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Die
Erfindung betrifft eine durchbiegungssteuerbare Walze, mit einem
Walzenmantel, mit einem den Walzenmantel durchsetzenden, drehfest gelagerten
Träger,
mit an beiden Endbereichen des Walzenmantels angeordneten Drehlagern, über welche
sich der Walzenmantel auf dem Träger
abstützt, mit
einer zwischen dem Träger
und dem Walzenmantel im Arbeitsbereich der Walze zwischen den Drehlagern
im Volumen zwischen dem Walzenmantel und dem Träger wirkenden, hydraulischen
Stützvorrichtung,
und mit das Volumen zur Atmosphäre
hin abdichtenden, an den Bereichen des Walzenmantels vorgesehenen,
jeweils eine Gleitringdichtung umfassenden Dichtungsvorrichtungen.
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Eine
derartige Walze ist aus der
EP
503 381 A1 bekannt.
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Die
in dem Volumen zwischen dem Walzenmantel und dem Träger befindliche,
hydraulische Stützvorrichtung
kann eine sich über
zumindest einen wesentlichen Teil der Länge des Walzenmantels erstreckende
Druckkammer oder einzelne hydraulische Stützelemente bekannter Bauart
umfassen. Die Dichtungsvorrichtungen haben in beiden Fällen die Aufgabe,
zumindest im wesentlichen zu verhindern, dass das zum Betrieb der
Stützvorrichtung
benötigte Medium – meist
Hydrauliköl – unkontrolliert
an die Atmosphäre
gelangt. Eine vollständige
Dichtwirkung lässt
sich allerdings aufgrund von Fertigungstoleranzen und der Notwendigkeit,
dass die Dichtungsanordnung durch Temperaturveränderungen und Durchbiegungen
des Walzenmantels und des Trägers
entstehende axiale, radiale und angulare Verlagerungen aufnehmen
muss, nicht erzielen, so dass die Dichtungsanordnung stets eine
gewisse Leckage aufweist, zumal eine üblicherweise verwendete Gleitringdichtung
stets eine gewisse Lässigkeit
aufweist.
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Probleme
können
durch das Leckageöl
insbesondere dann entstehen, wenn es – wie vielfach üblich – zum Beheizen
des Walzenmantels unter erhöhter
Temperatur zugeführt
wird. Wird die Walze dann zur Erzielung vielfach gewünschter
hoher Produktionsgeschwindigkeiten mit hoher Drehzahl betrieben,
so können
durch die zusätzliche
Reibleistung, die durch die Gleitringdichtung verrichtet werden
muss, Temperaturen im Bereich der Gleitringdichtung entstehen, dass
austretendes Leckageöl mit
Sauerstoff aus der Atmosphäre
reagiert und sich Vercrackungen bilden. Diese Vercrackungen können sich
an den Dichtflächen
der Gleitringdichtung festsetzen. Insbesondere dann, wenn die Gleitringdichtung
radiale Auslenkungen zwischen dem Walzenmantel und dem Träger aufnehmen
muss, können die
Vercrackungen zwischen die Dichtflächen gelangen und den Reibwert
erhöhen.
Ein vorzeitiger Verschleiß der
Gleitringdichtung oder gar Zerstörung derselben
kann die Folge sein.
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Um
hier Abhilfe zu schaffen, schlägt
die
EP 503 381 A1 vor,
ein zweites Druckmittelsystem zu schaffen, um Randöl mit einer
geringeren Temperatur durch die Randzonen der Walze strömen zu lassen, das
nicht nur die Gleitringdichtung von innen kühlt, sondern auch das Lager
schmiert.
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Nachteilig
ist hierbei, dass die Walze durch das zweite Druckmittelsystem aufwendig
in ihrer Herstellung ist. Zudem hat sich gezeigt, dass insbesondere
bei hohen Walzentemperaturen und/oder Drehgeschwindigkeiten der
Walze Vercrackungen nicht zuverlässig
verhindert werden können.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine durchbiegesteuerbare
Walze zu schaffen, bei welcher die Gefahr der Bildung von Vercrackungen
auch bei hohen Betriebstemperaturen und/oder Drehzahlen reduziert
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Walze gelöst.
