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Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung zur Abdichtung wenigstens einer an eine in einer Bewegungsrichtung bewegte Fläche angrenzenden Unterdruck- oder Überdruckzone in einer Papier-, Tissue- oder Kartonmaschine, mit wenigstens einem der bewegten Fläche gegenüberliegenden Dichtelement, wobei ein Spalt zwischen der bewegten Fläche und dem Dichtelement mit einem Schmiermittel versorgbar ist.
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Derartige Dichtungseinrichtungen finden in der Praxis sowohl in der Formerpartie als auch in der Pressenpartie und/oder der Trockenpartie einer jeweiligen Papiermaschine Verwendung, wo sie u. a. in Saugwalzen oder Blaswalzen eingesetzt sein können.
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Im Folgenden wird die Erfindung für eine Saugwalze näher erläutert, sie soll aber nicht auf Saugwalzen beschränkt sein. So besitzen Saugwalzen in der Regel feststehende innere Saugkästen, die z. B. verstellbare Zonen mit wenigstens einem Druckniveau bilden, wobei die Abdichtung der Druck- oder Vakuumzonen in Sieblaufrichtung durch Dichtleisten erfolgt, die sich in der Regel zumindest im wesentlichen über die gesamte Walzenlänge erstrecken. Der Walzenmantel, der in diesem Fall die bewegte Fläche bildet, ist perforiert, so dass beispielsweise Wasser aus einem Sieb durch die Saugbohrungen im Mantel in die Saugzone abgeführt und anschließend aus der Walze herausgeleitet werden kann.
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Zur Abdichtung des Vakuums bei besaugten Walzentypen in Sieblaufrichtung bzw. in Bewegungsrichtung der bewegten Fläche werden üblicherweise leistenförmige Dichtelemente (deshalb auch Dichtleisten genannt) mit einer durchgehenden Dichtfläche eingesetzt, die in Kontakt mit der Innenfläche des Walzenmantels, also der genannten bewegten Fläche steht. Das Dichtelement unterliegt hier einem relativ großen Verschleiß, der durch den Abrieb und die Temperaturentwicklung resultiert, so dass das Dichtelement in der Praxis ständig nachjustiert werden muss. Nach Abtrag der maximalen Verschleißschicht muss die Walze geöffnet und das Dichtelement ausgetauscht werden.
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Um ein Dichtelement zu kühlen, aber auch zu schmieren, wird es häufig mit kühlem Schmiermittel über seine gesamte Länge beispielsweise mittels Spritzdüsen angespritzt. Das Dichtelement ist an der Einlaufseite häufig mit einer schrägen Einlauframpe versehen, so dass das Schmiermittel über den keilförmigen Freiraum zwischen bewegter Fläche, also dem Mantel, und dem Dichtelement eingezogen wird, was zu einer Art hydrodynamischen Schmierung in diesem Spalt führt. Diese Rampe kann im einfachsten Fall eine weggefräste Ecke eines im Querschnitt rechteckigen Dichtelementes sein. Die Rampe kann dabei unter einem Winkel von 5° bis 50° zur Bewegungsrichtung der bewegten Fläche stehen. Die Rampe könnte auch eine gekrümmte Fläche aufweisen. Dies führt mit relativ geringem Bearbeitungsaufwand am Rohteil des Dichtelementes zu einer längeren Lebensdauer, ohne dass ein anderer Parameter verstellt werden müsste. Besonders im Hinblick auf weitere Dichtleisten, die in Bewegungsrichtung der bewegten Fläche nach der ersten angeordnet sind und über kein eigenes Schmierspritzrohr verfügen, ist es wichtig, genügend Restschmiermittel über das erste Dichtelement hinweg zum nächsten zu bringen. So wird auch der Verschleiß folgender Dichtelemente verringert und die Temperaturentwicklung hält sich in annehmbaren Grenzen.
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Eine schräge Rampe ist bei Saugwalzen oft auch an der Auslaufseite des Dichtelementes vorgesehen. Dies bringt den Vorteil, dass sich die Saugöffnungen im Mantel nach der Vakuumierung im Saugbereich der Walze hinter der Dichtung nicht schlagartig, was gleichbedeutend ist mit lautstark, mit Luft füllen, sondern gedrosselt und in sofern deutlich leiser.
