DE2731313C2

DE2731313C2 - Dichtungsvorrichtung für Walzenlager

Info

Publication number: DE2731313C2
Application number: DE19772731313
Authority: DE
Inventors: Lowel S. Shrewsbury Mass. Salten jun.
Original assignee: Morgan Construction Co
Current assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1977-07-11
Publication date: 1983-12-01
Also published as: JPS539959A; GB1575730A; ES460802A1; BR7704598A; IT1079065B; FR2358210A1; BE856588A; DE2731313A1; FR2358210B1; SE7707817L; CA1064539A; SE431783B; MX144425A; ES470418A1; JPS5540779B2

Description

jag Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsvorrich-

Il tung für Walzenlager in Walzgerüsten, bei denen der

Walzenzapfen einen konischen Abschnitt zwischen der Walzenstirnfläche und dem mit einer Zapfenbuchse bestückten, in einer Lagerbuchse im Lagergehäuse gelagerten Lagerzapfen aufweist, mit einem einstückigen, ringförmigen flexiblen Dichtungskörper, der auf den konischen Walzenzapfenabschnitt aufgeschoben ist und mit Ringdichtungsansätzen an diesem anliegt, und der mit dem äußeren Ringende mindestens einer von zwei, in axialem Abstand angeordneten radialen elastischen

ίο Ringrippen mit elastischem Reibungskontakt an mindestens eine gehäusefeste, seitlich eines Ringbundes angeordnete ringförmige Dichtfläche anlegbar ist

Dichtungsvorrichtungen dieser Art (US-PS 28 68 574) haben sich im Walzbetrieb über einen langen Zeitraum bewährt Allerdings war es nicht möglich, die auch bei dieser Dichtung immer noch auftretenden Leckverluste zu meistern. Es traten bei Anwendung solcher Dichtungen bspw. an den Walzenlagern einer zwölfgerüstigen Quarto-Warmbandstraße jährlich Leckölverluste von 30 000 Liter auf, die sich trotz guter Rückführeinrichtungen durch den unvermeidlichen Dichtungsverschleiß auf 120 000 Liter, in einzelnen Fällen, bei nicht ausreichender Wartung und sehr stark abgenutzten Dichtungen sogar auf über 650 000 Liter erhöhten.

Die Gründe für diese Verluste sind einmal darin zu suchen, daß der Werkstoff, aus dem die Ringrippen bestehen, im Laufe der Zeit durch die Reibungshitze erhärtet, sich verformt und nach außen ausbiegt, wie dies z. B. in F i g. 1. der erwähnten US-PS 28 68 574 dargestellt ist Durch diese Ausbiegung entstehen in der Abdichtlinie Spalte, die sich nicht mehr schließen und sich infolge der Axialbewegung der Walze ständig verändern, so daß sich die Leckverluste vergrößern. Außerdem bröckeln die die Abdichtlinie herstellenden äußeren Kanten der Ringenden der Ringrippen infolge der Werkstofferhärtung ab und beeinträchtigen dadurch ebenfalls die Abdichtwirkung. Weiterhin bringt die bei Walzenlagern dieser Größenordnung unvermeidliche radiale Auf- und Abbewegung des auf einem Hoch-

