DE29921755U1 - Gleitringdichtung und damit versehene Walze - Google Patents

Description

PALGEN, SCHUMACHER & KLtJlK '"

DÜSSELDORF ESSEN PATENTANWÄLTE

: 99 1072 P/ra D üsseidorf ,den 6. Dezember 1999

AKTEN-NR. 583

Eduard Küsters Maschinenfabrik GmbH & Co. KG Eduard-Küsters-Straße 1

D - 47805 Krefeld

Gleitringdichtung und damit versehene Walze.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitringdichtung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art sowie eine damit ausgerüstete Walze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Eine gattungsgemäße Gleitringdichtung ist aus dem Buch "Axiale Gleitringdichtungen" von Ehrhard Mayer, VDI-Verlag GmbH, 7. Auflage (1982), Seite 83, Bild 74b, bekannt, ohne daß dort Richtung und Maß der Exzentrizität angegeben wären.

Eine gattungsgemäße Walze ist Gegenstand der DE 36 08 374 C2, die eine hydraulisch innenabgestützte Walze zum Gegenstand hat, bei der der Übertritt der im Innern der Walze vorhandenen gegebenenfalls heißen Druckflüssigkeit zu dem Lager, auf dem die Hohlwalze auf dem Querhaupt abgestützt ist, durch eine Gleitringdichtung verhindert ist.

D-40239 DÜSSELDORF*MULVAtf^SrrfcASSfe 2 TELEFON &psgr;/ tt\'> 9*6*145 - 0; TfeLE^AX 49 / 211 / 96 145 - 20

D45133 ESSEN*.FRCmILING^HRASSE 43*i ■ TfeijEF€>N 49 } ZOVtU 23« - 0 TELEFWX 49 /201/84 230 - 20

FOSTBANK KÖLN (BLZ 370 100 50) 115 211 - 504

Die Erfindung hat ihren Ausgang von Problemen genommen, die an solchen Walzen auftreten. An der Gleitringdichtung steht von einer Seite her Druckflüssigkeit an, die sowohl der Druckgebung im Innern der Walze zur Erzielung der Linienkraft als auch der Beheizung der Walze dient und eine entsprechend hohe Temperatur im Bereich bis zu 250⁰C bis 28O⁰C aufweist. Auch eine Gleitringdichtung ist nicht hermetisch dicht, sondern hat eine gewisse Leckage. Das an der Gleitfläche austretende Thermalöl vercrackt außerhalb des Laufbereichs der Gleitrings auf dem heißen Gegenring und bildet dort eine Lackschicht, unmittelbar neben der Lauffläche. Diese Lackschicht tritt funktionell nicht in Erscheinung, solange der Gleitring und der Gegenring genau konzentrisch laufen. Sie erweist sich jedoch als störend, wenn sich der Gleitring gegenüber dem Gegenring radial verlagert, wie es z.B. der Fall ist, wenn der Gleitring mit dem Querhaupt einer Walze und der Gegenring mit der Hohlwalze verbunden sind und bei Belastung der Walze sich das Querhaupt mehr oder weniger stark durchbiegt. Da die Gleitringdichtung nicht genau in der Mittelebene des Lagers angeordnet sein kann, bedeutet eine Durchbiegung des Querhaupts gegenüber der Hohlwalze gleichzeitig eine geringe radiale Verlagerung der beiden Dichtelemente der Gleitringdichtung gegeneinander. Dann ist der Gleitring gezwungen, mit seinem Rand auf die angebackenen Vercrackungen hinaufzuklettern und über sie hinwegzugleiten. Das führt dazu, daß die Gleitfläche des Gleitrings etwas von der Gleitfläche des Gegenrings abgehoben wird und die Dichtung eine erhöhte Lässigkeit zeigt.

Außerdem wird der Rand des meist aus Kohle bestehenden Gleitrings dabei beschädigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Beeinträchtigung einer Gleitringdichtung bei radialem Versatz von Gleitring und Gegenring zu unterbinden.

