Abdichtvorrichtung mit Kühlung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abdichtvorrichtung zum Abdichten von drehbar gelagerten Wellen und zum Abführen von durch Reibung gebildeter Wärme. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Abdichtvorrichtungen.

In einer Vielzahl von Maschinen werden Wellen zur Übertragung von Drehbewegungen verwendet. Insbesondere ist es bekannt, Antriebswellen zum Drehen von Mischvorrichtungen zu verwenden. Hierzu werden die Antriebswellen von einem Getriebe und/oder Motor aus in ein Gehäuse geführt, in dem sie mit den Mischvorrichtungen verbunden sind, um diese zu bewegen. Ein Beispiel für derartige Maschinen sind Extrusionsanlagen, in denen in einem Gehäuse rotierende Extruderschnecken eine Extrusionsmasse durchwalken bzw. durchmischen. Derartige Extruderschnecken sind mit einer Antriebswelle verbunden, die aus dem Gehäuse der Extrusionsanlage herausragt.

Bei derartigen Mischvorrichtungen kann es aufgrund des Mischvorgangs (z.B. aufgrund von Abrieb) oder aufgrund der für die Mischung verwendeten Materialien (z.B. Materialien oder Mischzusätze in Pulverform, wie etwa Kreide, Talkum oder Farbpulver) zu einer starken Staubentwicklung kommen. Ohne Abdichtung des Zwischenraums zwischen dem Gehäuse der Mischvorrichtung und der aus dem Gehäuse ragenden Welle würde es während des Betriebs zu einer starken Verschmutzung kommen. Zudem können austretende Stäube gesundheitsgefährdend sein oder auch aufgrund von übergroßer Staubablagerung zu einer Beschädigung des Motors, des Getriebes bzw. des Antriebsstrangs führen.

Für derartige Abdichtung verwendete Vorrichtungen können aus mindestens einem Gehäuseelement und einem darin liegenden Dichtmittel bestehen, wie etwa einer Pressdichtung, einem O-Ring, einem Radialwellendichtring, einer Stopfbuchse oder dergleichen. Es ist hierbei vorteilhaft, das Gehäuseelement zusätzlich mit einer Kühlleitung auszustatten, um zwischen Welle und Dichtmittel bzw. Gehäuseelement entstehende Reibungswärme aus der Abdichtungsbaugruppe auszuleiten. Die Kühlleitungen sollten hierbei möglichst nah an den Reibpunkten verlaufen, an denen die Wärmeentwicklung stattfindet, um die Kühlwirkung zu maximieren.

Üblicher Weise werden die Leitungen hierzu eingebohrt und die offenen Enden durch Stopfen wieder verschlossen, wobei lediglich eine Einlass- und eine Auslassöffnung offenbleibt. Dabei können aber die folgenden Probleme auftreten.

Zum einen sind durch den zerspanenden Herstellungsprozess die Kühlleitungen geometrisch limitiert und sorgen in den meisten Fällen nicht für eine homogene, d.h. räumlich gleichmäßige Wärmeabfuhr. Dies kann zu einer ungleichmäßigen Aufheizung der Abdichtung und/oder zu einer Überhitzung der Dichtmittel und damit zu einer Beschädigung der Abdichtung führen.

Zudem ist der Herstellungsprozess mit mehreren Bearbeitungsschritten aufwendig. Auch weisen die Gehäuseelemente gegebenenfalls relativ große oder viele Abdichtungsflächen auf, wodurch eine Leckage der Kühlung auftreten kann. Dadurch kann es zu einem übermäßigen Verbrauch von Kühlmittel und/oder einer Verschmutzung der Anlage kommen.

Bei begrenztem Bauraum oder schlechter Zugänglichkeit an das Gehäuseelement der Abdichtung, ist es oft nur möglich, eine einfach ausgestaltete Kühlleitung in das Gehäuseelement einzubringen, die nicht alle zu kühlenden Bereiche erreicht. Auch hierdurch kann es zu einer Beschädigung der Abdichtung aufgrund von Überhitzung kommen.

Überdies können während der Herstellung mit zerspanenden Prozessen auftretende Späne in den Kühlleitungen Zurückbleiben, die den Durchfluss des Kühlmediums behindern. Dies führt zu einer verschlechterten Kühlleistung und kann die Lebensdauer der verwendeten Dichtmittel herabsetzen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abdichtvorrichtung für drehbar gelagerte Wellen zu schaffen, mit der die oben genannten Probleme nicht auftreten. Insbesondere soll eine Abdichtvorrichtung geschaffen werden, die einen räumlich homogenen Abtransport von in der Abdichtungsvorrichtung entstehender Reibungswäre gewährleistet.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Eine Abdichtvorrichtung zum Abdichten des Zwischenraums zwischen einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Welle kann einen ersten plattenförmigen Körper mit einer Vorderseite, einer Rückseite und einer ersten Öffnung, die sich von der Vorderseite zu der Rückseite erstreckt und zum Durchführen der Welle geeignet ist, und eine in dem Körper verlaufende Kühlleitung aufweisen, die zum Führen eines Kühlmediums geeignet ist. Hierbei ist der erste Körper geeignet, derart dicht an dem Gehäuse befestigt zu werden, dass die in dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle durch die erste Öffnung geführt wird. Die erste Öffnung ist derart zum Einbringen von Dichtmitteln geeignet, dass die Dichtmittel einen Zwischenraum zwischen der Welle und dem ersten Körper abdichten. Die Kühlleitung wird zwischen einem Kühlleitungseinlass und einem Kühlleitungsauslass für das Kühlmedium derart um die erste Öffnung herumgeführt, dass durch Drehung der Welle entstehende Wärme räumlich homogen durch das Kühlmedium abgeführt werden kann.

Sowohl eine das Dichtmittel aufnehmende Öffnung für die Welle als auch die Kühlleitung befinden sich also im gleichen Bauelement der Abdichtvorrichtung. Durch seine plattenförmige Ausgestaltung ist diese Abdichtplatte bzw. dieser erste Körper dazu geeignet, an dem Gehäuse derart dicht befestigt zu werden, dass ein in dem Gehäuse befindlicher Stoff entlang der Welle nur über die Öffnung des ersten Körpers aus dem Gehäuse austreten kann.

