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Die Erfindung bezieht sich auf eine Walze, insbesondere beheizte Walze mit einer den arbeitenden Walzenumfang bildenden umlaufenden Hohlwalze und einem diese der Länge nach durchgreifenden, ringsum Abstand zum Innenumfang der Hohlwalze belassenen undrehbaren Querhaupt. In dem Zwischenraum zwischen der Hohlwalze und dem Querhaupt ist mindestens eine mit Druckflüssigkeit füllbare Druckkammer gebildet, die durch eine Dichtungsanordnung abgeteilt ist. Die Dichtungsanordnung weist an den einander gegenüberliegenden Enden der Druckkammer Endquerdichtungen sowie längs des Querhauptes und der Hohlwalze auf beiden Seiten der Wirkebene der Walze sich erstreckende Längsdichtungen in Gestalt von Dichtleisten auf. Eine derartige Walze ist aus der
DE 38 32 405 C1 bekannt.
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Dichtungsanordnungen mit Dichtleisten dieser Art haben sich in der so genannten schwimmenden Walze (
DE-PS 10 26 609 ) vielfach bewährt. Der Gedanke der schwimmenden Walze ist für viele verschiedene Anwendungsfälle weiterentwickelt worden. Darunter befinden sich auch Solche, bei denen das Querhaupt, sei es wegen großer Belastung, sei es wegen relativ geringem Querschnitts (
DE-PS 33 29 595 ) besonders starken Durchbiegungen unterworfen ist. Das Querhaupt verlagert sich also in der Mitte gegenüber dem Innenumfang der Hohlwalze entsprechend stark. Auf den hiermit verbundenen veränderten Abstand zwischen dem Querhaupt und dem Innenumfang der Hohlwalze im Bereich der Längsdichtung kann diese mit einer variierten Neigungsstellung reagieren.
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Heute kommen beheizte Walzen mit Dichtleisten der beschriebenen Art bis zu Innenumfangs-Rohrgeschwindigkeiten von 15 Meter pro Sekunde zum Einsatz. Der Begriff „Rohr” und „Hohlwalze” wird im Rahmen dieser Druckschrift synonym verwendet. Die Dichtleiste umfasst oft ein Verschleißstück, welches aus von der übrigen Dichtleiste unterschiedlichem Material gefertigt ist. Aufgrund der hiermit verbundenen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Verschleißstück und übriger Dichtleiste weist das Verschleißstück oft Dehnungsfugen auf. Diese grenzen oft an Überlappungen des Verschleißstückes an. Diese Überlappungen und Dehnungsfugen sind allerdings hinderlich, soll eine hohe Dichtigkeit des Systems erreicht werden. Um geringe Leckraten zu erhalten, ist es bekannt, das Verschleißstück, welches bei bekannten Dichtungsanordnungen einen rechteckigen Querschnitt aufweist, so zum Innenumfang der Hohlwalze auszurichten, dass seine zu dem Innenumfang benachbarte Fläche zwar nicht gänzlich innen an der Hohlwalze anliegt, sich zwischen dieser Fläche des Verschleißstücks und einer gedachten Tangente durch die Berührungsfläche zwischen Verschleißstück und Rohr jedoch lediglich ein geringer Winkel α ergibt (1). Mit „Innenumfang der Hohlwalze” wird im Rahmen dieser Druckschrift die Innenfläche der Hohlwalze bezeichnet. Verglichen mit einer Anordnung, bei der sich ein größerer Winkel α zwischen der dem Innenumfang der Hohlwalze benachbarten Fläche des Verschleißstückes und dem Innenumfang ergeben, folgen hieraus relativ kleine, durch die Dehnungsfugen verursachte Lecke. Mit zunehmender Gebrauchsdauer wird das System zudem immer dichter, weil der Verschleiß des Verschleißstückes zur Verkleinerung der Lecks führt.
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Nachteilig an den beschriebenen Walzen mit den beschriebenen Dichtungsanordnungen ist, dass sie bei hohen Rohrgeschwindigkeiten und dickflüssigen Ölen versagen.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Walze mit einer Dichtungsanordnung zu schaffen, deren Druckkammer über einen großen Einsatzbereich von Beginn an eine hohe Dichtigkeit aufweist Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Walze erfüllt.