Diese Aufgabe wird in einem ersten, allgemeineren Aspekt durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Gleitringdichtung gelöst.

Durch die zur Versatzrichtung senkrechte exzentrische Anordnung des Gleitrings gegenüber dem Gegenring überstreicht der Gleitring auf dem Gegenring nicht nur eine seiner Breite entsprechende Laufbahn, sondern eine um die Exzentrizität verbreiterte Laufbahn, wobei sich die Verbreiterung an dem maximal vorkommenden radialen Versatz bemißt. Auf diese Weise wird eine breitere Laufbahn des Gleitrings auf den Gegenring gewissermaßen ständig geputzt, so daß sich dort keine Ablagerungen bilden können, sondern der Gleitring auch bei einem Versatz immer auf einem genau ebenen Bereich des Gegenrings läuft und weder abhebt noch beschädigt wird.

Die Erfindung verkörpert sich nicht nur in der Gleitringdichtung an sich, sondern auch in einer damit versehenen Walze nach Anspruch 2, die insbesondere nach Anspruch 3 gestaltet sein kann. Diese Bauart einer Walze geht allerdings für sich genommen aus der DE 36 08 374 C2 hervor. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt;

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt einer Welle mit einem diese umgebenden, mittels einer Gleitringdichtung abgedichteten Bauteil;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 zeigt einen durch die Achse gehenden Längsschnitt durch das Ende einer Walze mit Gleitringdichtung. Die in Fig. 1 als Ganzes mit 25 bezeichnete Gleitringdichtung dient zur Abdichtung zwischen einer "Welle" 1' und einem diese umgebenden und dieser gegenüber eine Relativdrehzahl um die Achse der "Welle" 1' aufweisenden äußeren "Bauteil" 20.

Auf der "Welle" 1' ist ein Haltering 31 befestigt, der auf seiner in Fig. 1 oberen Seite einen Metallbalg 29

·« ··· ü ♦ ♦ I

trägt, an dessen freiem Ende ein Führungsring 28 angeordnet ist, der die "Welle" 1' umgibt und durch den Metallbalg 29 unter Federspannung gemäß Fig. 1 nach oben gedruckt wird. Der Führungsring 28 hat einen L-Querschnitt mit einem zur Achse senkrechten und einem zur Achse parallelen Schenkel und stützt einen Gleitring 26 ab, der aus Kohle oder einem anderen auch bei höheren Temperaturen noch gleitgünstigen Material besteht und mit einer zur Achse A_w der Welle senkrechten ebenen Gleitfläche 26' gemäß Fig. 1 nach oben weist. Die Gleitfläche 26' ist an der oberen Stirnseite des aufrechten Schenkels des L-förmigen Querschnitts des Gleitrings 26 ausgebildet, dessen anderer Schenkel radial nach innen weist.

Dem Gleitring 26 steht ein Gegenring 27 gegenüber, an dessen zu der Achse Ab des Bauteils 2 0 senkrechter ebener Gleitfläche 27' der Gleitring 26 anliegt.

Bei einem normalen Gleitringlager fallen die Achsen A_w und A]₃ zusammen und sind die ringförmigen Gleitflächen 26' und 27' im Betrieb stets konzentrisch.

In Fig. 1 und 2 ist jedoch davon ausgegangen, daß die Gleitflächen 26',27' nicht mehr konzentrisch sind, sondern daß durch bestimmte Einflüsse im Betrieb z.B. ein Versatz a des Mittelpunktes des Gleitrings 2 6 gegenüber dem Mittelpunkt des Gegenrings 27 gemäß Fig. 2 nach unten eintritt. Damit die Gleitfläche 26' des Gleitrings 26 dadurch nicht auf angebackene Lackschichten an dem Gegenring 27 gerät, wird gleichzeitig eine Exzentrizität e des Gleitrings 26 gemäß Fig. 2 nach links vorgesehen, so daß also der Gleitring 26 auf der Gleitfläche 27' des Gegenrings 27 nicht mehr "rund läuft", sondern sich entsprechend der Exzentrizität hin- und herbewegt, so daß der Gleitring 26 auf der Gleitfläche 27 des Gegenrings 2 7 eine ringförmige Zone 26" übergleitet, die breiter ist als die radiale Erstreckung des Gleitrings 26 und durch die wiederholte Überstreichung saubergehalten wird. Auf dieser Zone 26", die in Fig. 2 gepunktet wiedergegeben ist, läuft also der