Gleichzeitig findet aufgrund des in der Öffnung platzierten Dichtmittels Reibung nur im Bereich der Öffnung der Abdichtvorrichtung statt. Aufgrund dieser Lokalisation ist es möglich, die Kühlleitung ausreichend nahe am Ort der Reibung entlangzuführen, d.h. ausreichend nahe an der Öffnung. Der Abstand der Kühlleitung zur Öffnung kann dabei im Bereich von 0,5 cm bis 10 cm liegen, z.B. bei 1 cm, 2 cm, 5 cm, oder 7 cm. Der Abstand kann hierbei im Verlauf der Kühlleitung variieren. Der Abstand kann aber auch konstant sein.

Die Kühlleitung kann z.B. kontinuierlich um die Öffnung laufen. Hierdurch kann ein optimaler Abtransport von Wärme erfolgen, insbesondere wenn der erste Körper aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, etwa einem Metall, wie z.B. Aluminium, Eisen oder Kupfer. Insbesondere ist der Wärmetransport wegen des kontinuierlichen Verlaufs der Kühlleitung räumlich homogen, d.h. die durch die Reibung am in der Öffnung eingesetzten Dichtmittel entstehende Wärme wird vom Rand der Öffnung ausgehend in aller Richtungen gleichmäßig abgeführt.

Dadurch wird einer ungleichmäßigen Aufheizung und/oder einer Überhitzung der Abdichtvorrichtung bzw. der in sie eingesetzten Dichtmittel oder der Welle entgegengewirkt, wodurch eine frühzeitige Alterung bzw. eine Beschädigung der Dichtmittel verhindert werden kann.

Der erste Körper kann einstückig ausgebildet sein, insbesondere mittels eines additiven Fertigungsverfahrens. Der erste Körper besteht dann also nicht aus mehreren Unterkomponenten, wie etwa aus der Kombination einer Platte mit eingefräster Kühlleitung, die mit eine weiteren Platte abgedeckt ist, sondern nur aus einem einzelnen Element.

Bei einer additiven Fertigung, z.B. mittels 3D-Druck, wird der erste Körper Schicht für Schicht aufgebaut. Im ersten Körper vorgesehene Hohlräume, wie die Kühlleitung oder die erste Öffnung werden hierbei bereits bei der Fertigung freigelassen. Dies macht eine spätere spanende Bearbeitung unnötig. Es besteht damit also keine Gefahr, von die Kühlleitung blockierenden Spänen.

Die Herstellung mittels additiver Fertigungsverfahren hat zudem den Vorteil, dass Form und Lage sämtlicher Hohlräume, also insbesondere der Kühlleitungen und der Öffnung vollkommen frei wählbar sind, sowohl hinsichtlich des Verlaufs als auch des Querschnitts. Die Kühlleitungen können insbesondere jeden beliebigen Querschnitt aufweisen, z.B. rund, oval oder eckig sein. Auch kann sich die Querschnittsfläche innerhalb der Kühlleitung ändern. Ebenso ist es möglich, eine beliebige, vorteilhafte Leitungsführung zu realisieren, also insbesondere eine beliebige Anzahl von Umlenkungen und/oder Abzweigungen bzw. Auffächerungen vorzunehmen. Hierdurch kann der Druckabfall innerhalb der Leitung optimal eingestellt werden, was zu einem geringeren Verbrauch von Kühlmedium, einer schnelleren oder besser gerichteten Wärmeabfuhr und/oder zu einer Energieeinsparung führt.

Der erste Körper kann aus jedem Material hergestellt werden, das eine ausreichende Festigkeit für die Verwendung als Abdichtplatte hat. Vorzugsweise ist der erste Körper aus Metall, z.B. aus Aluminium gefertigt.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Kühlleitung einen hexagonalen Querschnitt aufweist. Dieser erlaubt es nämlich, die Fertigung der Abdichtvorrichtung mittels additiver Verfahren zu vereinfachen. Aufgrund der hexagonalen Form des Leitungsquerschnitts, z.B. als gleichwinkliges oder langgestrecktes Sechseck, kommt es nämlich beim schichtweisen Aufbau des ersten Körpers nicht zu Überhängen, die gegenüber dem Gewicht der nächsten Schicht zu instabil sind, um ein Einbrechen des Kühlleitungskanals zu verhindern.

Vorteilhaft ist hierbei insbesondere einen Leitungsquerschnitt zu wählen, bei dem Spitzen des Sechsecks in Richtung der Vorderseite und der Rückseite des ersten Körpers zeigen. Dann kann nämlich beim Aufbau des ersten Körpers zunächst eine v-förmige Kerbe freigelassen werden, an die sich hierauf senkrechte Wände anschließen, deren Länge größer ist also die Länge der Seiten der Kerbe. Diese können zum Verschluss der Kühlleitung mit einem Abschluss in Form eines nach oben weisenden Keils (A) bedeckt werden, der der gespiegelten v-förmigen Kerbe entsprechen kann, da diese Form ausreichend stabil für eine zusammenwachsende Schichtfolge ist.

Da Sechseckform kann zudem symmetrisch gegenüber Drehungen um 180° oder Spiegelungen sein. Dann kann der erste Körper ausgehend von seiner Vorderseite oder seiner Rückseite gefertigt werden. Dies macht die Herstellung flexibler und damit einfacher.

Die Kühlleitung kann sich innerhalb des ersten Körpers in mehrere Teilleitungen auffächern. Dadurch kann eine bessere Ableitung der entstandenen Reibungswärme gewährleistet werden.

Die Dichtmittel können als Stopfbuchse ausgebildet sein. Dies ist eine einfach zu realisierende Abdichtung für drehendbare Wellen. Zudem erlaubt eine Stopfbuchse ein Nachstellen der Dichtung bei beginnender Undichtigkeit, z.B. wegen Abrieb. Die Dichtmittel können so möglichst lange in Betrieb bleiben, ohne ausgetauscht werden zu müssen.

