DE2349429A1 - Lagerkonstruktion fuer tragzapfen eines kippbaren konverters - Google Patents

Lagerkonstruktion fuer tragzapfen eines kippbaren konverters

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Description

Patentanwalt
Dipl.-Ing. G. SCHLIEES
6 1 DARMSTA')!
Claudiusweg 17A
Deutsche Patentamt
8000 München 2
Zweibrückenstr. 12
W 100 28, 9. 1973
Betr.: Patentanmeldung
Anmelder: "Vereinigte Osterreichische Eisen- und Stahlwerke - Alpine Montan AG, Wien
Lagerkonstruktiwi für Tragzapfen eines kippbaren Konverters
Die Erfindung betrifft eine Lagerkonstruktion für Tragzapfen eines kippbaren Konverters mit einem Winkel- bzw. Taumelbewegungen aufnehmenden Gleit-Gelenk- oder Wälzlager, welches mittels beiderseitig an seinem Innenring am Tragzapfen befestigter Distanzringe lagefixiert ist, und mit ringförmigen Dichtungen aus Kunststoff, Gummi od.dgl. zur Abdichtung des Lagergehäuses.
Konverterlager, die Lasten von z.B. 600 bis 1000 t aufnehmen müssen, erfordern eine besondere konstruktive Sorgfalt. Eine bewährte Lagerkonstruktion, die bei einer Schiefstellung der Tragzapfen infolge Wärmeeinwirkung auch Winkel- und Taumelbewegungen aufnehmen kann und bei der eines der Lager als Loslager zur Aufnahme einer axialen Verschiebung der Tragzapfen und das andere als Pestlager ausgebildet ist, ist in der österreichischen Patentschrift Nr. 274.870 beschrieben. Die Tragzapfen, die am Tragring, auf dem der Konverter abgestützt ist, befestigt sind, haben einen verhältnismäßig großen Durchmesser; der Durchmesser liegt je nach der aufzunehmenden Last zwischen 700 und 1000 mm und sogar darüber. Obwohl Konverterlager nur eine kleine Drehzahl von etwa 1 U/min haben,
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werden an sie infolge der besonderen Betriebsbedingungen bei Einwirkung von Hitze und Staub größte Anforderungen, besonders hinsichtlich ihrer Betriebssicherheit, gestellt; denn ein Ausfall der Lager führt zu einer Unterbrechung der Stahlerzeugung; ein Lageraustausch ist sehr schwierig durchführbar und kostspielig.
Gemäß der österreichischen Patentschrift Nr. 293 808 ist eine Zapfendichtung bekannt, die eine den Zapfen umgebende, in eine Nut eingesetzte Dichtungsschnur aufweist. Die Nut wird aus zwei axial gegeneinander ziehbaren Profilringen gebildet, wobei diese Profilringe zusammen mit der Dichtungsschnur in radialer Richtung innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung des Lagergehäuses bzw. eines Lagerdeckels verschiebbar sind, so daß auch bei einer Taumelbewegung des Tragzapfens die Dichtwirkung bestehen bleibt. Obwohl die Überlegungen richtig sind, von denen bei dieser Konstruktion ausgegangen worden ist, hat die Betriebspraxis gezeigt, daß die Lebensdauer der Dichtung nicht zufriedenstellend lang ist. Bei Schrägstellungen des Zapfens wird die Dichtschnur durch die radiale gleitende Bewegung im Lagergehäuse stark verformt. Das Dichtungsmaterial wird dadurch bis über seine Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht bzw. geht seine elastische Eigenschaft allmählich verloren. Im Lauf der Zeit kommt es zu einem "öffnen" des Lagerinnenraumes. Sodann eindringender Schmutz, feste Partikel aus Schlacke, Eisen und dgl. zerstören das Lager in kurzer Zeit.
