

Es hat sich gezeigt, dass ein einzelner Kolbenring nicht in allen Fällen ausreicht, um die nach einer Explosion entstehenden Flammen vollständig aufzuhalten. Insbesondere die

Trennstelle, die das Vorspannen des Kolbenrings ermöglicht, erweist sich als Schwachstelle. Vorteilhaft ist es deswegen, wenn in Axialrichtung der Welle gesehen zwei oder mehr erfindungsgemäße Kolbenringe hintereinander angeordnet sind. Haben die Kolbenringe Trennstellen, so sollten die Kolbenringe so gegeneinander verdreht sein, dass die Trennstellen möglichst weit voneinander entfernt sind. Sind zwei Kolbenringe vorhanden, so sind die Trennstellen vorzugsweise um 180° gegeneinander versetzt. Drei oder mehr Kolben- ringe sind vorzugsweise so angeordnet, dass die Trennstellen der jeweils benachbarten Kolbenringe um 180° gegeneinander versetzt sind. Vorteilhaft sind ferner Verdrehsicherungen, die sicherstellen, dass die Kolbenringe ihre Winkelposition beibehalten. Die Verdrehsicherungen können mit der zur ersten Anlagefläche gehörigen Gegenfläche verbunden sein. Alternativ können auch überlappende Kolbenringe eingesetzt werden.

Eine Möglichkeit, die Erfindung zu verwirklichen, besteht darin, dass die Gegenfläche zur ersten Anlagefläche an der Welle und die Gegenfläche zur zweiten Anlagefläche am Gehäuse ausgebildet ist. Ebenfalls möglich ist es, die Gegenfläche zur ersten Anlagefläche am Gehäuse und die Gegenfläche zur zweiten Anlagefläche an der Welle auszubilden. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn die Welle von einer Hülse umgeben ist und die den Kolbenring aufnehmende Nut in die Hülse eingelassen ist.

Die Erfindung kann bei allen Arten von Gehäusen eingesetzt werden, bei denen eine Explosion im Innenraum auftreten kann und bei denen eine Welle durch die Gehäusewand hindurchgeführt ist. Als besonders vorteilhaft erweist sich der Einsatz der Erfindung bei Wälzmühlen zum Mahlen oder

zum Mahltrocknen organischer Rohstoffe. Bei diesen Mühlen liegt der Durchmesser der Welle zwischen 0,5 m und 3 m, und die Welle ist ausgelegt für Drehzahlen zwischen 20 Umdrehungen pro Minute und 100 Umdrehungen pro Minute. Die Erfindung bezieht sich weiter auf die Verwendung eines Kolbenrings an einer Welle, die durch eine einen Innenraum von einem Außenraum trennende Gehäusewand geführt ist, wobei der Kolbenring die Welle umgibt und eine als erste Anlagefläche ausgebildete Umfangsflache und eine als zweite Anlagefläche ausgebildete Stirnfläche umfasst, und eine der Aniagefiachen mit einer Gegenfläche des Gehäuses und eine der Anlagenflächen mit einer Gegenfläche der Welle zusammenwirkt. Zur näheren Erläuterung wird auf vorstehende Beschreibung verwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand einer vorteilhaften Ausführungsform beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Gehäuse in schematischer Darstellung;

Fig. 2: die Ansicht aus Fig. 1 bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3: einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 4: einen Ausschnitt aus Fig. 2 in vergrößerter Dar- Stellung,- und

Fig. 5: einen Querschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 in verkleinerter Darstellung.

Ein in den Fig. 1 und 2 nur im Ausschnitt dargestelltes Gehäuse mit einer Gehäusewand 1 umschließt einen Innenraum 2 vollständig und trennt den Innenraum 2 von einem Außenraum 3. Durch die Gehäusewand 1 ist eine Welle 4 hindurchgeführt. Die Welle 4 ist mit einem im Außenraum angeordneten, nicht dargestellten Motor verbunden und treibt ein im Innenraum angeordnetes, ebenfalls nicht dargestelltes Arbeitswerkzeug an. Dem Motor kann ggf. ein nicht dargestell- tes Getriebe zugeordnet sein.

In dem Abschnitt, in dem die Welle 4 durch die Gehäusewand 1 hindurchgeführt ist, bildet die Gehäusewand 1 eine die Welle 4 konzentrisch umgebende Mantelfläche 5. Die Welle 4 ist umgeben von zwei Kolbenringen. Die Kolbenringe haben einen rechteckigen Querschnitt und entsprechen z.B. der DIN 34110.