Die Abdichtvorrichtung kann des Weiteren eine in dem Körper verlaufende Dichtungsleitung aufweisen, die zum Führen eines flüssigen oder gasförmigen Dichtungsmediums geeignet ist. Hierbei weist die Dichtungsleitung eine Mehrzahl von mit einem Einlass über zumindest eine Umlenkung und/oder zumindest eine Auffächerung verbundenen Auslässen auf, die radialsymmetrisch in die erste Öffnung führen. Die in die erste Öffnung eingebrachten Dichtmittel dichten hierbei einen Zwischenraum zwischen der Welle und dem ersten Körper ab, ohne die Auslässe der Dichtungsleitung zu blockieren. In diesem Fall ist die Abdichtvorrichtung zum Abdichten mittels einer Kombination von Dichtmitteln und einem Dichtungsmedium geeignet. Hierdurch werden die Abdichteigenschaften der Abdichtvorrichtung verbessert. Durch die radialsymmetrische Einspeisung des Dichtungsmediums wird insbesondere gewährleistet, dass die in der Öffnung befindliche Welle vollständig durch das Dichtungsmedium umschlossen wird, um eine verlässliche Dichtung zu gewährleisten.

Der erste Körper kann eine weitere Öffnung aufweist, die zum Durchführen einer weiteren Welle geeignet ist. Dies erlaubt es, die Abdichtvorrichtung auch für Vorrichtungen zu verwenden, die mehrere, insbesondere parallele, Wellen aufweisen. Insbesondere ist eine derartige Abdichtvorrichtung für einen Einsatz in Mehrwellenextrudern geeignet.

Die Abdichtvorrichtung kann des Weiteren einen weiteren Körper aufweisen, der wie der erste Körper aufgebaut ist und geeignet ist, derart dicht mit dem ersten Körper verbunden zu werden, dass die erste Öffnung des ersten Körpers sich mit der weiteren Öffnung des weiteren Körpers überlappt und das Durchführen der Welle erlaubt, und dass die weitere Öffnung des ersten Körpers sich mit der ersten Öffnung des weiteren Körpers überlappt und ein Durchführen der weiteren Welle erlaubt. Die Kühlleitung des ersten Körpers kann hierbei mit einer Kühlleitung des weiteren Körpers derart verbunden sein, dass beide Kühlleitungen über einen gemeinsamen Einlass gespeist werden.

Erster und dritter Körper sind also im Wesentlichen baugleich, d.h. sie weisen die gleichen Arten von Öffnungen und Leitungen auf. Beide Körper weisen eine erste Öffnung, in die ein Dichtmittel eingesetzt werden kann und die deshalb während eines Abdichtbetriebs gekühlt werden muss, und eine weitere Öffnung auf. In beiden Körpern umläuft eine Kühlleitung die erste Öffnung, um die während des Betriebs entstehende Reibungswärme abführen zu können. Durch beide Öffnungen kann eine Welle geführt werden. Die Öffnungen mit den Dichtmitteln liegen aber nicht übereinander, sondern sind jeweils einer anderen Welle zugeordnet. Hierdurch lässt sich eine Abdichtung für zwei parallel laufende Wellen realisieren, wie sie z.B. in Zweischneckenextrudern vorhanden sind.

Ein Einlass der Kühlleitung eines Körpers kann mit dem Auslass der Kühlleitung des anderen Körpers verbunden sein, so dass ein geschlossener Kühlkreislauf entsteht. Dies ermöglicht es, in effizienter Weise Systeme mit zwei drehbaren Wellen gekühlt abzudichten.

Ebenso ist es denkbar, in einer Abdichtplatte mehrere Öffnungen vorzusehen, die mit Kühlleitungen umgeben sind, wie sie oben beschrieben wurden. Auch hierdurch können Mehrwellensysteme mit einer beliebigen Anzahl von Wellen effektiv abgedichtet werden. Zudem können mehrere Abdichtplatten, wie sie oben beschrieben wurden, bei entsprechender Ergänzung von Durchtrittsöffnungen, aufeinander befestigt für die Abdichtung von Systemen mit einer beliebigen Anzahl von Wellen verwendet werden.

Eine Extrusionsvorrichtung kann eine in einem Gehäuse mittels einer Welle drehbar gelagerte Extrusionsschnecke und eine Abdichtvorrichtung zum Abdichten des Zwischenraums zwischen dem Gehäuse und der Welle aufweisen, wie sie oben beschrieben wurde. Eine derartige Extrusionsvorrichtung ist also gegen das Austreten von Extrudat und/oder von, insbesondere pulverförmigen, Mischzusätzen in Richtung des Schneckenantriebs effektiv abgedichtet. Gleichzeitig wird die Abdichtvorrichtung gekühlt, wodurch sich die Lebensdauer der verwendeten Dichtmittel erhöht.

Eine Mehrschnecken-Extrusionsvorrichtung kann zwei in einem Gehäuse mittels einer ersten Welle und einer zweiten Welle drehbar gelagerte Extrusionsschnecken und eine Abdichtvorrichtung für mehrere Wellen aufweisen, wie sie oben beschrieben wurde. Hierdurch können Mehrschnecken-Extruder in effektiver Weise gegen das Austreten von Extrudat und/oder von, insbesondere pulverförmigen, Mischzusätzen in Richtung des Schneckenantriebs abgedichtet werden. Gleichzeitig wird die Abdichtvorrichtung gekühlt, wodurch sich die Lebensdauer der verwendeten Dichtmittel erhöht.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Abdichtvorrichtung wie sie oben beschrieben wurde kann aufweisen: Erzeugen des ersten Körpers mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere mittels 3D-Druck. Wie oben beschrieben erlaubt dies, die Abdichtvorrichtung in möglichst effizienter und einsatztauglicher Weise herzustellen.

Ein Computerprogrammprodukt kann bei Ausführung auf einer Vorrichtung zur additiven Fertigung, die Vorrichtung zur additiven Fertigung veranlassen, das obige Verfahren durchzuführen.