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Dadurch,
dass jede der Dichtungsvorrichtungen ein die Gleitringdichtung auf
der Atmosphärenseite
umgebendes Schmiermittelvolumen umfasst, wird verhindert, dass Atmosphärensauerstoff
an die Dichtflächen
der Gleitringdichtung gelangen und somit hier Leckageöl vercracken
kann. Zudem kann das die Gleitringdichtung umgebende Schmiermittel
zu einer Erhöhung
der Schmierwirkung und somit zur Reduzierung der von der Gleitringdichtung
zu verrichtenden Reibleistung führen.
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Weist
das Schmiermittelvolumen – wie
bevorzugt – jeweils
einen Zu- und Ablauf auf, so kann ein Schmiermitteldurchfluss durch
das Schmiermittelvolumen bewerkstelligt werden. Es wird dann dem Schmiermittelvolumen
kontinuierlich frisches oder wieder aufbereitetes Schmiermittel – meist
das Hydrauliköl – zu- und abgeführt. Hierdurch
wird die immanente Leckage der Gleitringdichtung aufgenommen, die
dann dem System wieder zugeführt
werden kann. Wird das Schmiermittel bei einer gegenüber der
Walzentemperatur niedrigeren Temperatur zugeführt, so wird die Gleitringdichtung
zusätzlich
gekühlt, was
wiederum die Gefahr des Bildens von Vercrackungen verhindert.
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Bei
einer besonders bevorzugten, konstruktiven Variante der erfindungsgemäßen Walze
ist das Schmiermittelvolumen von einer an dem Walzenmantel drehfest
angebrachten Hülse
und einem drehfest an dem Träger
angebrachten Ringfortsatz begrenzt.
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Zur
Abdichtung des Schmiermittelvolumens zur Atmosphäre dient dann – besonders
bevorzugt – ein
Wellendichtring mit einer Dichtlippe, der zwischen einer inneren
Mantelfläche
der Hülse
und einer äußeren Mantelfläche des
Ringfortsatzes wirkt. Der Einsatz eines Wellendichtrings ist deshalb
besonders bevorzugt, da er axiale und – zumindest in geringem Umfange – auch radiale
und angulare Relativbewegungen zwischen den gegeneinander abzudichtenden
Mantelflächen
aufnehmen kann.
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Besonders
bevorzugt ist bei der erfindungsgemäßen Walze eine unübliche Ausgestaltung
des Wellendichtrings, bei der seine Dichtlippe nicht radial nach
innen, sondern radial nach außen
gerichtet ist. Aufgrund dieser Maßnahme wird nämlich verhindert, dass
der Wellendichtring bei einem radialen Versatz zwischen der äußeren Mantelfläche des
Ringfortsatzes und der inneren Mantelfläche der Hülse, der bei einem belastungsbedingten
Durchbiegen des Trägers
zu erwarten ist, die Dichtlippe eine mit Drehfrequenz schwingende,
radiale Verlagerung ausführt und
die Dichtung damit „pumpt", wodurch die Dichtwirkung
des Wellendichtrings vermindert wäre.
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Um
sicherzustellen, dass die radial nach außen gerichtete Dichtlippe mit
ausreichendem Druck an der inneren Mantelfläche der Hülse anliegt, weist der Wellendichtring
vorzugsweise eine auf die Dichtlippe radial nach außen wirkende
Druckfeder auf.
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Bei
einer weiteren, ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist die äußere Mantelfläche des
Ringfortsatzes exzentrisch zur Ringachse des Trägers angeordnet, und zwar in
einer Richtung, in der ein Radialversatz zwischen der inneren Mantelfläche der
Hülse und
der äußeren Mantelfläche des Ringfortsatzes
aufgrund der Durchbiegung des Trägers
beim Betrieb der Walze zu erwarten ist. Diese Maßnahme nimmt zwar einen Radialversatz
bei einer unbelasteten Walze in Kauf, führt jedoch dazu, dass sich
beim Betrieb der Walze ein geringerer Radialversatz einstellt, als
dies der Fall wäre,
wenn die Längsachse
des Trägers
durch das Zentrum des Ringfortsatzes verlaufen würde.
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Um
den radialen Versatz beim üblichen
Betrieb der Walze so gering wie möglich zu halten, ist es dementsprechend
besonders bevorzugt, wenn der Betrag der Exzentrizität etwa der
Hälfte
der durch die Durchbiegung des Trägers am Ort des Wellendichtrings
bei maximaler Belastung der Walze zu erwartenden radialen Auslenkung
des Ringfortsatzes entspricht.