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Da ein Abrieb an der Dichtfläche des Dichtelements aber nicht vermeidbar ist, wird sich der Materialbereich des Dichtelementes, der sich in Bewegungsrichtung der bewegten Fläche vor oder hinter einer durch die schrägen Rampen bedingten keilförmigen Freiraum befindet, mit der Zeit abgetragen und die positive Wirkung der schrägen Einlauf- und/oder Auslauframpe geht verloren. In diesem Fall muss das Dichtelement nach wartungsaufwändigem Öffnen der Walze gegen ein neues ausgetauscht werden.
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Deshalb hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, die Nutzungsdauer eines Dichtelements zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in Bezug auf die bewegte Fläche im Ein- und/oder Auslaufbereich an dem Dichtelement und senkrecht zur bewegten Fläche wenigstens zwei schräge Rampen übereinander angeordnet sind.
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Daraus ergibt sich der Vorteil, dass nachdem eine erste Schicht, die die Höhe der der bewegten Fläche am nächsten gelegenen Rampe (im Folgenden obere Rampe genannt) aufweist, abgetragen ist, bei gleicher Steigung der übereinanderliegenden Rampen noch einmal die gleiche Einsatzdauer des Dichtelementes erfolgen kann. Denn nach dem Abtrag des neben der Rampe vorhandenen Materials durch den Kontakt mit der bewegten Fläche, also beispielsweise dem Walzenmantel, wirkt automatisch die zweitoberste Rampe in der gleichen Funktionsweise fort. Anschaulich könnte man auch sagen, dass das Dichtleistenprofil im Querschnitt ein Sägezahnmuster besitzt, wobei nach dem verschleißbedingten Abtragen eines Zahnes der nächste „beißt”.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die der bewegten Fläche abgewandte Seite der Rampe im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung der bewegten Fläche verläuft. Dadurch entsteht einerseits ein „Zahn” mit großem Materialvolumen und andererseits wird die zweitoberste Rampe sofort aktiv, wenn die oberste Rampe abgetragen ist. Eine der bewegten Fläche abgewandte Seite der Rampe mit negativer Steigung in Relation zur Steigung der Rampe ist unbedingt zu vermeiden, weil das Dichtelement ansonsten irgendwann eine Form annehmen würde, in der sie das Schmiermittel an der bewegten Fläche abrakeln und nicht zur eigenen Schmierung verwenden würde. Die der bewegten Fläche abgewandte Seite der Rampe muss demnach entweder keine oder eine Steigung mit dem gleichen Vorzeichen wie die Rampe haben.
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Es ist bevorzugt, wenn das Dichtelement eine Breite in Bewegungsrichtung der bewegten Fläche von 12 bis 40 mm einnimmt und die Rampen davon 5 bis 40% überdecken. Bei Einsatz in einer Saugwalze, sind somit in der Regel die Saugöffnungen im Mantel (die 3 bis 10 mm im Durchmesser sind) durch den Kontaktbereich des Dichtelementes mit dem Mantel, der nicht mit einer Rampe versehen ist, vollständig abgedeckt und somit abgedichtet.
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Weil sich der Saugzonenrand möglichst wenig verschiebt, ist es von besonderem Vorteil, wenn die Rampen in Bewegungsrichtung der bewegten Fläche höchstens 10 mm einnehmen. Die walzenaxiale Gerade, an der der Saugeffekt wegen der Abdeckung der Öffnungen verloren geht, verschiebt sich nämlich mit Abnutzung des Dichtelementes. Begrenzt man die Rampenlänge auf 10 mm ist das Ergebnis jedoch kontrollierbar.
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Bevorzugt ist unterhalb des Dichtelementes an der der bewegten Fläche abgewandten Seite ein Aktuator vorgesehen, der das Dichtelement in Richtung bewegte Fläche drücken kann. Das Dichtelement kann dadurch auch bei Abrieb im betrieb ständig so nachstellt werden, dass die Dichtfunktion gewährleistet bleibt.