Im Folgenden soll die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Figuren im Detail erläutert werden. Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung nur beispielhaft ist. Der Gegenstand der Erfindung ist allein durch die Ansprüche definiert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Abdichtvorrichtung; und

Fig. 2A und 2B eine schematische Ansicht einer weiteren Abdichtvorrichtung.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine Abdichtvorrichtung 100 für einen Zweischneckenextruder erläutert. Die Erfindung soll hierdurch aber nicht beschränkt werden. Insbesondere soll die Verallgemeinerung der folgenden Beschreibung auf Abdichtvorrichtungen für Extruder mit nur einer oder mehr als zwei Schnecken und auch die Verallgemeinerung auf Abdichtvorrichtungen für andere Maschinen, die eine oder mehrere gegenüber einem Gehäuse abzudichtende Wellen aufweisen, von der Erfindung mitumfasst sein, soweit sie unter den Gegenstand der Ansprüche fällt. Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der Abdichtvorrichtung 100 zum Abdichten eines Zwischenraums zwischen einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Welle.

Die Abdichtvorrichtung 100 weist einen plattenförmigen ersten Körper 110 auf. Die Abdichtvorrichtung 100 kann im Wesentlichen aus dem ersten Körper 110 bestehen. Sie kann aber, wie unten beispielhaft mit Bezug auf die Fig. 2A und 2B erläutert wird, auch aus mehreren Komponenten aufgebaut sein.

Der erste Körper 110 ist als Abdeckplatte ausgebildet, d.h. seine Ausdehnung in zwei Richtungen ist größer als seine Ausdehnung in die dritte Richtung. Der erste Körper 110 ist dabei derart ausgestaltet, dass er an einer Oberfläche des abzudichtenden Gehäuses fest und bündig angebracht werden kann, z.B. durch Schraubverbindungen, Nieten, Schweißen oder dergleichen. Die Oberfläche des ersten Körpers 110, die mit dem Gehäuse in Kontakt kommt, kann dabei beliebig ausgebildet sein, solange garantiert wird, dass der Kontakt zwischen Gehäuse und erstem Körper 110 derart dicht ist, dass aus dem Gehäuse austretende Stoffe nicht entlang der Verbindung zwischen Gehäuse und erstem Körper 110 entweichen können. Auf diese Weise wird erreicht, dass die erwünschte Abdichtung zwischen Gehäuse und Welle auch zwischen dem ersten Körper 110 und der Welle hergestellt werden kann.

Die Abdichtung zwischen Gehäuse und erstem Körper 110 kann dabei in beliebiger bekannter Weise erfolgen, z.B. durch reine Pressverbindung von aneinander anliegenden Bauteilen mittels Verschraubung, Vernietung oder dergleichen, durch zusätzliche Dichtmittel, wie etwa Gummidichtelemente, oder Dichtmedien, wie etwa Fett, oder auch durch ein Verschweißen von erstem Körper 110 und Gehäuse.

Wie mit Bezug auf die Fig. 2 erläutert wird, können auch weitere Komponenten zwischen dem Gehäuse und dem ersten Körper 110 angeordnet sein, solange die Verbindung des Gehäuses mit dem ersten Körper 110 (inklusive der weiteren Komponenten) insgesamt dicht ist. Der erste Körper 110 kann hierbei aus jedem ausreichend festen Material bestehen, das geeignet ist, in der weiter unten beschriebenen Form ausgebildet zu werden, und das sich mit dem Gehäuse verbinden lässt. Insbesondere kann der erste Körper 110 aus einem Metall wie etwa Aluminium oder Eisen bestehen. Der erste Körper 110 kann aber auch aus einem ausreichend harten Kunststoff oder aus Keramik gefertigt sein.

In dem ersten Körper 110 ist eine (erste) Öffnung 120 vorgesehen, die sich zwischen einer Rückseite und einer Vorderseite des ersten Körper 110 erstreckt. Die erste Öffnung 120 ist ausreichend groß, dass die aus dem Gehäuse ragende Welle durch sie hindurch geführt werden kann, wenn die Abdichtvorrichtung 100 bzw. der erste Körper 110 mit dem Gehäuse verbunden sind. Zum Beispiel kann die Öffnung 120 einen Durchmesser von 10 cm bis 100 cm oder mehr aufweisen, etwa 20, 40, 60 oder 80 cm. Die erste Öffnung 120 erlaubt es also, die Welle zu drehen, wenn die Abdichtvorrichtung 100 und das Gehäuse der Welle miteinander verbunden sind.

Durch die feste und dichte Verbindung von Gehäuse und erstem Körper 110 verlagert sich ein Bereich, aus dem der sich im Gehäuse befindliche, abzudichtende Stoff (z.B. ein Pulver wie Kreide, Talkum oder ein Farbpulver) austreten kann, auf den Zwischenraum zwischen erstem Körper 110 und der Welle. Es genügt zur Abdichtung also den von der Welle nicht ausgefüllten Bereich der Öffnung 120 abzudichten.

Die Öffnung 120 ist deshalb derart ausgestaltet, dass darin ein (erstes) Dichtmittel 140 eingesetzt werden kann, dass die Öffnung 120 im Bereich zwischen erstem Körper 110 und der Welle vollständig abdichtet. Das Dichtmittel 140 kann dabei jede beliebige Form annehmen, die zum Abdichten des Zwischenraums zwischen dem ersten Körper 110 und der sich drehenden Welle geeignet ist. Zum Beispiel kann es sich bei dem Dichtmittel 140 um einen O-Ring, einen Radialwellendichtring oder dergleichen oder auch eine Kombination daraus handeln. Vorzugsweise ist das Dichtmittel 140 als Stopfbuchse ausgebildet, da dies ein Nachstellen bei Undichtigkeit erlaubt. Das Dichtmittel 140 besteht typischerweise aus Gummi, Kautschuk oder dergleichen. Die Öffnung 120 kann dann z.B. gestuft ausgebildet sein, um ein Einpressen und damit Aufspreizen des Dichtmittels 140 gegen die Stufe zu ermöglichen, wodurch das Dichtmittel 140 gegen die drehbare Welle gepresst wird und so die Abdichtung verbessert.

Da das Dichtmittel 140 für eine wirksame Abdichtung eng an der Welle und dem ersten Körper anliegen muss, kommt es zwischen der Welle, dem Dichtmittel 140 und/oder dem ersten Körper 110 zu Reibung und damit zu einer Wärmeentwicklung. Ebenso kann bei entsprechender Ausgestaltung des ersten Körpers 110 Reibung, und damit Wärmeentwicklung, auch zwischen der Welle und dem ersten Körper 110 auftreten. Diese Reibungswärme kann bei einem längeren Betrieb der Welle erheblich werden und ohne Kühlung eine Beschädigung der Dichtmittel 140, der Welle und/oder der Abdichtvorrichtung 100 verursachen.