Ein anderes Problem ist die Lagefixierung des Gleit-Gelenk- oder Wälzlagers am Tragzapfen mittels der Distanzringe. Bisher ist man so vorgegangen, daß für die Abstützung mindestens eines der Distanzringe eine verhältnismäßig tiefe nutförmige Ausnehmung im Tragzapfen vorgesehen wurde, in
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die ein Haltering eingepaßt wurde, gegen den sich der Distanzring abstützte. Die nutförmige Ausnehmung hat jedoch eine Kerbwirkung zur Folge, die es erforderlich macht, die Tragzapfen übermäßig dick und schwer auszubilden. Dadurch verteuert sich verständlicherweise die gesamte Lagerkonstruktion.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine verbesserte Lagerkonstruktion zu schaffen, die es gestattet, im Durchmesser kleinere Lager und Tragzapfen zu verwenden, wodurch die Herstellung und Montage vereinfacht wird; eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Abdichtung des Lagergehäuses so zu verbessern, daß ein Zusammendrücken der elastischen Dichtung in radialer Richtung als Folge einer Taumelbewegung des Tragzapfens vermieden und die Lebensdauer verlängert wird.
Die Erfindung besteht bei einer Lagerkonstruktion der eingangs definierten Art darin, daß mindestens einer der beiden Distanzringe aus mindestens drei Teilen besteht,
u.zw. aus zwei am Innenring des Gleit-Gelenk- oder Wälzlagers und am Tragzapfen anliegenden und einander mit einem Spiel gegenüberliegenden Distanzringteilen und einem diese fest umschließenden Ring, wobei die Innenflächen dieser Distanzringteile kegelstumpfförmig ausgebildet sind und mit einer mit korrespondierender Neigung nach innen ausgebildeten Kegelstumpfmantelflache des Tragzapfens zusammenwirken.
Dabei beträgt vorzugsweise der Neigungswinkel der Kegelstumpfmantelfläche zur Tragzapfenachse 2 bis 4°.
Die feste Umschließung der etwa halbringförmig ausgebildeten Distanzringteile kann nach einer Ausführungsform der Erfin-
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dung dadurch erfolgen, daß die Distanzringteile eine zylindrische Außenfläche aufweisen, auf die der sie umschließende Ring warm aufgeschrumpft ist, oder dadurch, daß der die Distanzringteile umschließende Ring aus zwei einander mit einem Spiel gegenüberliegenden Teilen besteht, die durch Schrauben gegeneinander anziehbar sind.
Die erfindungsgemäße Abdichtung des Lagers geschieht dadurch, daß zwischen den Distanzringen und seitlichen, ringförmigen Deckeln des Lagergehäuses kugelige Dichtflächen mit dazwischen in ringförmigen Ausnehmungen angeordneten Dichtungen vorgesehen sind, wobei der gemeinsame Mittelpunkt der kugeligen Dichtflächen im Mittelpunkt des Gleit-Gelenk- oder Wälzlagers liegt.
Die Kombination der neuartigen Distanzringbefestigung mit der neuartigen Abdichtung ergibt eine besonders betriebssichere Lagerkonstruktion für die Erfordernisse im Stahlwerksbetrieb; diese Lagerkonstruktion wird bevorzugt als Pestlager ausgeführt; sie kann aber auch für Loslager Anwendung finden 9 in welchem Fall die gesamte Lagerkonstruktion zusätzlich in axialer Richtung der Tragzapfen verschiebbar sein muß, beispielsweise durch Abstützung auf einer Rollenbahn oder durch Montierung des Lagers auf einer Pendelstütze. Die erfindungsgemäße Konstruktion wird an Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Konverteranlage mit ihrem Antrieb. Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine Lagerkonstruktion auf der Festlagerseite, Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch die Distanzringbefestigung und Fig. H einen Vertikalschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3· Zum Vergleich und zum besseren Verständnis
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der Erfindung ist in Fig. 5 in gleicher Darstellung und in gleichem Maßstab wie in Pig. 2 eine zum Stand der Technik gehörende Distanzringbefestigung gezeigt. Schließlich zeigen die Pig. 6 und 7 in ähnlicher Darstellung wie die Fig. 3 und 4 modifizierte Ausführungsformen.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Konverter bezeichnet, der von einem Tragring 2 umgeben und mittels der Tragzapfen 3, 4 in einem Festlager 5 und einem Loslager 6 kippbar gelagert ist. Das Festlager 5 und das Loslager 6 sind auf den Ständern 7 und 8 montiert. Auf der Festlagerseite ist am Tragzapfen 3 ein Aufsteckgetriebe 9 zum Kippen des Konverters 1 befestigt, welches durch eine Drehmomentenstütze 10 in Umfangsrichtung festgelegt ist.
