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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dichtung des Endes
einer Walze einer Papier-/Karton- oder Nachbearbeitungsmaschine,
welcher Walze eine Innenachse zugeordnet ist, die einen zylinderartigen
mittleren Teil aufweist, an dessen beiden axialen Enden sich ein
Achsenzapfen befindet, welcher mittlere Teil von einem Außenmantel
mit einem radialen Spiel umgeben ist, in welchem Außenmantel
sich an seinen axialen Enden radial nach innen sich erstreckende
Endflanschen befinden, welche um den entsprechenden Achsenzapfen
angeordnet sind, in welcher Walze ein fließendes Medium
aus dem Mediumskreislauf außerhalb der Walze über den
Innenteil der Innenachse in einen Medi umraum zwischen der Außenfläche
des mittleren Teiles der Innenachse und der Innenfläche
des Außenmantels und von dort aus über die Innenseite
der Innenachse zurück in den Kreislauf außerhalb
der Walze zirkuliert wird.
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In
vielen Teilen der Papier-/Karton- oder Nachbearbeitungsmaschine
werden die Walzen so belastet, dass die Belastung in den Walzen
Biegungen hervorruft. Im Fall von Nipwalzen beeinflussen die Biegungen
die Gleichmäßigkeit der Nipbelastung und im Fall
von Leitwalzen die Gleichmäßigkeit des zu lenkenden
Bandes. Die Leitwalzen werden für die Lenkung unter anderem
der Faserbahn, der Gewebe und des Metallbandes des Metallbandkalanders
eingesetzt.
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In
den Fällen, in denen die Biegungen zu groß werden,
sollen die Biegungen kompensiert werden, um eine ungleichmäßige
Belastung zu verringern. Es entspricht dem Stand der Technik, sogenannte
biegungskompensierte Walzen zu verwenden oder einfach in den Walzen
Bombierung einzusetzen, wobei mit dem Durchmesserprofil der durch
den Biegungsstrich hervorgerufene Belastungsunterschied beseitigt
wird. Die Bombierung kann aber nicht in der Leitwalze der Gewebe
oder des Metallbandes eingesetzt werden, weil dann die von den Durchmesserunterschieden
erzeugte Oberflächengeschwindigkeitsunterschiede in der
Walze schnelles Verschleißen der Gewebe oder des Metallbandes
hervorruft. Für das Gewebe der be der Papiermaschine wurde
eine sogenannte von der Mitte gestützte Walze entwickelt, wobei
die Walze in eine Innenachse und einen Außenmantel geteilt
ist und der Außenmantel von seinem mittleren Teil aus auf
die Innenachse gestützt ist. In diesem Fall wird der Außenmantel
beim Belasten so gebogen, dass der durch die Biegung anderer Walzen
hervorgerufene Spannungsunterschied ausgeglichen wird.
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Die
Leitwalzen des Bandes des Metallbandkalanders können jedoch
nicht als in der Mitte gestützte Walzen gefertigt werden,
da die Belastung des Bandes zu groß ist und man imstande
sein muss, die Walzen zu erwärmen. Dies wurde durch Fertigung
der Walze so gelöst, dass sie in eine Innenachse und einen
Mantel geteilt wurde oder dass die Innenfläche des Mantels
bombiert ist. Dabei rollt der Außenmantel der Walze an
der Oberfläche der Innenachse frei und bei Belastung dank
der Biegung der Innenachse stellt sich der Außenmantel
von deiner ganzen axialen Länge her in Kontakt gegen die Innenachse.
Im Raum zwischen der Achse und dem Mantel fließt ein die
Walze beheizendes Medium, vorzugsweise Wärmeübertragungsöl.
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In
der
1 ist eine derartige Walze dargestellt, welche
der in der finnischen Patentanmeldung
FI 20065824 des Anmelders dargestellten
Walze entspricht. Die Walze
10 umfasst eine Achse
12,
die aus einem zylinderförmigen mittleren Teil
12c und
aus den Achsenzapfen
12a,
12b an den beiden Enden
im mittleren Teil
12c besteht, welche an den Endlagern
13a,
13b gelagert
sind. Der mittlere Teil
12c der Achse
12 ist bombiert
und darauf ist ein zylinderartiger Mantel
11 angeordnet,
der an seinen beiden Enden mittels der Endstücke
20a,
20b auf
die Enden des mittleren Teiles
12c der Achse
12 gestützt
sind. Jedes Endstück
20a,
20b ist mit
den Bolzen
21b an den Enden des Mantels
11 befestigt.
Jedes Endstück
20a,
20b ist zusätzlich
mit den Dichtungen
31a,
31b an dem Ende des Mantels
11 und
mit den Dichtungen
30a,
30b am Achsenzapfen
12a,
12b abgedichtet. Jedes
Endstück
20a,
20b ist so um den Achsenzapfen
12a,
12b angeordnet,
dass die Anordnung eine geringe Bewegung in radialer Richtung zulässt.
Die Endstücke
20a,
20b bewegen sich mit
dem Mantel
11 ein wenig in radialer Richtung bezüglich
der Achsenzapfen
12a,
12b in einem Zustand, in
dem auf den Mantel
11 eine Belastung von außen
gerichtet wird.
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Über
den Achsenzapfen 12b von einem Ende der Walze 10 ist
ein erster Kanal 40 ausgebildet, der sich in Richtung der
Achse auf einen Abstand von dem Endstück 20a des
gegenüberliegenden Endes der Walze erstreckt, wo er sich
in mehrere Kanäle 41 in Radialrichtung abzweigt.
Diese Kanäle 41 in Radialrichtung öffnen
sich in den Raum zwischen dem mittleren Teil 12c der Achse 12 und
dem Mantel 11. Über den Achsenzapfen 12b ist
zusätzlich auch ein zweiter Kanal 50 ausgebildet
worden, der den ersten Kanal 40 umgibt und der sich in der
axialen Richtung auf die Innenseite des Endstückes 20b beim
Achsenzapfen 12b erstreckt, wo er sich in Kanäle 51 in
radialer Richtung abzweigt. Auch diese Kanäle in radialer
Richtung öffnen sich in den Raum zwischen dem mittleren
Teil 12c der Achse 12 und dem Mantel 11.
