DE19916015A1

DE19916015A1 - Zapfendichtung

Info

Publication number: DE19916015A1
Application number: DE19916015A
Authority: DE
Inventors: Jun Charles L Innis; Jerome J Churba
Original assignee: Morgan Construction Co
Current assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 1999-11-04
Also published as: IT1307554B1; US6053501A; GB9907698D0; GB2336406B; ITRM990218A1; GB2336406A

Abstract

Dichtung für die Verwendung an dem sich verjüngenden Teil eines Walzenzapfens in einem Walzwerk, wobei die Dichtung einen flexiblen kreisförmigen Dichtungskörper mit wenigstens einem ersten und einem zweiten elastischen, äußeren und kreisförmigen Flansch umfaßt. Der erste Flansch weist eine periphere Lippe auf, die mit einem Winkel von demselben in der Richtung des zweiten Flansches vorsteht, wobei der zweite Flansch in derselben Richtung mit einem Winkel gegenüber dem ersten Flansch vorsteht, um dazwischen einen gegenüber der umgebenden Atmosphäre offenen Raum zu definieren. Die Flansche können so weit gebogen werden, daß die periphere Lippe des ersten Flansches in Kontakt mit dem zweiten Flansch gebracht werden kann, wodurch verursacht wird, daß der Raum dazwischen in seiner Größe reduziert und gegenüber der umgebenden Atmosphäre geschlossen wird. Es wird Luft aus der umgebenden Atmosphäre in den geschlossenen Raum eingeführt, um dadurch das Entstehen eines Unterdrucks als Ergebnis einer Bewegung des ersten Flansches weg vom zweiten Flansch, während die Lippe in Kontakt mit dem zweiten Flansch bleibt, zu verhindern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine flexible Dichtung und insbesondere eine Verbesserung für eine Dichtung des Typs, der an dem sich verjüngenden Teil eines drehbar in einem Walzwerk-Ölfilmlager gehaltenen Walzenzapfens verwendet wird.

Fig. 1 stellt eine Zapfendichtung 10 aus dem Stand der Technik des Typs dar, der in dem US-Patent 4,568,720 (Simmons et al.) beschrieben ist. Die Dichtung umfaßt einen gegossenen, flexiblen und kreisförmigen Dichtungskörper 12 auf, der im Inneren durch eine eingebettete Kombination aus einer Wickelfeder 14 und einem Stahlkabel 16 verstärkt ist. Der Dichtungskörper weist gegenüberliegende vorstehende Lippen 18, 20 jeweils auf der Wasserseite und auf der Ölseite, einen ersten Flansch 22 auf der Ölseite neben einem als "Flinger" bezeichneten zweiten Flansch 24 auf der Ölseite sowie einen dritten Flansch 26 auf der Wasserseite auf. Die Flansche 22, 26 sind jeweils mit winkelig angeordneten peripheren Lippen 28, 30 versehen. Die Lippe 28 steht vom Flansch 22 in der Richtung des zweiten Flinger-Flansches 24 vor, welcher in derselben Richtung mit einem Winkel gegenüber dem Flansch 22 vorsteht, um dazwischen einen für die umgebende Atmosphäre offenen Raum "S" zu definieren.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Dichtung 10 dafür ausgebildet, auf dem sich verjüngenden Teil 34 eines Walzwerk-Walzenzapfens 36 befestigt zu werden, der drehbar in einem Ölfilmlager gehalten wird. Das Lager umfaßt eine Muffe 38, die mit Hilfe einer herkömmlichen Einrichtung (nicht gezeigt) an dem Walzenzapfen befestigt ist, um sich mit demselben zu drehen. Die Muffe 38 weist eine äußere zylindrische Lageroberfläche auf, die für die Drehung innerhalb einer inneren Lageroberfläche einer fixierten Hülse 40 gehalten wird. Die Hülse wird auf einem Lagerklotz 42 gehalten.