Aus diesem Grund weist der erste Körper 110 eine Kühlleitung 170 auf, die von einem Kühlleitungseinlass 172 zu einem Kühlleitungsauslass 174 verläuft und die zum Führen eines Kühlmediums, wie etwa Luft, Wasser oder einer anderen, bekannten Kühlflüssigkeit geeignet ist. Die Kühlleitung 170 umschließt hierbei insbesondere die erste Öffnung 120 mit dem darin eingesetzten Dichtmittel 140. Hierzu weist die Kühlleitung 170 eine kontinuierliche Umlenkung und/oder mehrere Abzweigungen auf, durch die die Kühlleitung 170 stets nahe an allen Orten verläuft, an denen Reibungswärme erzeugt werden kann. Die Kühlleitung 170 ist also in der Lage die entstehende Reibungswärme räumlich homogen abzuführen.

Die Kühlleitung 170 kann hierbei wie in der Fig. 1 gezeigt kreisförmig verlaufen und einen bis auf wenige Zentimeter geschlossenen Kreis bilden. Die Kühlleitung 170 kühlt herbei also den gesamten Umfang des ersten Körpers 110. Von der Öffnung 120 durch den ersten Körper 110 transportierte Wärme kann hierdurch in besonders effektiver Weise gleichmäßig abgeführt werden. Im Allgemeinen kann die Kühlleitung 170 aber jede beliebige Leitungsführung aufweisen, die es ermöglicht, die erzeugte Reibungswärme gleichmäßig aus dem ersten Körper 110 abzuführen. Zum Beispiel könnte die Kühlleitung 170 auch einen sternförmigen Verlauf mit mehreren Abzweigungen aufweisen. Zudem können auch mehrere Kühlkreisläufe in dem ersten Körper 110 ausgebildet sein, wenn dies als vorteilhaft erachtet wird.

Wie in der Fig. 1 gezeigt können sich der Kühlleitungseinlass 172 und der Kühlleitungsauslass 174 jeweils auf der Vorder- oder Rückseite des ersten Körpers 110 befinden. Hierdurch wird eine modulare Verbindung mit in weiteren Komponenten der Abdichtvorrichtung vorhandenen Kühlleitungen ermöglicht, wie er z.B. weiter unten mit Bezug auf die Fig. 2A und 2B beschrieben wird. Zudem erlaubt diese Anordnung, die Kühlleitung 170 vollständig innerhalb des ersten Körpers 110 und damit benachbart zu entstehender Reibungswärme zu führen, wodurch die Kühlleistung verbessert wird. Die Kühlleitungsein- und -auslässe 172, 174 können aber auch an der Seite des ersten Körpers 110 angeordnet sein. Zudem kann auch eine Mehrzahl von Kühlleitungseinlässen 172 und/oder Kühlleitungsauslässen 174 vorhanden sein, falls dies notwendig ist.

Ein Querschnitt der Kühlleitung 170 kann hierbei beliebig geformt sein, z.B. rund, oval oder eckig. Auch können sich die Querschnittsgeometrie und die Weite der Kühlleitung 170 in deren Verlauf ändern, falls dies notwendig sein sollte. Wie weiter unten beschrieben, ist eine hexagonale Form mit auf die Vorder- und Rückseite weisenden Spitzen besonders vorteilhaft, für einen mittels 3D-Druck hergestellten ersten Körper 110. Der Durchmesser der Kühlleitung 170 liegt typischer Weise im Bereich von 0,5 cm bis 3 cm.

Wie in der Fig. 1 gezeigt kann der erste Körper 110 als optionalen Bestandteil eine Dichtungsleitung 130 bzw. ein durch die Dichtungsleitung 130 geformtes Leitungssystem aufweisen, in der ein Dichtungsmedium zur Öffnung 120 geführt werden kann, insbesondere ein gasförmiges oder flüssiges Dichtungsmedium, wie etwa Luft, Wasser oder Fett. Die Dichtungsleitung 130 kann dabei jeden beliebigen zur Führung des gewünschten Dichtungsmediums geeigneten Querschnitt aufweisen, der sich in seiner Form und seiner Fläche auch verändern kann. Der Durchmesser der Dichtungsleitung 130 kann im Bereich von 1 mm bis 20 mm liegen und z. B. 2 mm, 5 mm, 10 mm oder 20 mm betragen.

Die Dichtungsleitung 130 weist einen oder mehrere Einlässe 132 auf, über die das Dichtungsmedium in die Dichtungsleitung 130 eingebracht werden kann. In der Fig. 1 sind drei solcher Einlässe 132 gezeigt. Es versteht sich aber von selbst, dass jede beliebige zweckdienliche Zahl verwendet werden kann, insbesondere auch nur ein Einlass 132. Die Einlässe 132 können sich sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des ersten Körpers 110 befinden. Die Zuleitung des Dichtungsmediums kann also von außen, d.h. über die vom Gehäuse abgewandte Seite des ersten Körpers 110 erfolgen. Sie kann aber auch über in dem Gehäuse oder in zwischenliegenden Komponenten angeordneten Leitungen erfolgen. Die Einlässe 132 befinden sich dann in der dem Gehäuse zugewandten Seite des ersten Körpers 110. Die Einlässe bzw. der Einlass 132 können sich aber auch an der Seite des ersten Körper 110 befinden.

Von den Einlässen 132 aus erstreckt sich die Dichtungsleitung 130 über Umlenkungen 134 und Auffächerungen bzw. Abzweigungen 136 zu Auslässen 138, über die das Dichtungsmedium an die durch die Öffnung 120 geführte Welle herangebracht werden kann. Die Umlenkungen 134 und Auffächerungen 136 dienen dazu, die Welle möglichst radialsymmetrisch mit dem Dichtungsmedium zu umgeben. Die Dichtungsleitung 130 ist also derart geformt, dass die Auslässe 138 zur Wellenachse radialsymmetrisch angeordnet sind. So sind in der Fig. 1 die vier Auslässe 138 jeweils um 90° zueinander versetzt. Die Anzahl der Auslässe 138 kann beliebig sein. Vorzugsweise ist sie größer als eins, um eine gleichmäßige Zuführung von Dichtungsmedium zu gewährleisten. Es ist aber auch eine Abdichtvorrichtung 100 mit nur einem Auslass 138 denkbar.