druck-ölfilm schwimmenden Walzenzapfens mit sich, daß auch der Dichtungskörper und die Ringrippen diese Bewegung ausführen. Beide Ringrippen wirken dabei '.vie eine Membranpumpe, die das Ölwassergemisch, das sich in der zwischen beiden Ringrippen gebildeten Ringkammer befindet, aus dieser Kammer durch die Dichtspalte hindurch einerseits in den mit öl gefüllten Lagerraum saugt und andererseits in Richtung auf die Walze in den Kühlmittelablaufraum drückt. In dem einen Fall gelangt unerwünschtes Kühlmittel in den Ölkreislauf, und in dem anderen Fall geht der ölanteil des Gemisches verloren. Die austretenden Mengen an Öl sind zwar gering, addieren sich aber während des Dauerbetriebes der Walzenstraße zu den schon genannten erheblichen Mengen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Dichtvorrichtung die Reibung zwischen den Ringrippen und den Dichtflächen zu verringern und damit die große Reibungserwärmung, die die Ursache für die Strukturveränderung des Werkstoffs der Ringrippen bildet, zu beseitigen, sowie weiter die erwähnte Pumpbewegung der Ringrippen zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst; eine weitere Lösungsmöglichkeit stellen die im Kennzeichen des Anspruchs 2 genannten Merkmale dar. Die geneigt zu den Ringrippen und den gehäusefesten Dichtflächen verlaufende Ringlippe benötigt nur einen sehr geringen Auflagedruck für das Aufliegen der Kante des äußeren

Ringendes auf den Dichtflächen eines diese tragenden Ringkörpers des Lagergehäuses und nimmt deshalb die radialen Auf- und Abbewegungen des Walzenzapfens auf, ohne daß dabei auf die Ringrippen ein Druck übertragen wird, der die erwähnte membranartige Pumpbewegung hervorrufen könnte. Infolge des geringen Auflagedrucks entwickelt sich auch keine wesentliche Reibungswärme im äußeren Ringende der Ringlippe. Damit wird ein Erhärten der Werkstoffstruktur und das damit verbundene Ausbröckeln der Kante des Ringendes vermieden, und deren Standzeit vergrößert sich deshalb erheblich.

Zweckmäßige Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3—8 angegeben.

Bei der bekannten Dichtungsvorrichtung verlaufen die Dichtflächen im Lagergehäuse konisch, um der Gefahr eines Einrollens der Ringlippe durch die axialen Bewegungen des Walzenzapfens vorzubeugen. Die Herstellung dieser Dichtflächen erfordert einen großen Aufwand und bringt den weiteren Nachteil mit sich, daß der radiale Abstand zwischen Ringrippe und Dichtfläche sich bei der Hin- und Herbewegung der Walze ständig ändert. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verläuft die Ringlippe geneigt zu diesen Flächen, so daß die Dichtflächen zylindrisch ausgeführt werden können.

Die Rillen in den Dichtflächen gemäß Anspruch 8 wirken in Zusammenarbeit mit den aufliegenden Ringlippen wie eine Schraubenpumpe, die auf der Seite des ölraums des Lagers den auf der Dichtfläche aufstehenden Ölfilm ständig nach außen schiebt bzw. fördert und auf diese Weise dessen Übertritt in den zwischen der Ringrippe und dem Ringbund gebildeten Labyrinth-Dichtungsraum verhindert, und auf der anderen Seite die sich dort ansammelnde Schicht von mit Fremdstoffen (Sinter) vermischtem Wasser in gleicher Weise an dem Eintritt in diesen Labyrinthraum hindert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Rillen offenbar ein aquaplaningähnliches Aufschwimmen des äußeren Ringendes der Dichtlippen auf dem auf der Dichtfläche aufstehenden Ölfilm verhindern.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 das Profil des Dichtungskörpers im Axialschnitt,

F i g. 2 die Dichtungsvorrichtung als Teil-Axialschnitt,

F i g. 3 einen Ausschnitt aus F i g. 2 in vergrößertem Maßstab,

Fig.4 eine andere Betriebsstellung der Vorrichtung nach Fig.2 in verkleinertem Maßstab,

Fig.5 eine andere Ausbildungsform der Dicl.tungsvorrichtung,

F i g. 6 eine weitere andere Ausbildungsform der Vorrichtung

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 in Fig.6.