Die Muffe dreht sich mit dem Walzenzapfen, während der Lagerklotz und die Hülse stationär bleiben. Ein stark viskoses Öl wird in flutender Quantität kontinuierlich zwischen die Lageroberflächen der Muffe 38 und der Hülse 40 geführt. Eine kreisförmige Erweiterung 44 des Lagerklotzes sieht eine Auffangvertiefung 46 vor, in welcher das von zwischen den Lageroberflächen austretende Öl kontinuierlich gesammelt wird. Das stark viskose Öl kann durch eine geeignete Rohrverbindung (nicht gezeigt) aus der Auffangvertiefung weggezogen werden, um gekühlt und gefiltert zu werden, bevor es zu den Lageroberflächen zurückgeführt wird.

Wenn die Walze unter "nassen" Bedingungen betrieben wird, dann flutet ständig Wasser über den Körper 48 der Walze und über die Endfläche 50 derselben nach unten. Trotz der Zentrifugalkräfte, die das meiste Wasser von der Walze wegschleudern, bewegt sich etwas Wasser entlang des Walzenzapfens auf das Lager zu. Die mit dem Bezugszeichen 52 angegebene Dichtungsanordnung und die flexible Zapfendichtung 10, die eine Komponente derselben bildet, dienen dazu, zu verhindern, daß Wasser in das Lager eindringt und das Lageröl verunreinigt, wobei gleichzeitig ein Verlust des Öls aus dem Lager verhindert werden soll.

Zusätzlich zu der flexiblen Dichtung 10, umfaßt die Dichtungsanordnung 52 eine steife kreisförmige Dichtungsendplatte 54, die relativ zu dem Lagerklotz 42 an demselben befestigt ist. Die Dichtungsendplatte weist einen sich radial nach innen erstreckenden kreisförmigen Flansch oder "Damm" 56 auf, der sich senkrecht zu der Lagerachse erstreckt. Die Innenseite des Damms ist radial zu dem flexiblen Dichtungskörper beabstandet. Die Dichtungsendplatte umfaßt weiterhin Schultern 58, die sich von der Basis des Damms 56 in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Jede der Schultern 58 weist eine zylindrische Schulteroberfläche 60 auf, die sich parallel zu der Lagerachse erstreckt. Die zylindrischen Schulteroberflächen 60 umgeben die flexiblen Dichtungsflansche 22, 26 und sind derart angeordnet, daß sie gleitend durch die entsprechenden flexiblen Lippen 28, 30 kontaktiert werden.

Die Dichtungsanordnung 52 umfaßt weiterhin einen inneren Dichtungsring 62 mit elastischen Knöpfen 64, welche mit der Endfläche 50 der Walze verbunden sind. Die Innenseite des inneren Dichtungsrings kontaktiert den flexiblen Dichtungskörper 12 am Übergang zwischen der Lippe 18 und dem Flansch 26.

Während des Betriebs der Walze wird die oben beschriebene Anordnung wie folgt betrieben: der innere Dichtungsring 62, die flexible Zapfendichtung 10 und die Muffe 38 drehen sich mit dem Walzenzapfen. Die Dichtungsendplatte 54, der Klotz 42 und die Hülse 40 bleiben stationär. Dabei fließt ständig Schmieröl zwischen den Lageroberflächen der Muffe 38 und der Hülse 40 aus. Das meiste Öl wird durch den rotierenden Flinger 24 an der Zapfendichtung zurückgehalten und zu der Auffangvertiefung 46 geführt. Das über den Flinger 24 hinaus gelangende Öl wird durch den rotierenden Ölseiten-Flansch 22 zurückgehalten, wobei durch die flexible Lippe 28, welche die Schulteroberfläche 60 dichtend kontaktiert, verhindert wird, daß das Öl zwischen dem Flansch 22 und der Schulteroberfläche 60 austritt. Entsprechend wird der Großteil des auf der Walze angewendeten Wassers durch den rotierenden inneren Dichtungsring 62 zurückgehalten. Das über den inneren Dichtungsring gelangende Wasser wird durch den rotierenden Wasserseiten-Flansch 26 an der Zapfendichtung zurückgehalten, wobei durch die flexible Lippe 30 verhindert wird, daß das Wasser zwischen dem Flansch und der umgebenden Schulteroberfläche eindringt.