In Fig. 2 ist mit 11 ein Gleit-Gelenk- oder Wälzlager bezeichnet. Es kann ein Pendelrollenlager, Tonnenlager, Kegelrollenlager o.dgl. sein, wie solche z.B. im deutschen Gebrauchsmuster Nr. 71 39 476 oder in der bereits erwähnten österreichischen Patentschrift Nr. 274.870 beschrieben sind. Diese Lager haben einen Innenring, der am Tragzapfen befestigt ist, und einen Außenring, der im Lagergehäuse festgelegt ist. Zwischen Innenring und Außenring sind die Gleit- bzw. Wälzkörper angeordnet, die es ermöglichen, daß das Lager Winkel- bzw. Taumelbewegungen des Tragzapfens aufnehmen kann. Soll ein solches Lager als..Loslager auch axialen Bewegungen folgen, so kann entweder sein Außenring in einer Schiebebüchse, die gegenüber dem ortsfesten Lagergehäuse axial verschiebbar ist, gelagert sein (vgl. österreichische Patentschrift Nr. 274.870), oder es kann die gesamte Lagerkonstruktion in horizontaler Richtung beweglich sein.
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Der Innenring des Lagers 11 ist durch zwei Distanzringe 12, 13 lagefixiert. Der Außenring ist in einem Gehäusedeckel 14j der mit dem nicht dargestellten Lagerfuß lösbar verbunden ist j festgelegt. Erfindungsgemäß sind zwischen flanschförmigen Ansätzen 15, 16 der Distanzringe 12, 13 und den seitlichen Gehäusedeckeln 17, 18 kugelförmige Dichtflächen 19 mit ringförmigen, in korrespondierende Ausnehmungen eingelegten Dichtungen 20, 21, aus Kunststoff, Gummi oder dgl. vorgesehen. Diese Dichtungen können z.B. O-Ringe sein, die Betriebstemperaturen bis zu etwa 150° C standhalten. Die kugelförmigen Dichtflächen 19 mit dem Radius R haben einen gemeinsamen Mittelpunkt M, der mit dem Mittelpunkt des Gleit-Gelenk- oder Wälzlagers 11 zusammenfällt. Bei einer Schiefstellung des Tragzapfens 3 - in der Praxis treten Winkelabweichungen von etwa +_ 1 auf - können sich die Distanzringe 12, 13 mit ihren flanschförmigen Ansätzen 15, 16 und den Dichtungen 20, 21 gegenüber den seitlichen Gehäusedeckeln 17, 18 verschieben, wobei die elastischen Dichtungen 20, 21 bei dieser Schwenkbewegung keiner zusätzlichen Druckbeanspruchung in radialer Richtung unterworfen sind. Die Kugelflächen 19 sind so breit bemessen, daß entsprechend der Winkelabweichung in jeder Schräglage die Dichtwirkung zwischen den Ansätzen 15, 16 und den Gehäusedeckeln 17, 18 bestehen bleibt und kein Schmutz in das Lagerinnere eindringen kann. Die Dichtungen 20, 21 sind einer nur tangentialen Beanspruchung ausgesetzt, wodurch ihre Lebensdauer wesentlich erhöht wird; sie können im Bedarfsfall nach Lösen der Gehäusedeckel 17, 18 leicht ausgetauscht werden.