Die Dichtungsleitung 130 kann hierbei in der gleichen Ebene liegen wie die Kühlleitung 170. Die beiden Leitungssysteme können aber auch in verschiedenen Ebenen angeordnet sein, d.h. verschied von der Vorder- bzw. Rückseite des ersten Körpers 110 beabstandet sein.

Die oben beschriebene Kombination von erster Öffnung 120 und Kühlleitung 170 in einem plattenförmigen ersten Körper 110 stellt (gegebenenfalls mit der Dichtungsleitung 130) das Grundprinzip der Abdichtvorrichtung 100 dar. Hiermit lässt sich eine gekühlte Abdichtung einer in einem Gehäuse drehenden Welle in einfacher Weise erreichen. Auch wenn dies im Folgenden nicht in den Figuren gezeigt ist, kann diese Kombination allein für eine einzelne Welle verwendet werden. Ebenso wäre es möglich, mehrere derartige Kombinationen in einer einzigen Abdichtplatte unterzubringen, um mehrere Wellen gekühlt abzudichten.

Alternativ können, wie unten mit Bezug auf die Fig. 2A und 2B erläutert, mehrere Abdichtplatten, die entsprechend dem ersten Körper 110 geformt sind, übereinander (oder hintereinander) angebracht sein, um mehrere Wellen gekühlt abzudichten.

Zu diesem Zweck kann, wie in der Fig. 1 gezeigt, eine weitere Öffnung 160 vorgesehen sein, durch die eine weitere Welle geführt werden kann. Auch diese weitere Öffnung 160 ist in der Fig. 1 von der Kühlleitung 170 umgeben, um eventuell entlang der weiteren Öffnung 160 geführte Wärme ableiten zu können. Es ist aber auch möglich, die weitere Öffnung 160 auszusparen, d.h. die Kühlleitung 170 nur um die erste Öffnung 120 mit dem Dichtmittel 140 zu führen.

Wie in der Fig. 1 gezeigt ist die weitere Öffnung 160 nicht mit Auslässen 138 der optionalen Dichtungsleitung 130 versehen, d.h. von der in dem ersten Körper 110 vorgesehenen Dichtungsleitung 130 kann kein Dichtungsmedium in die weitere Öffnung 160 eingebracht werden.

Der erste Körper 110 kann, wie in den Figuren gezeigt, einstückig ausgebildet sein, d.h. der erste Körper 110 ist nicht aus verschiedenen Komponenten ausgebildet. Insbesondere kann der erste Körper 110 in einem additiven Fertigungsverfahren wie dem 3D-Druck hergestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass sämtliche in dem ersten Körper 110 verlaufenden Hohlräume wie die Kühlleitung 170, die Öffnungen 120, 160 oder die Dichtungsleitung 130 eine weit flexiblere und nahezu beliebige Form aufweisen können. Zudem wird durch den Verzicht auf spanende Fertigungstechniken, wie Bohren oder Fräsen, verhindert, dass Späne die Kühlleitung 170 (oder die Dichtungsleitung 130) ganz oder teilweise blockieren. Vorzugsweise besteht der erste Körper 110 dann aus einem Metall, etwa aus Aluminium.

Besonders vorteilhaft ist hierbei, die Kühlleitungen 170 (oder auch die Dichtungsleitungen 130) mit einem hexagonalen Querschnitt zu fertigen, bei dem die sechs Ecken des Hexagons derart ausgerichtet sind, dass zwei sich gegenüberliegende Spitzen auf die Vorderseite und die Rückseite des ersten Körpers 110 weisen. Bevorzugt ist das Hexagon dabei derart gestaltet, dass parallel zur Wellenachse stehende Seiten länger ausgebildet sind, als die Seiten, die die auf die Vorderseite und die Rückseite des ersten Körpers 110 weisenden Spitzen bilden.

Durch eine solche Gestaltung der Kühlleitungen 170 kann sichergestellt werden, dass die Kühlleitungsgänge beim schichtweisen Aufbau des ersten Körpers nicht einbrechen, da zu große Überhänge von Material entstehen. Zudem kann bei Invarianz unter Spiegelung gewährleistet werden, dass der erste Körper 110 sowohl von seiner Rückseite als auch von seiner Vorderseite aus gedruckt werden kann.

Alternativ ist es auch möglich, den ersten Körper 110 aus mehreren Komponenten zusammenzusetzen, solange die Kühlleitungen 170 in einer mittels additiver Fertigung hergestellten Komponente angeordnet sind. Hinsichtlich der Dichtungsleitung 130 kann aber auch mit spanenden Verfahren gearbeitet werden, z.B. durch Fräsen auf der Oberfläche einer Komponente, die dann mit einer anderen Komponente verdeckt wird. Des Weiteren ist es optional zur Verbesserung der Abdichtung der ersten Öffnung möglich, ein weiteres (zweites) Dichtmittel in der Öffnung 120 anzuordnen (ohne die Auslässe 138 zu bedecken). Damit wird unter anderem ein Austreten des Dichtungsmediums aus der Öffnung 120 verhindert. Die Öffnung 120 kann aber auch in anderer Weise gegen ein solches Austreten abgedichtet sein, z.B. durch flächig auf dem ersten Körper 110 aufgebrachte Dichtmittel, durch die die Welle hindurchragt, oder durch ein Dichtmittel, das von einer weiteren Komponente oder Abdichtplatte an seiner Position gehalten wird.

Das Dichtmittel 140 kann bezüglich der Auslässe 138 vorzugsweise auf der dem Gehäuse zugewandten Seite der Abdichtvorrichtung 100 angeordnet sein. Es dient daher als erste Abdichtung für aus dem Gehäuse austretenden Stoff.