Obwohl die oben beschriebene Anordnung allgemein zufriedenstellend arbeitet, hat Erfahrung gezeigt, daß der Ölseiten-Flansch 22 der Dichtung während der Entfernung der Lageranordnung vom Walzenzapfen durch den Damm 56 der Dichtungsendplatte 54 berührt werden kann. Dabei wird gelegentlich verursacht, daß der Flansch 22 so weit gebogen wird, daß er und seine periphere Lippe 28 in Kontakt mit dem zweiten Flinger-Flansch 24 gebracht werden. Dabei wird der Raum S wesentlich in seiner Größe reduziert und durch die Lippe 28, die den Flinger-Flansch 24 kontaktiert, gegenüber der umgebenden Atmosphäre geschlossen. Dieser Zustand ist in Fig. 3A gezeigt. Der Raum S wird außerdem durch vorhandene Restmengen des stark viskosen Öls, das zum Schmieren des Lagers verwendet wird, weiter in seiner Größe reduziert und gegenüber der umgebenden Atmosphäre geschlossen.

Wenn das Lager dann wie in Fig. 3B dargestellt wieder auf dem Walzenzapfen befestigt wird und die Dichtungsendplatte 54 wieder zwischen den beiden Flanschen 22, 26 axial zu denselben beabstandet angeordnet wird, dann versucht der Flansch 22 elastisch zu seiner Normalposition zurückzukehren, was jedoch durch die Entwicklung eines Unterdrucks in dem geschlossenen Raum S verhindert wird. Deshalb kommt die Lippe 28 nicht in Kontakt mit der benachbarten Schulteroberfläche 60 der Dichtungsendplatte, woraus ein Lecken von Öl resultiert. Die Entwicklung eines Unterdrucks wird durch die Größenreduktion des Luftraums und durch die aufgrund des Vorhandenseins von Restmengen des stark viskosen Schmieröls verstärkte Dichtung gegenüber der umgebenden Atmosphäre gefördert.

Die vorliegende Erfindung korrigiert den oben beschriebenen Mangel durch das Vorsehen einer Einrichtung zum Einführen von Luft aus der umgebenden Atmosphäre in den geschlossenen Raum S, indem direkt Rillen verwendet werden oder indem indirekt diskrete energiespeichernde Vorsprünge verwendet werden, welche dazu dienen, die Integrität des Kontakts zu stören. Dadurch wird die Entwicklung eins Unterdrucks im Raum S verhindert, so daß die elastische Rückkehr des Ölseiten- Flansches 22 zu seiner Normalposition sichergestellt wird, in welcher die Lippe 28 die benachbarte Schulteroberfläche 60 der Dichtungsendplatte dichtend kontaktiert.

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht einer Zapfendichtung aus dem Stand der Technik,

Fig. 2 ist eine Teilquerschnittansicht eines Ölfilmlagers und einer entsprechenden Dichtungsanordnung, welche die in Fig. 1 gezeigte Dichtung aus dem Stand der Technik umfaßt,

Fig. 3A ist eine Querschnittansicht, die zeigt, wie die in Fig. 1 gezeigte Dichtung während des Entfernens der Dichtung verformt werden kann,

Fig. 3B ist eine Querschnittansicht, die zeigt, wie die verformte Dichtung von Fig. 3A daran gehindert wird, zu ihrer Normalform zurückzukehren, wenn das Lager wieder auf dem Walzenzapfen befestigt wird, und

Fig. 4A bis 4C sind Querschnittansichten, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung modifizierte Dichtungen zeigen.

Wie oben bemerkt, sieht die vorliegende Erfindung das Einführen von Umgebungsluft in den Raum S ein, der durch die Lippe 28 geschlossen wird, wenn diese während der Verformung des Ölseiten-Flansches 22 den Flinger-Flansch 24 kontaktiert. In der in Fig. 4A dargestellten Ausführungsform wird dies durch das Vorsehen von entlang des Umfangs zueinander beabstandeten hemisphärischen Vorsprüngen 70 auf der Innenoberfläche des Flinger-Flansches 24 erreicht. Wenn der Ölseiten-Flansch 22 - wie durch die gestrichelte Linie angegeben - zu dem Flinger-Flansch 24 hin gebogen wird, dann kontaktiert er die Vorsprünge 70. Die Kompression der Vorsprünge veranlaßt die elastische Speicherung von Energie, während der Flansch in die gebogene Position gezwungen wird. Sobald die Zwangsbedingung, welche das Biegen des Flansches verursacht, etwa durch die Bewegung der umgebenden Teile aufgehoben wird, wird die gespeicherte Energie durch die Ausdehnung der Vorsprünge in den nicht komprimierten Zustand freigesetzt, so daß ein Zwischenraum zwischen der Dichtungslippe und dem Flinger-Flansch geöffnet wird, welcher erlaubt, daß Umgebungsluft zwischen den Vorsprüngen in den Raum S eintritt, wodurch die Entwicklung eines Unterdrucks im Raum S verhindert wird.