Gleitring 26 und liegt dabei mit seiner Gleitfläche 26' stets vollflächig gegen eine einwandfrei ebene Gegenfläche auf der Gleitfläche 27' an.

In der Zeichnung ist der maximal vorkommende Versatz des Mittelpunktes der "Welle" 1' und damit des Gleitrings 26 nach unten mit a bezeichnet. Die minimale Exzentrizität, die erforderlich ist, um das Auflaufen von Randbereichen der Gleitfläche 26' auf Vercrackungen zu vermeiden, ist gleich diesem Betrag a. Der Mittelpunkt M„ der "Welle" 1' und des Gleitrings 26 ist also insgesamt gegenüber dem Mittelpunkt M_b des Gegenrings 27 gemäß Fig. 2 um a nach unten und e nach links versetzt.

In Fig. 3 ist ein Anwendungsbeispiel der Gleitringdichtung 25 in einer hochbeheizten schwimmenden Walze dargestellt.

Die in der Zeichnung als Ganzes mit 10 bezeichnete Walze umfaßt ein feststehendes Querhaupt 1 in Gestalt eines im wesentlichen massiven und zylindrischen Trägers, um welchen eine Hohlwalze 2 umläuft, die mit ihrem Innenumfang 3 Abstand von dem Außenumfang 4 des Querhaupts 1 beläßt. Der zylindrische Zwischenraum zwischen dem Innenumfang 3 der Hohlwalze 2 und dem Außenumfang 4 des Querhaupts 1 ist in eine auf der Seite des Walzspalts 7, d.h. auf der Seite einer Gegenwalze 8, gelegene Längskammer 5 (Druckkammer) und eine auf der gegenüberliegenden Seite gelegene Längskammer 6 (Leckkammer) unterteilt und zwar durch am Querhaupt angeordnete, am Innenumfang 3 der Hohlwalze 2 dichtend anliegende Längsdichtungen 9, die zu beiden Seiten des Querhaupts 1 an dessen breitester Stelle angeordnet sind und von denen in der Zeichnung nur die vordere Längsdichtung 9 zu sehen ist. Die Längskammern 5,6 haben also etwa die Gestalt zylindrischer Halbschalen, und es ist die Längskammer 5 (Druckkammer) an beiden Enden durch Endquerdichtungen 11 geschlossen. Die Endquerdichtungen 11 haben in dem Ausführungsbeispiel die Form von Halbringen, die sich über die obere Hälfte des Querhauptes

1 erstrecken und mit ihrem Außenumfang am Innenumfang 3 der Hohlwalze 2 anliegen. Die Endquerdichtungen 11 sind an Führungsstiften 12 geführt, die sich senkrecht zur Achse des Querhauptes 1 in der Wirkebene erstrecken, d.h. in der Ebene, in der die Resultierende der von der Druckflüssigkeit in der Längskammer 5 ausgeübten Kräfte liegt. Diese Wirkebene fällt in vielen Fällen mit der Verbindungsebene der Achse der Hohlwalze 2 und der Achse der Gegenwalze 8 zusammen.

Die Endquerdichtung 11 hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und liegt mit einer Flanke an einem Absatz 13 des Querhauptes 1 an, mit der anderen Flanke an der Flanke 14 eines von dem Führungsstift 12 auf dem Querhaupt 1 festgehaltenen Halterings 15.