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Die
Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert werden.
Es zeigen:
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1 – schematisch
und ausschnittsweise – einen
Längsschnitt
durch den linken Endbereich einer erfindungsgemäßen Walze;
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2 – schematisch
und ausschnittsweise – einen
Querschnitt durch eine erste Bauform eines für die erfindungsgemäße Walze
verwendbaren Wellendichtrings sowie
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3 eine
bevorzugte Bauform eines Wellendichtrings in einer 2 entsprechenden
Darstellung.
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Die
als Ganzes mit 100 bezeichnete Walze umfasst einen Walzenmantel 1,
der von einem Träger 2 durchsetzt
ist, der in sphärischen
Lagern 3 eines Maschinengestells 4 drehfest gehalten
ist. In einer in 1 nur ausschnittsweise angedeuteten
Arbeitszone A wird der Walzenmantel 1 über eine im Volumen V zwischen
dem Walzenmantel 1 und dem Träger 2 angeordnete
hydraulische Stützvorrichtung 5,
die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Mehrzahl von hydraulischen Stützelementen 6 umfasst, auf
dem Träger 2 abgestützt. Zwecks
Steuerung der Durchbiegung des Walzenmantels 1 und somit
der in einem von der Walze 100 und einem Gegenwerkzeug
gebildeten Walzenspalt herrschenden Linienkraft können die
hydraulischen Stützelemente 6 in bekannter
Weise einzeln oder zu Gruppen zusammengefasst mit unterschiedlichen
hydraulischen Drucken beaufschlagt werden.
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An
den Randbereichen R, von denen in 1 nur der
linke dargestellt ist, ist der Walzenmantel 1 mittels eines
als Pendelrollenlager ausgestalteten Drehlagers 7 auf dem
Träger 2 rotierbar
gelagert.
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Der
Arbeitsbereich A der Walze wird in Längsrichtung begrenzt durch
einen Flansch 8, der drehfest – beispielsweise durch Verschraubung – mit dem
Walzenmantel 1 verbunden ist. Die Schmierung des Drehlagers 7 erfolgt
mittels Hydrauliköls,
welches den hydraulischen Stützelementen 6 über in der Zeichnung
lediglich angedeutete Kanäle 9, 10 zugeführt wird
und zwischen den Stützelementen 6 und dem
Innenumfang 11 des Walzenmantels 1 austritt.
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Um
zu vermeiden, dass das Hydrauliköl
unkontrolliert in die Umgebung austreten kann, ist an dem Flansch 8 über einen
O-Ring 12 abgedichtet der Gegenring 13 einer Gleitringdichtung 14 angebracht. Der
Gleitring 15 der Gleitring dichtung 14 ist über einen
Faltenbalg 16 drehfest an einem Ringfortsatz 17 angebracht.
Letzterer ist wiederum über
einen O-Ring 12 dichtwirkend drehfest an dem Träger 1 befestigt.
Der Faltenbalg 16 dient der Aufnahme axialer und angularer
Relativbewegungen zwischen dem Träger 2 und dem Walzenmantel 1,
die beispielsweise durch Temperaturänderungen und Durchbiegungen
des Trägers 2 und
des Walzenmantels 1 beim Betrieb der Walze hervorgerufen
werden können. Radiale
Relativbewegungen zwischen dem Walzenmantel 1 und dem Träger 2 können hingegen
durch eine Relativbewegung von Gegenring 13 und Gleitring 15 der
Gleitringdichtung 14 in radialer Richtung aufgenommen werden.
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Um
zu vermeiden, dass durch den Dichtspalt 18 der Gleitringdichtung 14 austretendes
Leckageöl mit
Atmosphärensauerstoff
zu Vercrackungen reagiert, ist an dem Flansch 8 des weiteren
eine Hülse 19 befestigt
und mittels eines O-Rings 12 abgedichtet.
Die Hülse 19 begrenzt
zusammen mit dem Ringfortsatz 17 ein Schmiermittelvolumen 20.
Es ist über einen
Wellendichtring 21, der zwischen einer inneren Mantelfläche 22 der
Hülse 19 und
einer äußeren Mantelfläche 23 des
Ringfortsatzes 17 wirkt, gegen die Atmosphäre abgedichtet.