Entlang des ersten Kanals 40 kann Öl dem Raum 42 zwischen
dem mittleren Teil 12c der Achse 12 und dem Mantel 11 nah
dem gegenüberliegenden Endstück 20a zugeführt
werden, von wo aus das Öl entlang den Nuten an der Außenfläche
des mittleren Teiles 12c der Achse 12 zurück
in Richtung auf das Endstück 20b, von wo aus es
der Walze entlang in einen anderen Kanal 50 geführt
wird. Der erste Kanal 40 kann auch durch ein Rohr gebildet
sein. Statt im mittleren Teil 12c der Achse 12 vorgesehenen
direkten oderspiralartigen Nuten kann die Außenfläche
des mittleren Teils 12c der Achse 12 mit geraden
oder spiralartigen Bronzeleisten ausgestattet werden. Zwischen den
Bronzeleisten bilden sich dann Nuten oder Kanäle für
das Öl. Die Bombierung des mittleren Teils 12c der
Achse 12 kann dann durch maschinelle Bearbeitung der Bronzeleisten
durchgeführt werden.
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Die
Walze 10 arbeitet infolge der Bombierung des mittleren
Teiles 12c der Achse 12 wie eine biegungskompensierte
Walze. In einer nicht belasteten Situation ist die Innenfläche
des Mantels 11 an der Außenfläche des
mittleren Teils 12c der Achse 12 in der Mitte
des mittleren Teiles 12c angebunden, aber an den Enden
des mittleren Teiles 12c gibt es eine kleine Öffnung
zwischen der Innenfläche des Mantels 11 und der
Außenfläche des mittleren Teils 12c der
Achse (in der 1 ist die Bogenförmigkeit des
mittleren Teils der Achse aus Gründen der Anschaulichkeit übertrieben
dargestellt). Wenn der Mantel 11 der Walze von außen
z. B. mit einer anderen Walze belastet wird, fängt der
mittlere Teil 12c der Achse 12 an, sich in der
Mitte zu biegen, und bei einer bestimmten Belastung ist die Biegung
so groß, dass die Innenseite des Außenmantels
von ihrer ganzen Strecke her fest an der Außenfläche
des mittleren Teiles 12c der Achse 12 angebunden
wird, wobei die Außenfläche des Mantels 11 an
der Belastungsstelle gerade ist. Die Bombierung der Walze kann so bemessen
werden, dass die Außenfläche des Mantels 11 bei
gewünschten Belastungsverhältnissen gerade wird.
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Wenn
einer derartigen Walze ein fließendes Medium zugeführt
wird, z. B. heißes Öl zum Beheizen des Mantels
oder ein Kühlmedium zum Kühlen des Mantels, wird
eine Dichtung zwischen dem Mantel und dem Rahmen vorausgesetzt,
die die Bewegungen der zu verdichtenden Elemente in Bezug aufeinander
zulässt. Aufgrund des Aufbaues der Walze sind die Drehachsen
des Mantels und der Achse miteinander ein wenig seitlich verschoben.
Das Problem der Dichtung ist es, dass die Innenachse der Walze aufgrund
der Belastung gebogen wird und der Außenmantel nicht, wobei
beim Drehen der Walze eine ständige Bewegung in radialer
Richtung entsteht. Zusätzlich ist der Walzenmantel so vorgesehen,
dass er sich im belasteten Zustand mit der Achse dreht und dies
ruft einen kleinen Winkelgeschwindigkeitsunterschied zwischen dem
Mantel und den Drehbewegungen der Achse hervor, die die Dichtung
in axialer Richtung schwingt. Der Winkelgeschwindigkeitsunterschied
führt zu einem Geschwindigkeitsunterschied zwischen den
zu dichtenden Flächen (zum Gleiten), der z. B. im Bereich
ca. 30 mm/s betragen kann.
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Die
Oberflächengeschwindigkeit der Walze ist konstant, weil
der Mantel von seinen Außenabmessungen her als ein Rohr
mit gleichmäßigem Durchmesser gefertigt werden
kann. Dabei entsteht im Kontakt zwischen der Außenfläche
und dem Metallband kein Gleiten. Dagegen entsteht im Kontakt zwischen
der Innenfläche des Mantels 11 und der Außenfläche
des mittleren Teiles der Innenachse 12 ein durch die Bombierung
hervorgerufenes Gleiten und dieser Kontakt braucht Schmierung. Da
die Walze wegen Prozessanforderungen über Temperaturen von
200°C beheizbar sein muss, ist die Schmierungsfähigkeit
(Flüssigkeitsgrad) des Wärmeübertragungsöles
nicht ausreichend gut.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung
für die Enddichtung einer Walze zu schaffen, womit die
auf die Dichtungen gerichteten Belastungen minimiert werden können
und so die Lebensdauer verlän gert werden kann und welche
Lösung relativ billig und leicht durchführbar
ist. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es für die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung
kennzeichnend, dass an der Außenfläche der Endflansche
eine den Teil der Kugelfläche bildende Dichtungsfläche
gebildet ist, dass dem Achsenzapfen ein Befestigungsstück
im axialen Abstand von der Außenfläche der Endflansche
zugeordnet ist, welches Befestigungsstück mit einer den Teil
der Kugelfläche bildenden Dichtungsfläche ausgestattet
ist, welche die Endflansche und einen Teil der Kugelfläche
bildenden Dichtungsflächen zueinander gerichtet sind, und
dass der Anordnung die sich gegen die Dichtungsflächen
stützende Dichtungselemente sowie ein zwischen den Dichtungselementen
angeordneter Metallbalg für die Belastung der Dichtungselemente
gegen die Dichtungsflächen zugeordnet sind.