Im einzelnen erfolgt erfindungsgemäß die Lagefixierung des Lagerinnenringes durch den linken Distanzring 12, der am Bund 22 des Tragzapfens 3 anliegt und durch den rechten Distanzring 13, der seinerseits aus den Teilen 23, 2k und 25
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besteht. Die Teile 23 3 24 stellen die eigentlichen Distanzringteile dar, die einerseits am Innenring des Lagers 11 und anderseits am Tragzapfen 3 fest anliegen. Die Teile 23 3 24 sind, wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, etwa halbringförmig ausgebildet. Sie liegen um den Tragzapfen 3 mit Spiel 26 einander gegenüber und weisen einen L-förmigen Querschnitt auf. Der einteilige Ring 25> der warm aufgeschrumpft wird, umschließt die Halbringteile 23, 24 und hält sie fest zusammen. Die Innenflächen der Halbringteile 23, 24 sind kegelstumpfförmig gestaltet und wirken mit einer eine korrespondierende Neigung aufweisenden Kegelstumpfmantelfläche 27 des Tragzapfens 3 zusammen. Die Neigung verläuft von außen nach innen, d.h. der mehr außen liegende Zapfenradius 28 ist größer als der mehr innen liegende Radius 29· Der Neigungswinkel der Kegelstumpfmantelfläche 27 zur Tragzapfenachse ist mit ß bezeichnet und beträgt etwa 4 . Durch diese Ausbildung wird eine selbstsperrende bzw. selbsthemmende Befestigung der Distanzringteile 23, 24 auf dem Tragzapfen bewirkt. Diese Distanzringteile 23, 24 sind nach dem Erkalten des warm - z.B. bei einer Temperatur von etwa 1000C - aufgezogenen einteiligen Ringes 25 sicher und in axialer Richtung unverschieblich befestigt und das Gleit-Gelenk- oder Wälzlager 11 ist in axialer Richtung einwandfrei fixiert; ein von diesem Lager 11 erzeugter axialer Schub wird durch die Kegelstumpfmantelfläche 27 bzw. durch den Ring 25 aufgenommen. Der Ring 25 ist ebenfalls L-fö'rmig ausgeführt. Er ist mit dem ringförmigen Ansatz 16 beispielsweise durch eine Schweißnaht 30 verbunden.
Zum Vergleich zeigt Fig. 5 eine Distanzringbefestigung der herkömmlichen Art. Hier ist,der rechte Distanzring 13 einteilig ausgeführt und stützt sich gegen einen weiteren in Umfangsrichtung zweiteilig ausgeführten Haltering 31 ab. Der
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Haltering 31 ist in eine nutförmige Ausnehmung 32 eingepaßt und stützt sich gegen den schulterförmigen Absatz 33 des Tragzapfens ab. Der Haltering 31 ist mittels Schrauben am Distanzring 13 befestigt. Der Nachteil dieser bekannten Distanzringbefestigung besteht darin, daß die nutförmige Ausnehmung verhältnismäßig tief sein muß und daher den Zapfen schwächt. Beträgt beispielsweise der Zapfendurchmesser D. im Lagerbereich 1000 mm, der Durchmesser D„ im Bereich des Distanzringes 970 mm, der Durchmesser D, außerhalb des Lagers 5 960 mm und der Durchmesser Dk im Bereich des Aufsteckgetriebes 800 mm, so ist der Durchmesser D1- an der tiefsten Stelle der nutförmigen Ausnehmung 820 mm. Die Differenz D, - D1- beträgt somit l40 mm; durch diesen tiefen Einschnitt entsteht eine Kerbwirkung, was zur Folge hat, daß bei der Berechnung der Spannungen im Tragzapfen 3 ein entsprechend hoher Sicherheitszuschlag für die übrigen Zapfendurchmesser berücksichtigt werden muß. In diesem Beispiel ist die Differenz D. - D1- = l80 mm; dies bedeutet, daß bei der bisherigen Dimensionierung der Tragzapfen vom Durchmesser D(- in der Ausnehmung 32 ausgegangen werden mußte, wodurch die gesamte Lagerkonstruktion größer, schwerer und erheblich teurer wurde als bei einem Tragzapfen, bei dem nur das Gesamtgewicht des Konverters 1 und das Antriebsmoment (Drehmoment) für die Dimensionierung zu berücksichtigen ist. Die erfindungsgemäß erreichbaren Vorteile ergeben sich deutlich bei einem Vergleich mit der im gleichen Maßstab gezeichneten Fig. 2; es ist ersichtlich, daß es bei gleicher Beanspruchung, d.h. bei gleichem Gesamtgewicht und gleichem Drehmoment, durch die erfindungsgemäße Distanzringbefestigung möglich ist, den die Dimensionierung der gesamten Lagerkonstruktion 5 bestimmenden Durchmesser D^' wesentlich kleiner zu halten; D.f kann um 20 % auf 800 mm vermindert werden. D,1 beträgt 798 mm, D1^1 beträgt 770 mm; D ' ist nur um 10 mm