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Dabei ist besonders bevorzugt, wenn der Hub des Aktuators mindestens zwei Steigungshöhen der Rampen umfasst. Damit wird dem Vorteil, der durch die doppelte Rampenhöhe gegeben ist, Rechnung getragen. Es können auf diese weise beide Rampenhöhen im Verschleiß abgetragen werden, ohne dass die Funktion des Dichtelementes verloren geht.
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Mit Vorteil sind an der Rampenseite des Dichtelementes Düsen vorgesehen, die das Dichtelement mit einem Schmiermittel besprühen. Hierdurch wird die Kühlung und der hydrodynamische Schmierprozess begünstigt, und es wird dafür gesorgt, dass immer Schmiermittel in den Spalt zwischen dem Dichtelement und der bewegten Fläche, also im Saugwalzenfall dem Mantel, gelangen kann.
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Dabei wird bevorzugt, wenn das Schmiermittel Wasser ist. Wasser wird sowieso aus der zu behandelnden Faserstoffbahn in die Saugwalze eingesaugt und steht auch, gezielt von außen zugeführt, in der Regel in der Papierindustrie in jeder Maschinenposition zur Verfügung.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt in schematischer und ausgeschnittener Darstellung eine rein beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung im Querschnitt,
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2a und 2b erläutern am Stand der Technik das der Erfindung zugrunde liegende Problem.
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Um die Erfindung gemäß 1 besser verstehen zu können, wird zunächst an den 2a und 2b, die den Stand der Technik darstellen, erläutert, welche Nachteile zur Erfindung geführt haben.
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2a zeigt einen rotierenden Walzenmantel 2, der um einen Träger 18 rotiert. Mit dem Träger 18 verbunden ist eine Aufnahme 7 für ein Dichtelement 10, wobei es sich bei dem Dichtelement 10 in der Regel um eine im Wesentlichen über die ganze Länge der angrenzenden Unterdruckzone 6 reichende flexible Dichtleiste handelt. Über solche Dichtelemente 10 können auch beliebig viele Unterdruckzonen 6 unterschiedlichen Druckniveaus abgedichtet werden. Das Dichtelement 10 kann über einen Aktuator 11 gegen den Mantel 2 angestellt werden. Als Aktuator 11 ist hier der einfachste Aufbau dargestellt, wobei es sich bei dem Aktuator 11 um einen Schlauch handelt, der sich durch Befüllung mit einem Druckmedium ausdehnt (Doppelpfeil 2b) und dabei das Dichtelement 10 anheben kann.
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Links neben der Dichtungseinrichtung 1 ist in 2a und 2b eine Unterdruckzone 6 vorgesehen. Über Saugbohrungen 5 im Mantel 2, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen, auch in den übrigen Figuren nur eine angedeutet ist, kann Wasser von einer Bahn ins Innere der Walze 20 gesaugt und schließlich abgeleitet werden.
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Das Dichtelement 10 besitzt oben, dem Mantel 2 benachbart, eine Dichtfläche 19, die in Bewegungsrichtung 4 des Mantels zumindest breiter als der Durchmesser einer Saugbohrung 5 sein sollte, und eine Rampe 13. Entweder wird eingesaugtes oder zur Verfügung gestelltes Schmiermittel über die Rampe 13 in den zwischen Dichtfläche 19 und Mantel 2 existierenden Spalt 17 gezogen und vermindert so den Verschleiß des Dichtelementes 10 am Mantel 2. Oder die Rampe 13 ist an der in Bewegungsrichtung 4 hinteren Ecke des Dichtelementes 10, um hier dafür zu Sorgen, dass die Saugbohrungen 5 sanfter und nicht so lautstark entspannt werden können. Selbstverständlich sind derartige Rampen 13 auch an beiden Seiten des Dichtelementes 10 vorstellbar.