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Wenn
sich an den beiden axialen Enden der Walze die ersten ringartigen
Dichtungselemente zwischen dem Endflansch und der Endfläche
des mittleren Teiles der Innenachse und in einem radialen Abstand
von diesen die zweiten ringartigen Dichtungselemente zwischen dem
Endflansch und der Endfläche des mittleren Teiles der Innenachse
befinden, wobei sich zwischen diesen ersten und zweiten Dichtungselementen
Auffangelemente zum Auffangen des durch die ersten Dichtungselemente
geleckten Mediums befinden, ergibt sich eine verbesserte Enddichtung
einer biegungskompensierten Walze, wodurch die auf die Dichtungen
gerichtete Belastungen mini miert werden können und die
Lebensdauer so verlängert werden kann, wobei die Lösung
relativ billig und leicht durchführbar für verschiedene
Durchmessergrößen ist.
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Wenn
an den beiden axialen Seiten der Walze zwischen dem Endflansch und
der Endfläche des mittleren Teiles der Innenachse mindestens
einmal ringartige Dichtungselemente vorhanden sind, welche eine
in dem Endflansch ausgebildete Ringnut umfassen, auf deren Boden
ein Druckring angeordnet ist und darauf gegen die Endfläche
des mittleren Teiles der Innenachse eine sich einstellende Schnurdichtung,
welcher Druckring und die darauf befindliche Schnurdichtung belastbar
mit Belastungselementen in Richtung zur Endfläche des mittleren
Teiles der Innenachse vorgesehen sind, und auch dass an dem Endflansch
eine Bohrung ausgebildet ist, welche den Mediumraum zwischen der
Außenfläche des mittleren Teiles der Innenachse
und der Innenfläche des Außenmantels hinter den
Dichtungselementen so verbindet, dass auf die Dichtungselemente
zusätzlich zu den Belastungskräften der Belastungselemente
der Druck des Mediums im Mediumraum gerichtet werden kann, wird
eine Enddichtung einer Walze zu schaffen, mit welcher die auf die
Dichtungen gerichteten Belastungen minimiert werden können
und so die Lebensdauer verlängert werden kann, wobei die
Lösung relativ billig und leicht durchführbar ist.
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Wenn
bei der Schmierung einer biegungskompensierten beheizbaren Walze
einer Papier-/Kartonnachbearbeitungsmaschine ein Heizmedium verwendet
wird, dem fester Schmierstoff zugefügt ist, kann der Kontakt
zwischen der Innenfläche des Mantelsteiles und der Außenfläche
der Innenachse einer solchen biegungskompensierten Walze zuverlässig geschmiert
werden.
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Dem
für die Wärmeübertragung verwendeten
Heizmedium, vorzugsweise Öl, wird ein fester Schmierstoff
als Zusatzmittel zugegeben, der in Öl als Pulverform gemischt
wird. Als Gehalt des Zusatzstoffes wird 1–5 Vol.-% verwendet.
Als Zusatzstoff kann z. B. Wolframdisulfid-(WS2), Molybdensulfid-(MoS2)
oder Grafitpulver verwendet werden. Beim Wälzen wird der
Schmierstoff im Öl fest an die Wälzfläche
gewalzt, was das Volumen der Rauhigkeit der Oberfläche
füllt und die Entstehung einer Grenzschmierung hindert.
Zusätzlich entsteht an der Oberfläche eine dünne
durch Schmierungsmittel gebildete Folie, deren Schneidfestigkeit
zu klein ist. In einer Gleitsituation wird die Schmierstofffolie
an der Oberfläche geschnitten und dabei wird die Schneidfestigkeit
der Innenachse und des Materials des Mantels nicht überschritten.
Der sich von der Oberfläche loslösende Zusatzstoff
wird zurück in den Kreislauf getrieben und der Stoff im Ölkreislauf
bleibt bei der Wälzberührung abermals an der Oberfläche
haften.
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Die
vorher genannten Schmierstoffe sind chemisch inert bis zu sehr hohen
Temperaturen, wobei sie keinen Einfluss auf die Eigenschaften des Grundöles
haben. Sie lösen sich auch nicht im Öl, sondern
bleiben unter dem Öl als kleine Partikel. Deshalb ist es
vorteilhaft, dass die Größe der Partikel klein
ist, vorzugsweise unter ca. 1,5 Mikrometer. Wenn es sich um ein Ölheizsystem
handelt, ruft die Unlösbarkeit der Partikel keine Probleme
hervor, da das System vorzugsweise keinen Behälter enthält, wo
sich die Partikeln von dem Öl abscheiden könnten,
sondern das Öl wird ununterbrochen im System zirkuliert.