In einer ersten, in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausfüh- rungsform der Erfindung sind zwei Nuten 6 in die Oberfläche 41 der Welle 4 eingelassen. Die Nuten 6 nehmen Kolbenringe 8 auf. Die Kolbenringe 8 umfassen eine innere Umfangsflache 81 und eine äußere Umfangsflache 82 sowie zwei Stirnflächen 83, 84. Die äußere Umfangsflache 82 ist als erste Anlage- fläche ausgebildet und wirkt mit der Mantelfläche 5 als Gegenfläche zusammen. Die Stirnfläche 83 ist als zweite Anlagefläche ausgebildet und wirkt mit einer Gegenfläche 61 der Nut 6 zusammen. Die innere Umfangsflache 81 und die Stirnfläche 84 liegen nicht in der Nut 6 an, der Kolbenring 8 hat Spiel innerhalb der Nut 6.

In entspanntem Zustand ist der Durchmesser des Kolbenrings 8 größer als der Durchmesser der von der Mantelfläche 5 um-

gebenen öffnung in der Gehäusewand 1. Der Kolbenring 8 muss also radial nach innen vorgespannt werden, um in die Mantelfläche 5 eingesetzt werden zu können. Die Vorspannung, unter der der Kolbenring 8 im eingesetzten Zustand steht, erhöht den Anlagedruck zwischen der äußeren Umfangsfläche 82 und der Mantelfläche 5. Indem die äußere Umfangsflache 82 unter erhöhtem Anlagedruck auf der Mantelfläche 5 aufliegt, wird der zwischen den beiden Flächen bestehende Austrittsweg abgedichtet.

Im normalen Betrieb besteht nur ein leichter Anlagedruck zwischen der als zweite Anlagefläche ausgebildeten Stirnfläche 83 des Kolbenrings 8 und der Gegenfläche 61 der Nut. Die Dichtwirkung in diesem Zustand ist ebenfalls gering. Erhöht sich in Folge einer Explosion der Druck im Innenraum 2, so überträgt sich die Druckerhöhung über die dem Innenraum zugewandte Stirnfläche 84 auf die Stirnfläche 83 und die Gegenfläche 61. Der erhöhte Anlagedruck zwischen der Stirnfläche 83 und der Gegenfläche 61 führt zu einer guten Dichtwirkung in dem Moment, in dem sie erforderlich ist.

Um das radiale Vorspannen der Kolbenringe 8 zu ermöglichen, weisen die Kolbenringe 8 in Fig. 5 dargestellte Trennstellen 14 auf. Mit der Mantelfläche 5 verbundene Verdrehsiche- rungen 15 greifen in die Trennstellen 14 ein. Die Trennstellen 14 der beiden Kolbenringe 8 sind um 180° zueinander versetzt und werden durch die Verdrehsicherungen 15 in dieser Winkelposition gehalten.

In einer alternativen, in den Fig. 2 und 4 dargestellten Ausführungsform sind Nuten 7 in die Mantelfläche 5 des Gehäuses 1 eingelassen. Die Nuten 7 nehmen Kolbenringe 9 auf. Die Kolbenringe 9 umfassen innere Umfangsflächen 91, äußere

Umfangsflächen 92 sowie Stirnflächen 93, 94. Die innere Um- fangsfläche 91 ist als erste Anlagefläche ausgebildet, die mit der Oberfläche 41 der Welle 4 als Gegenfläche zusammenwirkt. Die Kolbenringe 9 sind nach außen vorgespannt, so dass die inneren Umfangsflächen 91 durch die Vorspannung auf die Oberfläche 41 der Welle 4 gedrückt werden. Die Stirnflächen 93 wirken als zweite Anlageflächen mit der Gegenfläche 71 der Nut 7 zusammen. Die nicht dargestellten Verdrehsicherungen der Kolbenringe 9 sind mit der Welle 4 verbunden. Im übrigen ist die Wirkungsweise dieser Ausführungsform identisch mit der Wirkungsweise der in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsform.

In Figur 2 ist ferner noch eine optionale Ausrüstung mit einer zusätzlichen Berührungsdichtung 10 dargestellt. Die Berührungsdichtung 10 ist zwischen den Kolbenringen 9 und dem Außenraum 3 so angeordnet, dass sie die Welle 4 gegenüber dem Gehäuse 1 dichtet. Die Berührungsdichtung 10 kann als an sich bekannte Weichstoffdichtung ausgeführt sein. Sie ist dank des Kolbenrings 9 vor Belastung durch Flammen oder Explosion im Innenraum 2 geschützt, und kann daher allein darauf ausgelegt sein, ein Ausströmen von durch den Kolbenring 9 strömendem Leckagegas zu verhindern. Damit kann der Gasverlust aus dem Innenraum 2 praktisch verhin- dert werden, so dass weniger beziehungsweise keine Verluste an Inertgas aus dem Innenraum 2 mehr ausgeglichen werden müssen. Die Betriebskosten können damit gesenkt werden.