Bei laufender Welle kann es stets geschehen, dass sich die Welle senkrecht zur Drehachse verschiebt. Dies führt zu einer Quetschung des Dichtmittels 140 wodurch ein kleiner undichter Bereich zwischen Dichtmittel 140 und Welle oder zwischen Dichtmittel 140 und erstem Köper 110 entstehen kann. Durch diesen Bereich kann der sich im Gehäuse befindliche, abzudichtende Stoff austreten. Er wird dann aber durch das Dichtungsmedium in der Öffnung 120 aufgefangen.

Zudem kann das Dichtungsmedium bei Vorsehen eines weiteren Dichtmittels auf der anderen Seite der Auslässe 138 unter Druck in dem Zwischenraum zwischen den Dichtmitteln eingebracht werden. Dann führt das Auftreten eines undichten Bereichs an einem der Dichtmittel dazu, dass das Dichtmittel in den Bereich einströmt und damit den abzudichtenden Stoff am Austreten hindert.

Mit der Dichtungsleitung 130 verbundene Drucksensoren können den damit verbundenen Druckabfall feststellen. Dies ermöglicht es, die Dichtheit der Abdichtung zu überwachen, um rechtzeitig eine Reparatur oder einen Ersatz der Abdichtvorrichtung 100 einzuleiten. Das Dichtmittel 140 kann aber auch auf der dem Gehäuse abgewandten Seite der Abdichtvorrichtung 100 in die Öffnung 120 einsetzbar sein und dort z.B. durch eine Stufe gehalten werden. Auch in diesem Fall wird durch die Kombination von Dichtungsmedium und Dichtmittel 140 eine verbesserte Abdichtung erreicht. Das Abdichtmedium wird dann durch ein weiteres, z.B. auf dem ersten Körper 110 aufliegendes, Dichtmittel in der Öffnung gehalten, das zwischen dem ersten Körper 110 und dem Gehäuse angeordnet ist.

Mit der in der Fig. 1 gezeigten Abdichtvorrichtung 100 ist es also möglich, die oben genannten Probleme zu lösen. Eine sich drehende Welle kann in verlässlicher Weise abgedichtet werden. Die Dichtung kann mittels der in einer Abdichtplatte angeordneten Kühlleitung 170 gekühlt werden. Flierdurch werden vorzeitiger Verschleiß und Beschädigung der Dichtung verhindert. Dadurch wird eine langlebige und verlässliche Abdichtung erreicht.

Die Fig. 2A und 2B zeigen schematisch eine um weitere Komponenten ergänzte Anordnung der Abdichtvorrichtung 100 der Fig. 1 an einem Gehäuse 200, z.B. einer Zweischneckenextrusionsvorrichtung. Hierbei zeigt die Fig. 2B einen Schnitt durch die Abdichtvorrichtung 100 entlang der Linie A und senkrecht zur Bildebene der Fig. 2A.

Die Abdichtvorrichtung 100 der Fig. 2A und 2B ist zur Abdichtung einer ersten Welle 310 und einer zweiten Welle 320 geeignet, die in dem Gehäuse 200 zwei Extruderschnecken der Extrusionsvorrichtung antreiben.

Neben dem oben beschriebenen ersten Körper 110 mit der ersten Öffnung 120 weist die Abdichtvorrichtung 100 im Beispiel der Fig. 2 einen zweiten Körper 410 mit zwei zweiten Öffnungen 420 und einen dritten Körper 510 auf, der im Wesentlichen wie der erste Körper 110 ausgebildet ist. Der erste Körper 110 ist dabei in Richtung des Gehäuses 200 an dem dritten Körper 510 und gegenüberliegend mit dem zweiten Körper 410 verbunden. Über den dritten Körper 510 ist die Abdichtvorrichtung 100 mit dem Gehäuse 200 verbunden. Wie in den Fig. 2A und 2B gezeigt, können die einzelnen Komponenten mittels Schraubverbindungen aneinander befestigt sein. Es ist aber auch jede andere Befestigungsmethode möglich, wie z.B. Schweißen.

Die erste Welle 310 ist in der oben beschriebenen Weise durch die erste Öffnung 120 des ersten Körpers 110 geführt. Die erste Öffnung 120 weist in Richtung des Gehäuses 200 eine Stufe auf, an der das erste Dichtmittel 140 festsitzt. Daran anschließend sind die Auslässe 138 der Dichtungsleitung 130 angeordnet, über die das Dichtungsmedium in die Öffnung 130 eingespeist wird. Die erste Welle 310 läuft dann durch eine zweite Öffnung 420 in dem zweiten Körper 410 und von dort zum (nicht gezeigten) Getriebe. Diese zweite Öffnung 420 (alternativ die erste Öffnung 120 oder beide Öffnungen in Kooperation) hält ein zweites Dichtmittel 150, das zusammen mit dem ersten Dichtmittel 140 einen Bereich der ersten Öffnung 120 begrenzt und darin das Dichtungsmedium hält. Diese Abfolge ermöglicht eine verlässliche Abdichtung von aus dem Gehäuse 200 entlang der ersten Welle 310 austretendem, abzudichtendem Stoff.

Eine ähnliche Abfolge von Dichtmitteln und Leitungsauslässen ist durch die Interaktion des Gehäuses 200 und des dritten Körpers 510 für die zweite Welle 320 vorgesehen. Der dritte Körper 510 weist eine der ersten Öffnung 120 des ersten Körpers 110 entsprechende erste Öffnung 520 auf, durch die die zweite Welle 320 hindurchragt. Den ersten Dichtmitteln 140 entsprechende dritte Dichtmittel 540 sind an einer Stufe in der ersten Öffnung 520 des dritten Körpers 510 festgesetzt. Diese und den zweiten Dichtmitteln 150 entsprechende vierte Dichtmittel 550 schließen in der ersten Öffnung 520 des dritten Körpers 510 mündende Auslässe einer in dem dritten Körper 510 ausgebildeten Dichtungsleitung 530 ein. Die Dichtungsleitung 530 des dritten Körpers 510 kann hierbei mit der Dichtungsleitung 130 des ersten Körpers 110 verbunden sein, oder einen eigenen Einlass für ein (auch anderweitiges) Dichtungsmedium aufweisen. Die vierten Dichtmittel 550 werden hierbei von einer Ausnehmung im Gehäuse 200 und/oder der ersten Öffnung 520 des dritten Körpers 510 gehalten. Die zweite Welle 320 läuft dann weiter durch die dritte Öffnung 160 des ersten Körpers 110 und durch eine weitere zweite Öffnung 420 im zweiten Körper 410, ohne nochmals abgedichtet zu werden. Von dort läuft die zweite Welle zum (nicht gezeigten) Getriebe.