Bei der Planung der Rohrleitungen muss jedoch berücksichtigt
werden, dass in den Rohrleitungen keine nach unten zeigenden Abzweigungen
eingeplant werden, in denen die Strömungsgeschwindigkeit
klein ist, z. B. unter ca. 0,2 m/s. In solchen Situationen gelingt
es den festen Partikeln, am Boden des Rohres zu landen und sie können
dort eine Verstopfung des Rohres verursachen und zusätzlich sinkt
noch der Schmierstoffgehalt des Öles.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind in den unabhängigen
Patentansprüchen beschrieben. Im Folgenden wird die Erfindung
anhand der beigelegten Zeichnungen beschrieben. Die Figuren zeigen:
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1 zeigt
als ein schematisches Prinzipbild eine Walze, welcher die vorliegende
Erfindung zugeordnet ist;
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2 zeigt
eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Dichtungsanordnung als schematisches Prinzipbild;
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3 zeigt
eine Vergrößerung des Ausführungsbeispiels
der 2;
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4 zeigt
als schematisches Prinzipbild eine andere Ausführungsform
der Erfindung;
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5 zeigt
als ein vergrößertes Bild einen Teil der Ausführungsform
der 4;
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6 zeigt
als ein schematisches Prinzipbild eine Lösung für
eine Kupplungsvorrichtung für die Kupplung des Walzenmantels
und der Achse der Walze miteinander;
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7 zeigt
eine Kupplungsvorrichtung gemäß der 6 am
Ende der Walze angeordnet und ausgestattet in der Figur teils abgeschnitten
mit den dargestellten Dichtungselementen;
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8 zeigt
einen Längsschnitt der Ausführungsform der 7 so,
dass die Dichtungselemente nur im unteren Teil der Figur dargestellt
sind,
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9 zeigt
als schematisches Perspektivbild eine Dichtungslösung während
der Walzenmantel und die Achse miteinander gekoppelt sind,
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10 zeigt
eine Lösung gemäß der 9 als
Querschnittbild,
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11 zeigt
als schematischer Längsschnitt eine Kupplungsanordnung
zwischen dem Mantel und der Achse,
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12 zeigt
eine Anordnung gemäß der 11 teils
als ein geschnittenes Perspektivbild,
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13 zeigt
eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als schematischer
Schnitt im Bereich eines Walzenendes,
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14 zeigt
ein Bild vom Ende einer gemäß der 13 ausgestatteten
Walze aus,
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15 zeigt
eine andere Lösung für eine Dichtungsanordnung
gemäß der vorliegenden Erfindung im Bereich eines
Walzenendes,
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16–18 zeigen
alternative Ausführungsformen für die in der 15 dargestellte
Lösung,
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19 zeigt
als schematisches Prinzipbild eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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20 zeigt
die Ausführungsart der in der erfindungsgemäßen
Lösung eingesetzten Endflansche,
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21 zeigt
eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Dichtungsanordnung als schematisches Prinzipbild im Bereich eines
Walzenendes, und
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22–23 zeigen
einige alternative Dichtungsanordnungen des Walzenendes.
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In
den 2 und 3 ist eine Dichtungsanordnung 100 gemäß der
ersten Ausführungsform dargestellt, welcher Anordnung eine
an der Außenfläche der Endflansche 20 nah
dem Achsenzapfen 12a gebildete in der axialen Richtung
der Walze nach Außen gerichtete Dichtungsfläche 101 zugeordnet ist,
die als einen Teil der Kugelfläche vorgesehen ist und von
dort ein in einem axialen Abstand für Achsenzapfen vorgesehenes
Befestigungsstück 103, an welchem Befestigungsstück
eine den entsprechenden Teil der Kugelfläche bildende Dichtungsfläche 104 gerichtet
in der axialen Richtung nach Innen zur ersten Dichtungsfläche 101 vorgesehen
ist. Dieser ersten Ausführungsform sind gegen die erwähnten Dichtungsflächen
sich stützende Dichtungselemente 102, 105 zugeordnet,
an welchen eine im wesentlichen der Form der Dichtungsfläche
entsprechende Widerstandsfläche und welche Dichtungselemente mit
einem Metallbalg 107 miteinander gekoppelt sind, welcher
die Dichtungselemente gegen die Dichtungsflächen belastet.
Der Anordnung ist zusätzlich eine um den Metallbalg 107 und
die Dichtungselemente 102, 105 sich erstreckende
Schutzbüchse 106 zugeordnet, welche ein eventuelles
Ausbeulen des Balgs nach Außen verhindert. Zusätzlich
sind zwischen dem Befestigungsstück 103 und dem
Achsenzapfen 12a Dichtungselemente 108 angeordnet,
vorzugsweise Schnurdichtungen, welche in axialer Richtung an ihren
Plätzen mit Hilfe des äußeren Spannungsstückes 120 befestigt
sind, welches mit den Schrauben 121 am Befestigungsstück 103 befestigt ist.
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In
den 4 und 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt, in welchem auch zueinander
gerichtete, den Teil der Kugelfläche bildende Dichtungsflächen 101 und 104 an
der Außenfläche der Endflansche 20 und von
dort an einem in einem axialen Abstand angeordneten Befestigungsstück 103 gebildet
sind. Das Befestigungsstück ist zusätzlich mit
einem gegen den Achsenzapfen 12 anzuordnenden Dichtungselement 119 ausgestattet,
das an seinen Platz mit Hilfe des Spannungsstückes 120 mit
den Schrauben 121 gespannt ist. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von den Ausführungsformen der 2 und 3 dadurch,
dass der zwischen den Dichtungsflä chen 101, 104 angeordnete
Metallbalg 113 am Ende auf der Seite seiner Endflansche 20 mit
dem ersten Buchsenteil 111 und am Ende seines Befestigungsstückes 102 mit
dem zweiten Buchsenteil verbunden ist, welche Buchsenteile in Bezug
aufeinander ineinander verschiebbar sind, teleskopartig in axialer Richtung
bewegbar und verriegelt gegen deren gegenseitige Drehbewegung z.
B. mit einem Keilstück 116, um den Metallbalg
vor der Drillspannung zu schützen.
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In
der 5 sind eigentliche Dichtungselemente in einem
vergrößerten Maßstab an dem Ende auf
der Seite des Befestigungsstückes 102 dargestellt,
während die Dichtungselemente auf der Seite der Endflansche 20 im
wesentlichen gleich sind. Den Dichtungselementen ist ein sich gegen
die Dichtungsfläche 104 stützendes Steuerstück 117 zugeordnet,
wobei die gegen dessen Dichtungsfläche liegende Widerstandsfläche
in einer entsprechenden Weise in Form des Teiles der Kugelfläche
geformt ist. Zwischen dem Steuerelement 117 und dem Buchsenteil 112 ist
eine sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Dichtungsfolie 118 angeordnet,
welche von ihrer unteren Kante her gegen die Dichtungsfläche
mit ihrer eigenen Spannung abgedichtet wird. Während der Öldruck
die Folie beeinflusst, nimmt die Dichtungskraft und die Dichtheit
der Dichtung zu. Das Material für die Dichtungsfolie 118 kann
z. B. Stahl, beschichteter Stahl, Messing oder ein anderes, passendes
Dichtungsmaterial sein. In dieser Lösung be steht die die
Dichtungsanordnung 110 umgebende Schutzbuchse aus zwei
miteinander teleskopisch ineinander verschiebbaren Teilen 114 und 115,
wobei der Teil 114 an dem Endflansch 20 und der
Teil 115 am Achsenzapfen 12 befestigt ist. Der
Teil 114 funktioniert als Schutzvorrichtung für
den Metallbalg 113 und hindert seine Ausbeulung nach Außen,
während der Teil 115 vor allem als eine Spritzschutzvorrichtung
für das Lecköl funktioniert.