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Die erfindungsgemäße Walze weist eine den arbeitenden Walzenumfang bildende umlaufende Hohlwalze auf. Es ist ein diese der Länge nach durchgreifendes, ringsum Abstand zum Innenumfang der Hohlwalze belassendes undrehbares Querhaupt vorgesehen und mindestens eine in dem Zwischenraum zwischen der Hohlwalze und dem Querhaupt gebildete, mit Druckflüssigkeit füllbare Druckkammer. Die Druckkammer ist durch die Dichtungsanordnung abgeteilt, die längs des Querhauptes und der Hohlwalze auf beiden Seiten der Wirkebene der Walze sich erstreckenden Längsdichtungen in Gestalt von Dichtleisten aufweist. Die Dichtleisten weisen ein Verschleißstück auf, welches mit einer Anlagefläche gegen den Innenumfang der Hohlwalze anliegt. Das Verschleißstück weist Dehnungsfugen auf, die an sich überlappende, sich berührende Flächen des Verschleißstücks angrenzen. Die sich überlappenden und sich berührenden Flächen des Verschleißstücks bilden einen Kontaktbereich, der auch schon bei neuem Verschleißstück, also noch ohne Verschleiß, in die Anlagefläche oder kurz daneben reicht.
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Die Dichtleiste hat bevorzugt einen etwa L-förmigen Querschnitt.
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Der Kontaktbereich ist also genau der Bereich, in dem sich die überlappenden Flächen des Verschleißstücks berühren. In dem der Kontaktbereich in die Anlagefläche oder kurz daneben reicht, bewirken die Dehnungsfugen keine oder lediglich kleine Lecks. Vorzugsweise reicht der Kontaktbereich in die Anlagefläche, wodurch keine Lecks durch die Dehnungsfugen hervorgerufen werden. Das Verschleißstück ist bevorzugt durch die Dehnungsfugen in mehrere Stücke geteilt, es liegt also ein mehrteiliges Verschleißstück vor. Vorzugsweise umfasst die Dichtungsanordnung an den einander gegenüberliegenden Enden der Druckkammer vorgesehene Endquerdichtungen. Sie sind bevorzugt am Querhaupt angebracht. Die Längsdichtungen sind bevorzugt ebenfalls am Querhaupt angebracht:.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist in Umlaufrichtung der Hohlwalze vor und/oder hinter der Anlagefläche ein Freiraum in dem Verschleißstück vorgesehen, der vorzugsweise als Fase ausgebildet sein kann. Das Verschleißstück hat also keinen rechteckigen Querschnitt. Die Fasenfläche kann gekrümmt sein, vorzugsweise im Sinne einer Hohlkehle, um den Freiraum zum Innenumfang der Walze zu vergrößern. Der Fasenwinkel ist bevorzugt größer als 15°. Es hat sich gezeigt, dass der Grund für das Versagen bekannter Dichtungsanordnungen bei hohen Rohrgeschwindigkeiten und dickflüssigem Öl in dem kleinen Winkel α (Anstellwinkel) zwischen der den Innenumfang des Rohres benachbarten Fläche des Verschleißstückes und dem Innenumfang ist. Dreht das Rohr rechtsherum (1; r) hebt die Dichtleiste ab. Dreht es gegenläufig (1; l) kommt es zur Kavitation und damit zum Materialabtrag in dem sich dann öffnenden Spalt Dies führt dazu, dass sich kein Walzendruck mehr aufbauen kann bzw. das Verschleißstück höhlt sich auf der anderen, ablaufenden Seite der Walze durch Unterdruck und Öldampfbildung aus. Durch möglichst große Fasen, also Fasen mit einem möglichst großen Fasenwinkel in Umlaufrichtung der Hohlwalze vor und/oder hinter der Anlagefläche wird erreicht, dass diese nur einen geringen hydrodynamischen Druck – oder Unterdruck aufbauen und die beschriebenen störenden Effekte nicht oder nicht so stark auftreten. Die Fasen bewirken zudem eine auch bei etwaiger sich verändernder Neigung des Verschleißstücks beibehaltene gleich bleibende vorteilhafte geringe Anlagenflächenbreite.
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In einer Ausführungsform ist in einem Verschleißstück lediglich eine einzige Fase vorgesehen. Diese ist in einer Ausführungsform in Umlaufrichtung der Hohlwalze vor der Anlagefläche und in einer anderen Ausführungsform hinter der Anlagefläche vorgesehen. In einer weiteren Ausführungsform ist vor und hinter der Anlagefläche jeweils genau eine Fase vorgesehen.
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In der bevorzugten Ausführungsform ist der Fasenwinkel der mindestens einen Fase größer als 30°.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Fasenwinkel zwischen 30° und 60° groß.
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Vorzugsweise umfassen die Dichtleisten ein Profil, bevorzugt ein gezogenes Profil, mit einer Nut, in der das Verschleißstück sitzt und der Kontaktbereich reicht in die Nut Das Verschleißstück ist also in ein Profil gefasst Indem der Kontaktbereich in die Nut reicht, sind alle gegebenenfalls vorhandene Teile des Verschleißstücks in der Nut gehalten.