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Das
Schmiermittelvolumen 20, in dem sich üblicherweise dasselbe Hydrauliköl befindet,
das auch den hydraulischen Stützelementen 6 zugeführt wird,
bildet somit eine Ölvorlage,
die verhindert, dass an die Gleitringdichtung 14 Atmosphärensauerstoff gelangen
kann.
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Um
dem Schmiermittelvolumen 20 frisches, gegebenenfalls vorgekühltes Hydrauliköl zuführen und
zusammen mit dem Leckageöl
zwecks Wiederaufbereitung und erneuter Zuführung zum System abführen zu
können,
sind ein in das Schmiermittelvolumen 20 mündender
Zulauf 24 und ein Ablauf 25 vorgesehen.
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Wie
aus 1, in der die Mittellinie des nicht durchgebogenen
Trägers
mit S1, die des durchgebogenen Trägers mit S2 dargestellt ist,
sinnfällig
wird, führt
ein Durchbiegen des Trägers 2 zu
einer radialen Relativverlagerung zwischen der inneren Mantelfläche 22 der
Hülse 19 und
der äußeren Mantelfläche 23 des
Ringfortsatzes 17. Um diese Relativverlagerung, die von
dem Wellendichtring 21 aufgenommen werden muss, im Betrieb
der Walze 100 so gering wie mög lich zu halten, ist der Ringfortsatz 17 exzentrisch zur
Mittelachse S1 angeordnet, wobei das Maß der Exzentrizität ΔE etwa der
halben Auslenkung ΔS
zwischen S1 und S2 entspricht.
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Varianten
geeigneter Wellendichtringe 21 sind in 2 – schematisch
und ausschnittsweise – dargestellt.
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Die
in 2 dargestellte Variante umfasst einen Außenring 26,
der drehfest mit der inneren Mantelfläche 22 verbunden ist.
Er trägt
die flexibel ausgebildete Dichtlippe 27 die über den
drehfest mit der äußeren Mantelfläche 23 verbundenen
Innenring 28 abgleitet. Um den Andruck der Dichtlippe 27 an
den Innenring 28 zu erhöhen,
ist eine konzentrisch zum Innenring 28 verlaufende Zugfeder 29 vorgesehen.
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Grundsätzlich ist
eine derartige Variante eines Wellendichtringes zum Einsatz in der
erfindungsgemäßen Walze 100 geeignet.
Besonders bevorzugt ist allerdings die Variante gemäß 3.
Bei dieser ist die Dichtlippe 30 an dem Innenring 31 befestigt. Dementsprechend
wird die Dichtlippe 30 mittels einer Druckfeder 32 radial
nach außen
gegen den Außenring 33 gedrückt. Aufgrund
dieser Maßnahme
wird verhindert, dass der Wellendichtring bei einer Durchbiegung
des Trägers 2 eine
mit Drehfrequenz schwingende, radiale Dichtlippenverlagerung vollzieht,
d.h. der Wellendichtring „pumpt", was zu einer Reduzierung
der Dichtwirkung führen
würde.
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- 100
- Walze
- 1
- Walzenmantel
- 2
- Träger
- 3
- Lager
- 4
- Maschinengestell
- 5
- Hydraulische
Stützvorrichtung
- 6
- Hydraulische
Stützelemente
- 7
- Drehlager
- 8
- Flansch
- 9
- Kanal
- 10
- Kanal
- 11
- Innenumfang
- 12
- O-Ring
- 13
- Gegenring
- 14
- Gleitringdichtung
- 15
- Gleitring
- 16
- Faltenbalg
- 17
- Ringfortsatz
- 18
- Dichtspalt
- 19
- Hülse
- 20
- Schmiermittelvolumen
- 21
- Wellendichtring
- 22
- innere
Mantelfläche
- 23
- äußere Mantelfläche
- 24
- Zulauf
- 25
- Ablauf
- 26
- Außenring
- 27
- Dichtlippe
- 28
- Innenring
- 29
- Zugfeder
- 30
- Dichtlippe
- 31
- Innenring
- 32
- Druckfeder
- A
- Arbeitszone
- R
- Randbereich
- S1
- Mittelachse
- S2
- Mittelachse
- ΔS
- radiale
Auslenkung
- ΔE
- Exzentrizität
- V
- Volumen