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In
den 6–8 ist eine
Anordnung dargestellt, womit der Mantel der Walze und die Walzenachse
miteinander so verriegelt werden können, dass sie mit der
gleichen Winkelgeschwindigkeit gedreht werden, lassen jedoch gleichzeitig
zu, dass sich der Mantel in Bezug auf die Achse in radialer Richtung,
im gleichen Umfang wie das Spiel zwischen dem Mantel und er Achse
ist, bewegt. Eine solche Kupplungsanordnung ist vorzugsweise an
den beiden Walzenenden angeordnet, wobei sie die Parallelität
des Mantels und der Achse so synchronisiert, dass die Richtung des
Mantels von der Richtung der Achse im wesentlichen nur in einer
Ebene abweichen kann. Dieser Kupplungsanordnung sind gemäß den 6–8 ein
mit der Walzenachse zu verbindendes Kupplungsstück 201 und
ein mit dem Mantel 11 der Walze zu verbindendes Kupplungsstück 202 und ein
zwischen diesen angeordnetes Zwischenstück 203 zugeordnet.
Die Kupplungsstücke und die Zwischenstücke sind
mit Schlitzen 206 und Verzahnungen 205 und an
diesen ge bildeten Kugelnuten für die Aufnahme von Kugeln 204 ausgestattet.
Die Dichtung zwischen dem Mantel 11 und der Achse 12 ist mit
einem Metallbalg 207 durchgeführt worden, an welchem
ein Stützstück 209 befestigt ist. Zwischen dem
Stützstück und dem Achsenzapfen 12a ist
ein Dichtungselement 208 angeordnet und mit Hilfe des Endstückes 210 an
seinen Platz befestigt. Das Dichtungselement ist vorzugsweise als
Kohlefaserband ausgebildet, das sich in dieser Lösung nicht
wegen der durch die Kupplungsvorrichtung hervorgerufene Verriegelung
in Drehrichtung zwischen der Walzenachse und dem Mantel bewegt.
Auf diese Weise wird ein leckfreier Ölkreislauf zwischen
der Achse und dem Mantel und gleichzeitig die Schmierung der Kugeln
des Kupplungsaufbaus und Schutz vor Verunreinigungen ermöglicht.
Der Metallbalg 207 kann auch als zweiteilig so ausgeführt
werden, dass der eine Teil am Achsenzapfen 12 und am Zwischenstück 203 befestigt
ist, während der andere Teil zwischen dem Zwischenteil 203 und
dem Walzenmantel 11 befestigt ist.
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In
den 9 und 10 ist eine Dichtungslösung
in einer Situation beschrieben, in der die Walzenachse und der Mantel
miteinander verriegelt sind, z. B. durch eine hier nicht näher
dargestellte Kupplungsanordnung. Dieser Dichtungsanordnung ist eine
Dichtung 220 zugeordnet, welche an ihrem Platz z. B. durch
die gleiche Weise wie Autoreifen ohne Innengummi befestigt werden
können. Die Dichtung kann alternativ auch mit einem Klebestoff,
durch Aufwalzen oder durch Verbinden Klebestoff, durch Aufwalzen
oder durch Verbinden mit den Metallringen der Schraubenverbindung
befestigt werden, welche an dem Mantel und der Achse befestigt werden.
Die zwischen dem Endstück 20 des Mantels 11 und
dem auf der Achse angeordneten Befestigungsteil 221 vorgesehene
Dichtung 220 ist in Bezug auf die Achse und den Mantel
nicht bewegbar, wenn diese miteinander verriegelt sind. Die Dichtung
lässt jedoch eine gegenseitige Bewegung der Achse und des
Mantels in radialer Richtung zu. Ein solcher Dichtungsaufbau ist
leckfrei, einfach und sensibel in Bewegungen und dank der Kupplung
zwischen dem Mantel und der Achse weist dieser keine reibenden Teile
auf.
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In
den 11 und 12 ist
als ein schematisches Prinzipbild eine alternative Kupplungsanordnung
für die in den 6–8 dargestellten
Anordnung vorgeführt. Dieser Kupplungsanordnung sind ein
Kupplungsteil 300 mit Lamellenaufbau auf der Seite der
Endflansche 20 und ein zweites, im Befestigungsstück 307 auf
dem Achsenzapfen 12a angeordnetes Kupplungsteil des Lamellenaufbaus 301 zugeordnet,
zwischen welchen Kupplungsaufbauten ein Zwischenstück 302 vorgesehen
ist. Dem Zwischenstück 302 ist ein erstes Dichtungsteil 303a,
das mit Hilfe eines z. B. aus Stahl gefertigten Spannungsriemens 304 um
das Fortsetzungsstück 305 in Richtung des Endflanschs 22 gebunden
ist, und eine zweite Dichtung 303b zugeordnet, die auch
mit Hilfe eines aus Stahl gefertigten Spannungsriemens um das axial
nach innen gerichtete Fortsetzungsstück 308 des
Befestigungsstückes 307 befestigt ist. Zwischen
dem Fortsetzungsstück 308 und dem Achsenzapfen 12a ist
eine O-Ringdichtung 306 angeordnet. Auf Grund der Kupplungsaufbauten 300, 301 bewegen
sich die Dichtungsteile 303a, 303b nicht in Bezug auf
die Achse und den Mantel, wobei der Aufbau im wesentlichen vollkommen
leckfrei wird.