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Vorzugsweise greifen die Dichtleisten mit einem Längsrand in eine Längshinterschneidung am Querhaupt. Die Dichtleisten sind weiter bevorzugt schräg gegen die Druckkammer gerichtet. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine Blattfeder vorgesehen, die aus dem Querhaupt hervorsteht und mit dem vorragenden Ende federnd von oben auf der Dichtleiste anliegt.
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Die Erfindung soll nun anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 links: einen Ausschnitt einer teilweisen Schnittdarstellung durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Walze im Bereich der Längsdichtung, rechts: einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines Querhaupts der links dargestellten Walze mit Längsdichtungen;
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2 links: einen Ausschnitt einer teilweise geschnittenen Darstellung durch eine erfindungsgemäße Walze, bei der das Verschleißstück zwei Fasen aufweist, rechts: einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines Querhaupts der links dargestellten Walze mit Längsdichtungen;
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2a eine Detailansicht eines Ausschnitts aus 2 rechts;
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3 links: einen Ausschnitt einer teilweise geschnittenen Darstellung durch eine erfindungsgemäße Walze im Bereich der Längsdichtung wobei das Verschleißstück lediglich eine einzige Fase aufweist, rechts: eine Ansicht wie links, jedoch durch eine Walze bei der die Fase auf der anderen Seite des Verschleißstückes verglichen mit der links dargestellten Walze angeordnet ist.
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1 zeigt aus verschiedenen Ansichten Ausschnitte einer aus dem Stand der Technik bekannten Walze bzw. Dichtungsanordnung. Die Druckkammer 6 wird von der Leckkammer 10 durch eine Längsdichtung 7 in Gestalt einer Dichtleiste 8 getrennt. Die Dichtleiste 8 umfasst ein gezogenes Profil 4 welches in einer Nut 16 ein Verschleißstück 3 aufnimmt. Ein Längsrand 17 der Dichtleiste 8 greift in eine Längshinterschneidung 18 des Querhaupts 2 ein. Aus dem Querhaupt 2 entspringt eine Blattfeder 5, die mit dem vorkragenden Ende federnd von oben auf der Dichtleiste 8 anliegt und diese und damit das Verschleißstück 3 gegen den Innenumfang 9 der Hohlwalze 1 drückt. Wie insbesondere die rechte Seite der 1 zeigt, ist das Verschleißstück 3 durch Dehnungsfugen 11 in mehrere Teile 3a, 3a', 3a'' unterteilt. Wie der linken Seite der 1 zu entnehmen ist, ist der Querschnitt des aus dem Stand der Technik bekannten Verschleißstücks 3 zumindest weitgehend rechteckig. Der Figur ist zudem zu entnehmen, dass es eine dem Innenumfang 9 benachbarte Seite 3b des Verschleißstücks 3 gibt, welche zwar nicht vollflächig am Innenumfang 9 aufliegt, jedoch lediglich einen geringen Winkel α zu dem Innenumfang einnimmt.
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Mit den Pfeilen r bzw. l ist die Umlaufrichtung der Hohlwalze 1 rechtsrum bzw. linksrum gekennzeichnet.
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Bei üblichem Belastungszustand der Walze, bei dem das Querhaupt 2 gegenüber dem Rohr 1 durchgebogen ist, variiert dieser Winkel α über die Länge der Walze. Dies liegt unter anderem daran, dass die eingangs beschriebene Veränderung der Neigungsstellung der Dichtleiste 8 zu einer Änderung der Neigungsstellung des Verschleißstücks 3 führt.
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Bei einer Belastungsänderung wird sich eine (geringfügige) Änderung des Winkels α einstellen.
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1 links zeigt, dass der Kontaktbereich 13 noch nicht in der Anlagefläche 14 liegt. Aus der Figur lässt sich folgern, dass die Anlagefläche 14 bei zunehmendem Verschleiß des Verschleißstücks 3 immer breiter werden wird (α wird größer) und auf diese Weise die Anlagefläche irgendwann in den Kontaktbereich 13 hineinwachsen wird. Verglichen mit einer Anordnung des Verschleißstücks 3 gegenüber dem Innenumfang 9 des Rohrs, bei der die Seite 3b des Verschleißstücks 3 durch Drehen gegen den Uhrzeigersinn einen größeren Winkel α zu dem Innenumfang 9 einnehmen würde, hat die gezeigte Anordnung den Vorteil, dass zum einen die durch die Dehnungsfugen 11 hervorgerufenen Lecks von Anfang an relativ klein sind und diese zum anderen bei zunehmendem Verschleiß und damit größer werdender Anlagenflächebreite α gänzlich verschwinden. Nachteilig ist das bereits beschriebene Versagen bei hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Rohr 1 und Querhaupt 2 und dickflüssigen Ölen.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Weiterbildung des in 1 dargestellten Standes der Technik. Wie bei 1 steht die als Dichtleiste 8 ausgeführte Längsdichtung mit dem unteren Längsrand 17 der Dichtleiste 8 in einer Längshinterschneidung 18 des Querhaupts 2.