Die Längsdichtungen 9 auf den beiden Seiten bilden mit den an den beiden Enden der Hohlwalze 2 angebrachten Endquerdichtungen eine bis auf Ein- und Auslaß geschlossene halbzylinderschalenförmige Druckkammer 5, die über eine isolierte Zuleitung 16, die in einen Einlaß 17 an der Oberseite des Querhauptes 1 mündet, mit Druck- und Wärmeträgerflüssigkeit versorgt werden kann. Die Druck- und Wärmeträgerflüssigkeit strömt in der Längskammer 5 gemäß der Zeichnung nach rechts, tritt nahe dem dortigen Ende der Längskammer 5 durch einen Querkanal in die Leckkammer 6 über und strömt in dieser wieder von rechts nach links, um an einem Auslaß 18 und einem nicht dargestellten Auslaßkanal wieder abgesaugt zu werden. Die Leckkammer 6 ist manchmal auch mit Druckflüssigkeit gefüllt. Sie hat dann ebenfalls Endquerdichtungen. Der Druck in der Leckkammer 6 ist dann allerdings geringer als der in der Leckkammer 5. Für die Ausübung des Liniendrucks im Walzspalt 7 ist die Differenz der Drücke in den beiden Kammern 5,6 maßgebend.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel jedoch ist die Leckkammer nach links nicht durch eine Endquerdichtung abgeschlossen. Es kann also Druckflüssigkeit an dem Auslaß

.*7 · * J &iacgr; . &igr;

16 vorbei nach links über die Flanke 13 hinaus übertreten. Damit die Hauptmenge in der Leckkammer 6 verbleibt, ist ein Abweisring 19 vorgesehen, der anströmende Flüssigkeit wieder in die Leckkammer 6 zurücklenkt, wo sie über den Auslaß 18 abgeführt wird.

An der Hohlwalze 2 ist stirnseitig ein hülsen- oder buchsenartiger Ansatz 20 befestigt, der die Hohlwalze 2 fortsetzt und dessen Außenumfang 23 einen geringeren Durchmesser als der Außendurchmesser der Hohlwalze 2 besitzt. Der Innenumfang 21 des Ansatzes 20 beläßt einen geringen Abstand zum Außenumfang 22 des aus der Hohlwalze 2 hervorragenden Endes des Querhauptes 1. Es ist also ein Abstandsraum 24 gebildet, in welchen geringfügige Anteile der Druck- und Wärmeträgerflüssigkeit aus der Leckkammer 6 übertreten können, wenn sie den Abweisring 19 überwunden haben. Eine wesentliche Strömung kann in dem Abstandsraum 24 jedoch nicht stattfinden, weil dieser am in der Zeichnung linken Ende durch die als Ganzes mit 25 bezeichnete Gleitringdichtung verschlossen ist.

Die Gleitringdichtung 25 entspricht in ihrem Aufbau der Gleitringdichtung 25 der Fig. 1 und 2. Die "Welle" (1') der Fig. 1 und 2 ist das Ende 1' des Querhauptes in Fig. 3. Das den Gegenring 27 tragende "Bauteil" 20 ist in diesem Fall der Ansatz 20 der Hohlwalze 2.

Der Metallbalg 29 ist an seinem einen axialen Ende
dicht mit dem Führungsring 2 8 verbunden, an dem anderen
axialen Ende mit einem Haltering 31, der in einer zylindrischen
Ausnehmung 32 einer als Ganzes mit 30 bezeichneten
Lagerglocke befestigt ist. Die Lagerglocke 20 ist in

dem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführt und besitzt
einen Bereich 33 größeren Innendurchmessers, der der Hohlwalze 2 zugewandt ist und einen geringfügig kleineren Außendurchmesser
als diese aufweist, sowie einen daran anschließenden
Bereich 34 kleineren Innen- und Außendurch-

messers, der mit seinem zylindrischen Innenumfang 35 auf
dem zylindrischen Endteil 1' des Querhauptes 1 spielfrei