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Der Verschleiß der Dichtelemente 10 ist in Mantelnähe allerdings nicht gänzlich zu verhindern, so dass das Dichtelement an der Dichtfläche 19 einen Abtrag erfährt. 2b zeigt, dass das Dichtelement 10 irgendwann so „abgeschliffen” ist, dass auch die Rampe 13 verloren gegangen ist. Über den Aktuator 11 wird das Dichtelement 10 zwar zum Mantel 2 hin nachgestellt, jedoch geht die Leitfunktion der Rampe 13 für das Schmiermittel, das beispielsweise Wasser ist, bzw. die Luft verloren.
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Abhilfe zu diesem Problem schafft nun die Erfindung gemäß 1. Auch hier ist als Ausführungsbeispiel ein Ausschnitt einer Saugwalze 20 vorgestellt, bei der jedoch im Gegensatz zu den 2a und 2b die Unterdruckzone 6 auf der rechten Seite des Dichteinrichtung 1 liegt.
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Im Träger 18 ist eine Aufnahme 7 für das Dichtelement 10 vorgesehen, in der es radial bewegt werden kann. Dazu dient der als Aktuator 11 dienende Schlauch 21, der über eine Steuerleitung 12, also eine Versorgungsleitung für ein Druckmedium, ausgedehnt werden kann. Dabei stellt er das Dichtelement 10 in Richtung Mantel 2 nach.
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Das Dichtelement 10 zeichnet sich nun dadurch aus, dass es auf wenigstens einer Seite wenigstens zwei Rampen 13.1, 13.2 übereinander angeordnet hat. Übereinander meint in diesem Fall rechtwinkelig zur Bewegungsrichtung 4 nebeneinander.
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Der in Bewegungsrichtung 4 rotierende Walzenmantel 2 besitzt ebenfalls Saugbohrungen 5. Zwischen der bewegten Fläche, also der Mantelinnenfläche 3 und der Dichtfläche 19 des Dichtelementes 10 ist ein Spalt 17 gewünscht, der über ein Schmiermittel erzeugt wird.
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Ein Schmierspritzrohr 15 mit mehreren Düsen 16 sprüht das Schmiermittel, in der Regel Wasser (ggf. mit Zusätzen), auf den Mantel und/oder die oberste Rampe 13.1. Jedoch wird auch hier wie im Stand der Technik die oberste Rampe 13.1 mit der Zeit durch Verschleiß der Dichtfläche 19 abgetragen. Der Erfindung entsprechend wirkt allerdings sobald die oberste Rampe 13.1 abgeschliffen ist, sofort die zweitoberste Rampe 13.2, so dass die Dichtungseinrichtung 1 mindesten doppelt so lange im Einsatz sein kann wie mit herkömmlichen Dichtelementen. Dazu sollte die der bewegten Fläche 3 abgewandte Seite 14 der Rampe 13.1 im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung 4 verlaufen. Außerdem sollte der Aktuator eine Hubhöhe aufweisen, die über wenigstens zwei Rampenhöhen hinwegreicht.
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Das Dichtelement 10 hat in Bewegungsrichtung 4 eine Breite von 12 bis 40 mm, wobei die oberste Rampe oder die beidseitigen obersten Rampen davon 5 bis 40% überdecken können. Eine Rampe länger als 10 mm zu gestalten, ist allerdings nicht sinnvoll, da sie in einem aufgrund des Verschleißes sehr dünnen Stadiums zu instabil würde.
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Für den Fall, dass das Dichtelement 10 seine Rampen 13.1 und 13.2 am Auslaufende des Mantels 2 aufweisen soll, muss man sich bei 1 lediglich einen um 180° gedrehten Pfeil für die Bewegungsrichtung 4 vorstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dichtungseinrichtung
- 2
- Mantel
- 3
- bewegte Fläche, Mantelinnenfläche
- 4
- Bewegungsrichtung, Pfeil
- 5
- Saugbohrung
- 6
- Unterdruckzone
- 7
- Aufnahme
- 10
- Dichtelement
- 11
- Aktuator
- 12
- Steuerleitung, Versorgungskanal
- 13, 13.1, 13.2
- Rampe
- 14
- der bewegten Fläche abgewandte Seite der Rampe
- 15
- Schmierspritzrohr
- 16
- Düse
- 17
- Spalt
- 18
- Träger
- 19
- Dichtfläche
- 20
- Walze
- 21
- Schlauch