In den F i g. 1 bis 4 ist eine Walze 2 mit der Stirnfläche 4 und dem Walzenzapfen mit konischen Abschnitten 6 und 8 dargestellt. Der Abschnitt 8 weist eine geringere Konizität als der Abschnitt 6 auf. Auf diesen Abschnitt 8, den Lagerzapfen ist eine Zapfenbuchse 10 aufgesetzt, die sich mit dem Lagerzapfen 8 dreht. Die Zapfenbuchse 10 lagert mit ihrer äußeren Umfangsfläche 12 in der inneren Lagerfläche 14 einer fest im Lagergehäuse angeordneten Lagerbuchse 16, die ihrerseits von einem Walzeneinbaustück 18 gehalten wird.

Dem Spalt zwischen den Lsgerflächen 12 und 14 wird kontinuierlich öl zugeführt. Ein Ringansatz 20 des Walzeneinbaustückes 18 bildet im unteren Abschnitt des Lagergehäuses einen ölsumpf 22, in den das von den Lagerflächen 12,14 zurückfließende öl abgeführt wird. Von dort aus gelangt das öl über eine Leitung 24 in den Ölkroislauf und wird den Lagerflächen 12,14 erneut zugeführt

Wenn die Walze 2 mit Kühlflüssigkeit im Naßbetrieb arbeitet, fließt diese Kühlflüssigkeit über die Walze 2 an deren Stirnfläche 4 nach unten. Obgleich ein großer Teil der Kühlflüssigkeit infolge der Zentrifugalkräfte von

ίο der Walze 2 abgeschleudert wird, fließt der verbleibende Teil am Walzenzapfen entlang zum Lager hin. Ein ringförmiger Dichtungskörper 30 liegt mit Ringdichtungsansätzen 32a und 32b an dem konischen Abschnkt 6 des Walzenzapfens an. Er besteht aus einem flexiblen, gummiariigen Werkstoff und weist im Inneren eine Verstärkung in Form einer eingebetteten Kombination einer Schraubenfeder 34 mit einem Stahlseil 36 auf. Die zylindrische Außenfläche des Dichtungskörpers 30 verläuft konzentrisch zur Drehachse a der Walze 2, wenn sich der Dichtungskörper in der in F i g. 2 dargestellten Anordnung auf dem Walzenzapfen befindet Zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete elastische Ringrippen 40a, 40b, die mit dem Dichtungskörper 30 ein Stück bilden, sind über die zylindrische Urnfarigsfläche 38 dts Dichtungskörpers 30 hinaus radial nach außen geführt Wie aus F i g. 1 zu ersehen, ist die Radiallänge l_e der elastischen Ringrippe 40a etwas kürzer als die Radiallänge I_b der Ringrippe 40b. Die Diffen-enz ist mit dbezeichnet. Die Größe dieser Abmessung \1 hängt vom Durchmesser des Dichtungskörpers 30 und von der Art des Werkstoffs ab. Mit der Differenz cf sollen die Verformungen und Spannungen ausgeglichen werden, die entstehen, wenn der Dichtungskörper 30 auf den konischen Abschnitt 6 des Walzenzapfens aufgebracht wird. Mit der für den noch nicht montierten Dichtungskörper 30 gegebenen Längendifferenz d in den Längen der beiden Ringrippen 40a und 406 wird nach der Montage (vgl. F i g. 2 und 4) erreicht, daß beide Ringrippen 40a und 40b im montierten Zustand dess Dichtungskörpers 30 die gleiche Länge aufweisen.