Der dritten Öffnung 160 des ersten Körpers 110 entspricht für die erste Welle 310 eine dritte Öffnung 560 des dritten Körpers 510, durch die die erste Welle 310 ebenfalls läuft, ohne abgedichtet zu werden.

Die oben beschriebenen ersten, zweiten, dritten und vierten Dichtmittel 140, 150, 540, 550 können alle vom gleichen Typ sein und z.B. als O-Ring, Radialwellendichtring, Pressdichtung oder Stopfbuchpackung ausgebildet sein. Die Dichtmittel 140, 150, 540, 550 können aber auch verschieden ausgebildet sein, falls dies z.B. aus fertigungstechnischen Gründen oder aus Kostengründen erforderlich sein sollte. Ebenso ist die Kombination verschiedener Dichtungstypen zu einem Dichtmittel möglich.

Wie auch der erste Körper 110 kann der dritte Körper 510 einstückig mittels additiver Fertigung hergestellt sein, wohingegen der zweite Körper 410 vorzugsweise konventionell gefertigt wird, da er kein sich verzweigendes Leitungssystem aufweist, wie der erste Körper 110 und der dritte Körper 510. Die getriebeseitig in dem zweiten Körper 410 gezeigte Zuführung zum Leitungseinlass 132 kann hierbei durch eine Bohrung hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, ersten und dritten Körper oder auch alle drei Körper einstückig mittels additiver Fertigung herzustellen.

Sowohl im ersten Körper 110 als auch im dritten Körper 510 ist eine Kühlleitung 170, 570 mit hexagonalem Querschnitt ausgebildet, die miteinander verbunden sind. Die Kühlleitungen 170, 570 im ersten und im dritten Körper 110, 510 sind dabei jeweils in einer anderen Ebene angeordnet als die entsprechenden Dichtungsleitungen 130, 530. Flierdurch wird die Fertigung erleichtert. Zudem wird die Stabilität der Körper 110, 510 erhöht. Der Kühlleitungseinlass 172 und der Kühlleitungsauslass 174 der Kühlleitung 170 des ersten Körpers 110 liegen in der Fig. 2A auf der dem Gehäuse 200 zugewandten Seite des ersten Körpers 110 auf der linken Seite unterhalb des gezeigten Querschnitts durch die Kühlleitung 170. Das Kühlmedium strömt entlang des Pfeils B innerhalb einer (nicht gezeigten) Zuleitung von außen in den dritten Körper 510 und wird von dort in den Kühlleitungseinlass 172 der Kühlleitung 170 im ersten Körper 110 gelenkt.

Innerhalb des ersten Körpers 110 verläuft die Leitung 170 ringförmig um die erste Öffnung 120 und die zweite Öffnung 160, wie in der Fig. 1 gezeigt. Das Kühlmedium tritt also zum Beispiel auf der linken Seite senkrecht zur Bildebene der Fig. 2A nach vorne aus, beschreibt einen Halbkreis und tritt durch den auf der rechten Seite der Fig. 2A gezeigten Querschnitt der Kühlleitung 170 im ersten Körper 110 wieder ein. Von dort beschreibt es wiederum einen Halbkreis und tritt im Bereich des links gezeigten Querschnitts der Kühlleitung 170 nach unten in die Kühlleitung 570 des dritten Körpers 510. Auch hier werden die erste Öffnung 520 und die dritte Öffnung 560 im dritten Körper 510 kreisförmig umlaufen, bis das Kühlmedium die Abdichtvorrichtung am linken Bildrand wieder verlässt.

Es genügt also ein einziger Kühlkreislauf, um die gesamte Abdichtvorrichtung effektiv und räumlich homogen zu kühlen. Auf diese Weise können auch Systeme mit mehr als einer Welle, wie z.B. Mehrschneckenextruder in gekühlter Weise abgedichtet werden.

Durch die in den Fig. 2A und 2B gezeigte Abdichtvorrichtung kann darüber hinaus eine effektive Abdichtung für Mehrwellenextrusionsvorrichtung erreicht werden, indem die Abdichtung vom Gehäuse der Extrusionsvorrichtung in eine an dem Gehäuse zu befestigende Abdichtplatte verlagert wird. Vorzugsweise ist diese auch im Bereich von Dichtungsleitungen für ein Dichtungsmedium mittels 3D-Druck hergestellt, um eine gleichmäßige und daher besser abdichtende Einspeisung des Dichtungsmediums auf die Welle zu gewährleisten. Die oben genannten Komponenten der Abdichtvorrichtung können sämtlich mittels im Prinzip bekannten und für die additive Fertigung geeigneten Computerprogrammprodukten, z.B. Dateien für den 3D-Druck, realisiert werden, wenn diese auf einer Vorrichtung für additive Fertigung ausgeführt werden. Dies ermöglicht es, die Abdichtvorrichtungen dezentral herzustellen.

Bezugszeichenliste Abdichtvorrichtung Erster Körper Erste Öffnung des ersten Körpers Dichtungsleitung im ersten Körper Einlass der Dichtungsleitung im ersten Körper Umlenkung der Dichtungsleitung im ersten Körper Auffächerung der Dichtungsleitung im ersten Körper Auslass der Dichtungsleitung im ersten Körper Erstes Dichtmittel Zweites Dichtmittel Dritte Öffnung des ersten Körpers Kühlleitung im ersten Körper Kühlleitungseinlass Kühlleitungsauslass Gehäuse (erste) Welle (zweite) Welle Zweiter Körper Zweite Öffnung Dritter Körper Erste Öffnung im dritten Körper Dichtungsleitung im dritten Körper Drittes Dichtmittel Viertes Dichtmittel Dritte Öffnung im dritten Körper Kühlleitung im dritten Körper