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In
den 13–20 wird
für die der 1 entsprechenden Teile gleiche
Bezugszeichen verwendet.
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Einer
in der 13 dargestellten Dichtungsanordnung
sind in radialer Richtung äußere Dichtungselemente 60a–63a und
innere Dichtungselemente 60b–63b zwischen
der Endfläche 70 des mittleren Teiles der Innenachse
der Walze und dem Endflansch 20 des Außenmantels
der Walze zugeordnet. In der dargestellten Ausführungsform
sind die beiden Dichtungselemente von ihrem Aufbau und ihrer Funktion
her miteinander gleich und sie umfassen eine in dem Endflansch 20 vorgesehene
Ringnut, auf deren Boden ein Druckring 61a, 61b und
darauf gegen die Endfläche 70 des mittleren Teiles
der Innenachse befindliche Schnurdichtung 60a, 60b angeordnet
ist, welche in der dargestellten Ausführungsform aus vier
Schnurbänden besteht. Diese Schnurdichtungsbände
kann es weniger geben als die vier im Beispiel angegebenen, z. B.
nur ein Band oder es kann auch mehr als die erwähnten vier
geben. Um die Wirkung der Dichtung zu er reichen, sind an dem Endflansch
mehrere Bohrungen in axialer Richtung bei jeder Ringnut vorgesehen
und an denselben sind Druckfedern 62a, 62b angeordnet,
die z. B. mit Hilfe von als Spiraldecke gebildeten Befestigungsteilen 63a, 63b festgehalten
werden. In der 14 ist schematisch betrachtet
vom Walzenende aus die Lage solcher Bohrungen in dem Endflansch 20 abgebildet. Im
Ausführungsbeispiel der 14 sind
pro Ringnut 16 Bohrungen vorhanden, vorzugsweise in gleichmäßigen
Abständen in Umfangsrichtung in Bezug aufeinander angeordnet.
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In
dem Ausführungsbeispiel der 13 umfassen
die Auffangelemente einen in dem Endflansch vorgesehenen Auffangraum 64,
der in diesem Ausführungsbeispiel als Ringnut vorgesehen
ist. Um das in den Auffangelementen 64 gesammelte, in Richtung
des Radiums vorbei an der äußersten Schnurdichtung 60a geflossene
Medium zu entfernen, ist der Anordnung eine im mittleren Teil der
Innenachse 12 vorgesehene Bohrung 65 in Längsrichtung
zugeordnet, welche mit dem Raum 42 des fließenden
Mediums zwischen der Außenfläche des mittleren
Teiles 71 der Innenachse 12 und der Innenfläche
des Außenmantels 11 im wesentlichen mit einer
Bohrung in radialer Richtung verbunden ist. In dem axial gerichteten
Teil der Bohrung 65 ist ein die Strömung in eine Richtung
gestattendes Ventilglied 66 angeordnet und ebenfalls ist
mit dem sich in radialer Richtung erstreckenden Teil ein Ventilglied 67 verbunden,
welches die Strömung in eine Richtung zulässt.
Den Entnahmeelementen des geleckten Mediums bzw. Leckmediums wird
zusätzlich eine sich von der Oberfläche 71 des
mittleren Teiles nach innen erstreckende Bohrung 72 zugeordnet,
welche mit der Bohrung 65 in axialer Richtung in der Nähe
von der Endfläche 70 des mittleren Teiles verbunden
und in welcher Bohrung 72 ein als Kolbenpumpe funktionierender
Kolbenarm 68b angeordnet ist, an dessen äußeren Ende
sich ein Hutteil 68a befindet, das mit Hilfe einer Druckfeder 69 nach
oben belastet ist. Beim Rotieren der Walze führt die Mittelachse 12 eine
kleine Bewegung in Richtung Radius in Bezug auf den Außenmantel 11 während
jeder Umdrehung der Walze aus, wobei der Hutteil 68a der
Kolbenpumpe sich gegen die Belastungskraft der Druckfeder 68 nach
innen in der Bohrung 72 drückt, was die Pumpenwirkung
im geleckten Medium in der Bohrung hervorruft und diesen in den
Mediumraum 42 zurück pumpt. Solche Bohrungen 65 kann
es eine oder mehrere in einer Entfernung von einem Abstand in Umfangsrichtung voneinander
geben.
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In
der 15 ist eine andere Anordnung gemäß der
vorliegenden Erfindung dargestellt, in der auf dem Achsenzapfen 12a der
Innenachse 12 eine ringartige Platte 80 in einem
axialen Abstand von dem mittleren Teil der Innenachse eingebaut
ist. Dabei öffnen sich die vom Kanal 40 abzweigende
in radialer Richtung gebildeten Kanäle 41 in die Öffnung zwischen
der Platte 80 und der Endfläche des mittleren
Teiles der Innen achse und weiter in den Mediumraum 42.
In der Platte 80 sind zwei Ringnuten mit einem radialen
Abstand voneinander ausgebildet. In den beiden Ringnuten ist eine
federartig arbeitende Dichtung, z. B. ein O-Ring 82a, 82b angeordnet,
auf welchem O-Ring eine Gleitdichtung 81a, 81b angeordnet
ist, welche sich gegen die Dichtungsfläche stützt,
welche an der Widerstandsfläche 90 der Endflansche 20 ausgebildet
wurde. In der Platte 80 ist in der vorgeführten
Ausführungsform eine Bohrung 83 ausgebildet, die
einen von der zur Widerstandsfläche 90 gebildeten
Fläche her in der axialen Richtung nach innen erstreckenden
Teil und hinsichtlich dazu einen sich in der radialer Richtung erstreckenden
Teil aufweist, welcher mit dem der im Achsenzapfen ausgebildeten
Bohrung 82 entsprechenden in radialer Richtung ausgebildeten
Teil verbunden ist, wobei in der radialen Richtung durch die äußerste
Dichtung 81a geflossenes Medium über die Bohrung 83 in
die Bohrung 84 des Achsenzapfens und weiter hinaus aus
dem Ende des Achsenzapfens fließt. Die Menge des Lecköles
kann z. B. durch Zuführen von Druckluft oder eines anderen
nicht öllöslichen Mediums dem Ende der Bohrung 84 auf
der Seite des Achsenzapfens reguliert werden, was die Menge des
leckenden Mediums verringert. Zwischen dem Außenmantel 11 und
dem daran befestigten Endflansch 20 ist eine O-Ringdichtung 30 eingebaut.