Die beiden Ringrippen 40a und 406 sind jeweils mit einer der Ringlippen 42a und 42b versehen. Jede dieser Lippen 42a und 42b bildet mit der Ringrippe 4IJa bzw. 40b ein Stück und neigt sich von den Kanten 'Ha und 44b der Ringrippen 40a und 40i> in Richtung vom einem gehäusefest zwischen den beiden Ringrippen 4\)a, 40b angeordneten Ringbund 60 weg. Die Ringlippen 42a und 426 können sich infolgedessen bei den betriebsbedingten Axialverschiebungen der Walze 2 nichl einrollen. Wie aus F i g. 3 zu ersehen, ist jede Ringlippe 42a und 42b mit der Ringrippe 40a bzw. 40b durch einen Radialsteg 46 verbunden, de;· dünner als die entsprechende Ringrippe ist und eine besonders elastische Durchbiegung der entsprechenden Ringlippe 4:l!a bzw. 42b möglich macht. Die Ringlippen 42a und 42b werden dabei zweckmäßig so ausgebildet, daß sie in Richtung auf ihre Dichtkante hin allmählich dünner werden. Die Ringlippe 42a bzw. 42i> kann von einer äußeren Kegelmantelfläche 48 und einer inneren ICegelmantdfläche 50 sowie von einer zur Walzenachse senkrechten Ringfläche 52 begrenzt werden, wobei die von der inneren Kefeülmantelfläche 50 und der Ringfläche 52 gebildete Kante 56 auf einer Dichtfläche 64 aufliegt Diese Dichtflächen sind auf einem mit dem Einbaustück 18 irerbundenen Ringkörper 58 angeordnet. Der Ringbund 60 ist dabei ein Teil dieses Ringkörpers 58. Der außen: Ringrand des Ringbundes 60 endet in radialem Absti.nd von der zylindrischen Fläche 38 des Dichtungsköriers 30.

Die innere Kante einer inneren Dichtungsringscheibe 68 berührt den Dichtungskörper 30 an der mit 72 gekennzeichneten Stelle. Weiter umschließt ein äußerer Dichtungsring 74 diese innere Dichtungsringscheibe 68; ihm ist eine Ablauföffnung 76 zugeordnet

Während des Walzvorgangs arbeitet die Dichtungsanordnung wie folgt:

Die innere Dichtungsringscheibe 68 des Dichtungskörpers 30 und die Zapfenbuchse 10 rotieren zusammen mit dem Walzenzapfen. Der äußere Dichtungsring 74, der Ringkörper 58, das Einbaustück 18 und die Lagerbuchse 16 sind ortsfest angeordnet Zwischen den Lagerflächen 12 und 14 entsteht ein kontinuierlicher Fluß von Schmieröl, dessen größerer Anteil von einem Abstreifring 78 des Dichtungskörpers 30 aufgefangen und in den Olsumpf 22 zurückgeführt wird. Der restliche Anteil des Öls, der vom Abstreifring 78 nicht aufgefangen werden konnte, wird von der rotierenden Ringrippe 40b aufgehalten und zurückgeführt, wobei ein ölaustritt zwischen dieser Ringrippe 4Oi und der Dichtfläche 64 durch die auf dieser Dichtfläche 64 aufliegende Ringlippe 42b verhindert wird. In entsprechender Weise wird auch der größere Teil des von der Walze 2 ablaufenden Kühlmittels von der rotierenden inneren Dichtungsringscheibe 68 aufgehalten und zurückgeführt Der klei- nere Teil des Kühlmittels, der von der Dichtungsringscheibe 68 nicht aufgehalten werden konnte, wird von der rotierenden Ringrippe 40a aufgehalten und durch die Ringlippe 42a daran gehindert, zwischen dieser Ringrippe 40a und der Dichtfläche 64 hindurchzutreten.

Die geneigt angeordneten Ringlippen 42a und 426 werden zusätzlich durch die Wirkung der Zentrifugalkraft gegen die Dichtflächen 64 gedruckt Dieser Druck erhöht sich mit der Umlaufgeschwindigkeit der Walze.

Die Anordnung der Dichtflächen 64 konzentrisch zur Drehachse a der Walze 2 bewirkt, daß der radiale Abstand zwischen den Dichtflächen 64 und den Ringlippen 42a und 426 praktisch konstant bleibt, wenn sich die Walze 2 im Einbaustück 18 axial verscKiebt (vgl. F i g. 2 und 4). Trotz der Axialverschiebung der Walze 2 bis zu einer Extremlage bleibt der radiale Abstand zwischen den Ringlippen 42a und 426 einerseits und den Dichtflächen 64 andererseits im wesentlichen konstant F i g. 4 läßt darüber hinaus erkennen, daß diese Axialverschiebung kein Einrollen der Ringlippen 42a und 42b bewirken kann.