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Das Verschleißstück 3 ist wie bei 1 durch die Dehnungsfugen 11 in mehrere Teile 3a, 3a', 3a'' unterteilt. Wie insbesondere 2a zeigt, verlaufen die Dehnungsfugen 11 nicht gerade durch das gesamte Verschleißstück 3, sondern grenzen an sich überlappende, sich berührende Flächen von benachbarten Teilen 3a, 3a' des Verschleißstückes 3 an, die einen Kontaktbereich 13 bilden. Die Ebene des Kontaktbereichs 13 verläuft in etwa radial zu dem Innenumfang 9 des Rohres 1 im Bereich der Berührungsfläche zwischen Verschleißstück 3 und Innenumfang 9 des Rohrs 1. Sie verläuft zudem in Längsrichtung des Verschleißstücks 3 und steht etwa senkrecht zu den Dehnungsfugen 11.
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2 links zeigt den nicht-rechteckförmigen Querschnitt eines zumindest nahezu neuen, d. h. nicht verschlissenen Verschleißstücks 3. Bereits in diesem Zustand reicht der Kontaktbereich 13 bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in die Anlagefläche 14. Die Dehnungsfugen 11 verursachen daher keine wesentlichen Lecks. Auf der gegenüberliegenden Seite der Walze ist die Dichtungsanordnung spiegelverkehrt angeordnet.
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Wie 2 links zeigt, sind in diesem Ausführungsbeispiel sowohl in Umlaufrichtung vor als auch nach der Anlagefläche 14 Fasen 15, 15a oder, wie beispielhaft dargestellt ist, gekrümmte Flächen 15a' in dem Verschleißstück 3 vorgesehen, und der Fasenwinkel α1 der Fase 15 sowie der Fasenwinkel α2 der Fase 15a sind wesentlich größer als der in 1 links gezeigte Winkel α. Hierdurch wird ein je nach Drehrichtung des Rohres 1 auftretendes Abheben der Dichtleiste 8 durch den sich in dem schmalen Spalt bei 1 aufbauenden starken hydrodynamischen Überdruck bzw. ein Auftreten von Kavitation und damit Materialabtrag durch den in diesem Spalt auftretenden starken hydrodynamischen Unterdruck vermieden. Das sich Aufbauen des Walzendrucks p ist daher gewährleistet. Die Fasen 15, 15a bewirken zudem eine auch bei etwaiger sich verändernder Neigung des Verschleißstücks 3 beibehaltene gleich bleibende vorteilhafte geringe Anlagenflächenbreite α.
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3 zeigt zwei verschiedene Ausführungsbeispiele, bei denen das Verschleißstück 3 lediglich eine einzige Fase 15 bzw. 15a aufweist.
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Die in 2 bis 3 gezeigten Walzen weisen eine sehr dichte Druckkammer 6 auf und können gleichzeitig bei Beibehaltung dieser großen Dichtigkeit bei hohen Geschwindigkeiten betrieben werden. Sie weisen ihre Dichtigkeit von Beginn an auch bei unverschlissenem Verschleißstück 3 auf und behalten diese auch bei veränderter Belastung der Walze bei.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohr, Hohlwalze
- 2
- Querhaupt
- 3
- Verschleißstück
- 3a, 3a', 3a''
- Teile des Verschleißstücks
- 3b
- zu dem Innenumfang benachbarte Seite des Verschleißstücks
- 4
- Profil
- 5
- Blattfeder
- 6
- Druckkammer
- 7
- Längsdichtungen
- 8
- Dichtleisten
- 9
- Innenumfang der Hohlwalze
- 10
- Leckkammer
- 11
- Dehnungsfugen
- 12
- sich überlappende, berührende Flächen
- 13
- Kontaktbereich
- 14
- Anlagefläche des Verschleißstücks
- 15, 15a
- Fasen
- 15a'
- gekrümmte Fläche
- 16
- Nut
- 17
- Längsrand der Dichtleiste
- 18
- Längshinterschneidung
- a
- Anlageflächenbreite
- r
- rechtsrum
- l
- linksrum
- α1, α2
- Fasenwinkel/Tangentenwinkel
- p
- Walzendruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3832405 C1 [0001]
- DE 1026609 [0002]
- DE 3329595 [0002]