In Fig. 4B sind entlang des Umfangs beabstandete radiale Grate 72 auf der Innenoberfläche des Flinger-Flansches 24 vorgesehen, und in Fig. 4C wird die Innenoberfläche des Flinger-Flansches durch sich radiale erstreckende Rillen 74 unterbrochen. Diese sowie andere entsprechende Oberflächendiskontinuitäten im Kontaktbereich zwischen der Lippe 28 und dem Flinger-Flansch 24 dienen dazu, die Entwicklung eines Unterdrucks im Raum S zu verhindern, wodurch wiederum sichergestellt wird, daß der Ölseiten-Flansch 22 immer zu seiner Normalposition zurückkehrt, auch wenn er während des Entfernens des Lagers elastisch verformt wurde.

Dem Fachmann sollte aus den vorstehenden Erläuterungen deutlich sein, daß verschiedene Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne daß dadurch von dem hier beanspruchten Erfindungsumfang abgewichen wird. Zum Beispiel können Oberflächendiskontinuitäten auf der Innenoberfläche des Flinger-Flansches 24 und/oder auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Ölseiten-Flansches 22 und/oder auf dessen Lippe 28 vorgesehen werden. Die Oberflächendiskontinuitäten können eine beliebige Form aufweisen, solange sie das erforderliche Eintreten von Umgebungsluft in den Raum S unterstützen, wenn die Lippe 28 den Flinger-Flansch 24 kontaktiert. Alternativ dazu können Durchgangswege an strategischen Positionen des Flinger-Flansches 24 gebohrt oder gegossen sein.

Claims

1. Dichtung für die Verwendung an dem sich verjüngenden Teil eines Walzenzapfens in einem Walzwerk, wobei die Dichtung (10) einen flexiblen kreisförmigen Dichtungskörper (12) mit wenigstens einem ersten und einem zweiten elastischen, äußeren und kreisförmigen Flansch (22, 24), wobei der erste Flansch (22) eine periphere Lippe (28) aufweist, welche mit einem Winkel vom ersten Flansch (22) in der Richtung des zweiten Flansches (24) vorsteht, wobei der zweite Flansch (24) in derselben Richtung mit einem Winkel gegenüber dem ersten Flansch (22) vorsteht, um dazwischen einen zur umgebenden Atmosphäre offenen Raum (S) zu definieren, und wobei die Flansche (22, 24) so weit gebogen werden können, daß die Lippe (28) in Kontakt mit dem zweiten Flansch (24) gebracht werden kann, wodurch verursacht wird, daß der Raum (S) in seiner Größe reduziert und gegenüber der umgebenden Atmosphäre geschlossen wird, sowie eine Einrichtung umfaßt, um Luft aus der umgebenden Atmosphäre in den geschlossenen Raum (S) einzuführen, um dadurch das Entstehen eines Unterdrucks in dem geschlossenen Raum (S) als Ergebnis einer Bewegung des ersten Flansches (22) weg vom zweiten Flansch (24), während die Lippe (28) in Kontakt mit dem zweiten Flansch (22) bleibt, zu verhindern.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung an der Kontaktfläche zwischen der Lippe (28) und dem zweiten Flansch (24) angeordnet ist.

3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung radiale Rillen im zweiten Flansch (24) umfaßt.

4. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung radiale Grate im zweiten Flansch (24) umfaßt.

5. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung Oberflächendiskontinuitäten im zweiten Flansch (24) und/oder in der Lippe (28) umfaßt.