Die Bohrungen 83 sowie entsprechende Bohrungen 84 des
Achsenzapfens können mehr als eine in einem Abstand in
Richtung des Umfanges voneinander vorhanden sein.
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In
der 16 ist eine alternative Ausführungsart
dargestellt, in welcher anstelle eines O-Ringes z. B. eine U-förmige
Dichtung 85 aus Polytetrafluoräthen eingesetzt
wird, welche die Gleitdichtung 81 gegen die an der Widerstandsfläche
ausgebildeten Dichtungsfläche belastet. In der 17 ist
eine Ausführungsform dargestellt, in der die U-Dichtung als
ein integraler Aufbau mit der sich gegen die Widerstandsfläche
stellenden Gleitdichtung gebildet ist, welcher Dichtungsaufbau 86 vorzugsweise
aus Polytetrafluoräthen gefertigt ist. In der 18 ist
noch eine Ausführungsform dargestellt, in welcher die O-Ringdichtung 82 z.
B. eine aus Weißmetall gefertigte Labyrinthgleitdichtung 87 gegen
die Dichtungsfläche der Widerstandsfläche belastet.
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In
der 19 ist noch eine erfindungsgemäße
Dichtungsanordnung dargestellt, in der an dem Endflansch 20 des
Außenmantels 11 drei sich in einem radialen Abstand
voneinander befindliche Dichtungselemente 91a–91c angeordnet
sind, welche z. B. als Dichtungen gemäß der 13 oder
Dichtungen gemäß der 15–18 ausgeführt
sein können. In dieser Ausführungsform der 19 sind
nicht die durch die Dichtungselemente geleckten Auffangelemente
des Mediums beschrieben, welche sich z. B. in Richtung von zwei
Radien in einem Raum zwischen dem äußersten Dichtungselementen 91a und 91b und/oder
in einem Raum zwischen den inneren Dichtungselementen 91b und 91c befinden
können.
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In
der 20 ist noch schematisch die Ausbildung einer Endflansche 20 aus
zwei Teilen 20' und 20'' beschrieben, wobei diese
ohne Abbau des Lagers gelöst werden kann, was einen schnellen
Austausch der Dichtung ermöglicht.
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In
der Ausführungsform gemäß der 21 ist
eine Dichtungsanordnung eines Endes der Walze dargestellt, wobei
es am anderen Ende der Walze eine ähnliche Dichtungsanordnung
gibt. Der Dichtungsanordnung sind die ringartigen Dichtungselemente
zwischen dem Endflansch 20 und der Endfläche des
mittleren Teiles der Innenachse zugeordnet, welche eine an dem Endflansch 20 vorgesehene Ringnut 2 umfassen,
auf deren Boden ein Druckring 4 angeordnet ist und darauf
eine sich gegen die Endfläche 1 des mittleren
Teiles der Innenfläche einstellenden Schnurdichtung 3,
z. B. eine Graphitschnurdichtung, welche in der vorgeführten
Ausführungsform aus vier Schnurdichtungen besteht. Diese Schnurdichtungsbände
kann es weniger geben als die im Beispiel angegebenen vier, z. B.
nur ein Band oder es kann auch mehr als die erwähnten vier
geben. Um eine Dichtungswirkung zu schaffen, sind an dem Endflansch
mehrere Bohrungen im wesentlichen in axialer Richtung bei jeder
Ringnut ausgebildet und an diesen sind Druckfedern 5 angeordnet, welche
mit den die Bohrungen schließenden Stopfen 7 an
ihren Plätzen angehalten werden. Die Stopfen 7 sind
mit Dichtungen 8 ausgestattet. Die Federn belasten den
Druckring 4 und die Schnurdichtung 3 darauf zur
Endfläche 1 des mittleren Teiles der Innenachse
mittels Belastungsarmen 6. Mit Hilfe eines Druckringes
kann die Kraft der Feder 5 an den Bohrungen der Endflansche
gleichmäßig auf die Graphitschnurdichtungen geteilt
werden. Von den der Ringnut zugeordneten Bohrungen in axialer Richtung können
z. B. 16 vorzugsweise mit gleichmäßigen
Abständen zueinander in der Umfangsrichtung verteilt vorhanden
sein.
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An
dem Endflansch 20 ist zusätzlich mindestens eine
Bohrung 9 ausgebildet, welche den Mediumraum 42 zwischen
der Außenfläche des mittleren Teiles 12c der
Innenachse und der Innenfläche des Außenmantels 11 hinter
den Dichtungselementen 3, 4 so verbindet, dass
zusätzlich zu der Belastungskraft der Druckfedern 5 auf
die Dichtungselemente der Druck des Mediums im Mediumraum 42 gerichtet werden
kann. Durch den Druck des Mediums, z. B. des Öls, hinter
der Dichtung steigt die Kraft zwischen der Endfläche des
mittleren Teiles der Achse und der Dichtung direkt vergleichbar
mit dem Druck des Öls. Dies verlängert die Lebensdauer
der Dichtung, da die Federkraft nicht so hoch eingestellt werden
muss wie der höchste Öldruck von einer Dichtungskraft
voraussetzt, sondern die Dichtungskraft variiert automatisch gemäß dem Öldruck.