Wird die Walze 2 ohne Zufuhr von Kühlflüssigkeit betrieben, weist die Dichtungsvorrichtung (vgl. F i g. 5) zwar auch beide Ringrippen 40a und 406 auf, jedoch ist nur die Ringrippe 40b mit einer Ringlippe 42b versehen und der Ringkörper 58 hat nur eine Dichtfläche 64 für diese Ringlippe 42b. An der dem Ringsteg 60 gegenüberliegenden Seite weist der Ringkörper 58 eine vergrößerte Aussparung 80 mit einer Ablauföffnung 81 auf. Die Ringrippe 40a ragt radial in diese Aussparung 80 hinein und steht dabei mit keiner der Flächen des Ringkörpers 58 in Reibungskontakt

Beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. 6 und 7 sind in die Dichtflächen 64 des Ringkörpers 58 Rillen 82 eingearbeitet Diese Rillen 82 verlaufen schräg zu der Zylinderachse des Ringkörpers 58 und parallel zueinander; sie wirken dabei nach Art einer Schraubenpumpe und führen das Kühlmittel bzw. das öl von dem Übergang zwischen Ringlippe 42a, 42b und Dichtfläche 64 des Ringkörpers 58 weg.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsvorrichtung für Walzenlager in Walzgerüsten, bei denen der Walzenzapfen einen konischen Abschnitt zwischen der Walzenstirnfläche und dem mit emer Zapfenbuchse bestückten, in einer Lagerbuchse im Lagergehäuse gelagerten Lagerzapfen aufweist, mit einem einstückigen, ringförmigen flexiblen Dichtungskörper, der auf den konischen V/alzenzapfenabschnitt aufgeschoben ist und mit Ringdichtungsansätzen an diesem anliegt, und der mit dem äußeren Ringende mindestens einer von zwei in axialem Abstand angeordneten radialen, elastischen Ringrippen mit elastischem Reibungskontakt ac mindestens eine gehäusefeste, seitlich eines Ringbundes angeordnete ringförmige Dichtfläche anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringrippen (40a; 4Oi) jeweils in eine vom Ringbund (60) weggeneigte, an sich bekannte Ringlippe (42a bzw. 42b) übergehen, die an der zugehörigen Dichtfläche (64) anliegt

2. Dichtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Ringbund (60) und der Lagerbuchse (12) angeordnete Ringrippe (40b) in eine vom Ringbund (60) weggeneigte, an sich bekannte Ringlippe (42i>) übergeht, die an der zugehörigen Dichtfläche (64) anliegt

3. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringlippe bzw. die Ringlippen (42a bzw. 42Zj) im nicht montierten Zustand über die dem Ringbund (60) abgewandte stirnseitige Begrenzungsebene der jeweiligen Ringrippe (40a bzw. 406) hinausragen.

4. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringrippen (40a; 40£>) im nicht montierten Zustand unterschiedliche radiale Längen (/«, 4) aufweisen.

5. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Dicke der Ringlippe bzw. der Ringlippen (42a; 426) kleiner ist als die maximale Dicke der jeweiligen Ringrippe (40a; 406).

6. Dichtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ringlippe (42a; 42f>) durch einen schmalen Radialsteg (46) mit ihrer Ringrippe (40a; 40b) verbunden und von einer äußeren (48) und einer inneren (50) Kegelmantelfläche und von einer zur Walzenachse senkrechten Ringfläche (52) begrenzt ist, wobei die von der inneren Kegelmantelfläche (50) und der Ringfläche (52) gebildete Kante (56) auf der Dichtfläche (64) aufliegt

7. Dichtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (64) zylindrisch verlaufen.

8. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (64) mehrere schräg zur Zylinderachse und parallel zueinander verlaufende Rillen (82) aufweisen.