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kleiner als D ' bzw. um 8 ram kleiner als D,1 und beträgt somit 790 mm. Die Bearbeitung des Tragzapfens erfordert einen Arbeitsgang weniger. Es ist keine nachteilige Kerbwirkung vorhanden, so daß bei der Dimensionierung des Tragzapfens und der Lagerkonstruktion nur von der Beanspruchung durch das Gesamtgewicht und dem Drehmoment ausgegangen zu werden braucht; man erhält dadurch eine optimale Lagerkonstruktion. Bei einem Lagerwechsel wird nur die Naht 30 geöffnet, der Ring 25 aufgeschnitten und durch einen neuen ersetzt; ein solcher Ring ist billig und leicht herstellbar.
Eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Hier ist ein Befestxgungsring vorgesehen, der aus den Ringteilen 3^, 35 besteht, die mit Spiel 36 einander gegenüberliegen. Sie sind durch in Ausnehmungen 37 eingesetzte Schrauben 38 an die Distanzringteile 23, 24 anziehbar. Auf diese Weise ist ihre Weiterverwendung bei einem Lagerwechsel möglich'. Nach der Montage werden alle sich durch das Spiel 26 bzw. 36 ergebenden Fugen in axialer Richtung durch Einpressen einer weiteren Dichtung, z.B. einer Asbestschnur, abgedichtet.
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Lagerkonstruktion für Tragzapfen eines kippbaren Konverters mit einem Winkel- bzw. Taumelbewegungen aufnehmenden Gleit-Gelenk- oder Wälzlager, welches mittels beiderseitig an seinem Innenring am Tragzapfen befestigter Distanzringe lagefixiert ist, und mit ringförmigen Dichtungen aus Kunststoff, Gummi oder dgl. zur Abdichtung des Lagergehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden Distanzringe (12, 13) aus mindestens drei Teilen besteht, u.zw. aus zwei am Innenring des Gleit-Gelenk- oder Wälzlagers (11) und am Tragzapfen (3) anliegenden und einander mit einem Spiel (26) gegenüberliegenden Distanzringteilen (23, 24) und einem diese fest umschliessenden Ring (25, 34+35), wobei die Innenflächen der Distanzringteile (23, 24) kegelstumpfförmig ausgebildet sind und mit einer mit korrespondierender Neigung nach innen ausgebildeten Kegelstumpfmantelfläche 27 des Tragzapfens zusammenwirken.
2. Lagerkonstruktion nach Anspruch I3 dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (ß) der Kegelstumpfmantelfläche (27) zur Tragzapfenachse vorzugsweise 2 bis 4 beträgt.
3. Lagerkonstruktion nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzringteile (23, 24) eine zylindrische Außenfläche aufweisen, auf die der sie umschließende Ring (25) warm aufgeschrumpft ist.
4. Lagerkonstruktion nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Distanzringteile (23, 24)
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umschließende Ring aus zwei einander mit einem Spiel (36) gegenüberliegenden Teilen (3^3 35) besteht, die durch Schrauben (38) gegeneinander anziehbar sind.
5. Lagerkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis M, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Distanzringen (12j 13) und seitlichen, ringförmigen Deckeln (17, l8) des Lagergehäuses kugelige Dichtflächen (19) mit dazwischen, in ringförmigen Ausnehmungen angeordneten Dichtungen (20, 21) vorgesehen sind, wobei der gemeinsame Mittelpunkt (M) der kugeligen Dichtflächen (19) im Mittelpunkt des Gleit-Gelenk- oder Wälzlagers (11) liegt.
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