So bleibt den Federn die Aufgabe, einen ausreichenden Basisdruck
zwischen der Dichtung und der Widerstandsfläche zu halten,
auch dann, wenn es keinen Öldruck gibt. Beim Verschleißen
der Dichtung ist ein wichtiger Faktor der Druck der Dichtung. So
muss der Druck so passend sein, dass das zu verdichtende Medium
einigermaßen zwischen die Dichtung und die Widerstandsfläche
als Schmierstoff eindringt. In geringen Mengen muss die Schnurdichtung
also lecken. Wenn der Druck zu hoch ist, wird die Dichtung trocken
und schnell verschlissen. Mit dem Bezugszeichen 15 sind
die Befestigungsschrauben der Endflansche 20 an die Walzenflansche 11 gekennzeichnet.
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In
der 22 ist eine alternative Dichtungsanordnung des
Endes einer Walze dargestellt. Dieser Anordnung ist ein gegen die
Stirnfläche 1 des mittleren Teiles der Achse stützender
Stützring 400 zugeordnet, an welchem eine obere
Dichtungsfläche 400a und eine untere Dichtungsfläche 400b ausgebildet sind,
welche beiden Dichtungsflächen einen Teil der Kugelfläche
ausbilden. Der Dichtungsanordnung sind die zwei in dem an dem Endflansch 20 ausgebildeten
Dichtungsgehäuse vorgesehenen, in radialer Richtung nacheinander
angeordneten Gleitringe 401 und 402 sowie die
auf diese in axialer Richtung wirkenden Druckringe 403 und
entsprechend 404 zugeordnet. An den Gleitringen 401 und 402 sind
den Dichtungsflächen 400a, 400b entsprechende
Dichtungsflächen ausgebildet und entsprechend sind zwischen
den Gleitringen und Druckringen einen Teil der Kugelfläche
ausbildende Dichtungsflächen ausgebildet worden. Die Dichtungsringe
werden mittels den Federn 406 und dieser zugeordneten Pressvorrichtung 405 in
axialer Richtung zum Stützteil 400 belastet. Die
Federn sind gegen die Bodenfläche in axialer Richtung des
an dem Endflansch 20 gebildeten Dichtungsgehäuses
gestützt. Es sind mehrere Federn 406 mit ihren
Pressvorrichtungen 405 in einem Abstand voneinander in
Umfangsrichtung zu den beiden Druckringen vorgesehen. In der 22 ist
nur eine auf den unteren Druckring 404 wirkende Feder und
Pressvorrichtung dargestellt. Zu den Druckringen sind zusätzlich
Dichtungen 407 und entsprechend 408, z. B. U-Dichtungen,
zum Dichten der Druckringe zueinander sowie zum Dichten des unteren
Druckringes gegen die Fläche des Dichtungsgehäuses
vorgesehen. In dieser Ausführungsform gelingt es, den Druck
in dem Druckraum 42 zwischen der Walzenachse und dem Mantel 11 über
die Öffnung 409 zwischen der Innenfläche
des Dichtungsgehäuses und dem oberen Druckring 403 hinter
den Druckringen 402 und 404 Wirkung auszuüben,
wobei sich die Dichtungskraft direkt proportional in Bezug auf den
Druck ändert. Die Druckringe sind gegen Drehen in Bezug
auf die Endflansche verriegelt. Das zwischen die Dichtungen eindringende
Lecköl wird zurück in das Walzeninnere entlang
der nicht dargestellten Ölkanäle gepumpt.
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Die
Ausführungsform der 23 unterschiedet
sich von der Ausführungsform der 22 darin, dass
die Dichtungsfläche zwischen dem Stützbereich 410 und
dem oberen Gleitring 411 sowie dem unteren Gleitring 412 niveauartig
ist, welche von der Fertigung her einfacher und von den Kosten her
billiger als die Fertigung der einen Bereich der Kugelfläche bildenden
Dichtungsfläche ist. Zusätzlich ist die Dichtungsfläche
zwischen den Gleitringen 411, 412 und entsprechenden
Druckringen 413, 414, die einen Bereich der Kugelfläche
bildet, im Gegensatz zu der Ausführung der 22,
wobei auf die Gleitringe Pressspannung anstelle von Zugspannung
gerichtet werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Gleitringe
aus einem auf Kohle basierenden Material hergestellt sind. Als Material
für die Gleitringe kann auch Bronze- oder ein anderes passendes
Gleitmaterial gewählt werden. Die Druckringe sind vorzugsweise
aus Stahl. Die Druckringe sind in dieser Ausführung mit
Federelementen 415, 416 belastet, die in den im
jeweiligen Druckring gebildeten Bohrungen angeordnet sind und gegen
die in axialer Richtung befindliche Bodenfläche des im
Zusammenhang mit dem Endflansch 20 gebildeten Dichtungsgehäuses gestützt
sind. In dieser Ausführungsform ist der Endflansch 20 mit
Befestigungsschrauben 421 mit dem Endstück 420 verbunden,
wobei die Endflansche 20 und der Deckenteil 420 zusammen
zwischen diesen das Dichtungsgehäuse der Endflansche definieren. Auch
in dieser Ausführungsform gelingt es, die Wirkung des im
Druck mediumraum 42 zwischen dem mittleren Teil 12c der
Walzenachse und dem Walzenmantel 11 herrschenden Drucks über
die Öffnung 419 zwischen dem oberen Druckring 413 und
der Innenfläche des Dichtungsgehäuses hinter den
Druckringen auszuüben, wobei den Federn die Aufgabe bleibt,
eine Grundbelastung zu schaffen, während der eigentliche
Dichtungsdruck unter dem Einfluss des Druckmediums entsteht. Auch
in dieser Ausführungsform sind in den Druckringen Dichtungselemente 417 zwischen
diesen sowie ein Dichtungselement 418 zwischen dem unteren
Druckring und der Innenfläche des Dichtungsgehäuses
vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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