aufgeschoben ist. Diese Anordnung ergibt eine Führungslänge 36, die die Fluchtung zwischen der Achse des Querhauptes und der Achse der Lagerglocke 30 aufrechterhält, auch wenn die Lagerglocke 30 außerhalb des Bereichs 34 radial belastet wird. Eine solche Belastung kommt durch das Lager 40 zustande, welches in dem Bereich 33 der Lagerglocke 30 zwischen dessen Innenumfang 37 und dem Außenumfang 23 des Ansatzes 20 angeordnet ist und auf welchem die Hohlwalze 2 an der Lagerglocke 30 drehbar abgestützt ist. Da sich das Querhaupt 1 innerhalb der Hohlwalze 2 bei Belastung durchbiegt und die Lagerglocke 30, da sie ja über die Führungslänge 36 fest mit dem Querhaupt 1 verbunden ist, dieser Durchbiegung folgt, die Hohlwalze 2 aber nicht, sin die Lager 40 als Pendellager ausgebildet, die Fluchtfehler zwischen den Flächen 23 und 37 ausgleichen können.

Wenn die Walze 10 in dem Walzspalt 7 eine Linienkraft gegen die Gegenwalze 8 ausübt, biegt sich das Querhaupt 1 unter dem in der Längskammer 5 herrschenden Flüssigkeitsdruck in der Wirkebene, d.h. in der Verbindungsebene der Achsen der Walzen 8 und 10, nach unten durch, wodurch eine radiale Verlagerung des Gleitrings 26 gegenüber dem Gegenring 2 7 zustandekommt, der zur Vermeidung einer Verschlechterung der Abdichtung der Gleitringdichtung 25 durch eine Exzentrizität der Ringe 2 6,27 gegeneinander senkrecht zur Wirkebene unschädlich gemacht wird, wie es im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben ist.

Claims (3)

1. Gleitringdichtung (25) zur Abdichtung einer Welle (1) gegenüber einen sie umgebenden, ihr gegenüber eine Relativdrehzahl aufweisenden Bauteil (20),
mit einem mit der Welle (1) dicht verbundenen Gleitring (26), der axial verlagerbar und in einer axialen Richtung federbeaufschlagt ist,
und mit einem von dem Bauteil (20) dicht verbundenen Gegenring (27),
wobei der Gleitring (26) und der Gegenring (27) zur Achse senkrechte ebene Gleitflächen (26') bzw. (27') aufweisen, mit denen sie axial aneinander anliegen, und wobei die Gleitflächen (26', 27') zueinander exzentrisch angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem im Betrieb in einer definierten Ebene auftretenden radialen Versatz des Gleitrings (26) und des Gegenrings (27) in der Ebene der Gleitflächen (26', 27') gegeneinander der Gleitring (26) und der Gegenring (27) um eine dem maximal vorkommenden Versatz (a) entsprechende Strecke (e) senkrecht zu der Ebene exzentrisch zueinander angeordnet sind.

2. Walze mit einer den arbeitenden Walzenumfang bildenden umlaufenden Hohlwalze 29,
mit einem diese der Länge nach durchgreifenden, ringsum Abstand zum Innenumfang der Hohlwalze (2) belassenden undrehbaren Querhaupt (1), auf welches an den aus der Hohlwalze (2) hervorragenden Enden (1) äußere Kräfte aufbringar sind, wobei sich in dem Zwischenraum zwischen der Hohlwalze (2) und dem Querhaupt (1) eine Druckflüssigkeit befindet,
und mit einer zwischen dem Innern der Hohlwalze (1) und dem jeweiligen Ende (1') des Querhauptes (1) angeordneten Gleitringdichtung (25) mit einem mit dem Querhaupt (1) dicht verbundenen Gleitring (26), der axial verlagerbar und in einer axialen Richtung federbeaufschlagt ist, sowie mit einem mit der Hohlwalze (2) dicht verbundenen Gegenring (27),
wobei der Gleitring (26) und der Gegenring (27) zur Achse senkrechte ebene Gleitflächen (26') bzw. (27') aufweisen, mit denen sie axial aneinander anliegen,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem im Betrieb in der Wirkebene auftretenden radialen Versatz des Gleitrings (26) und des Gegenrings (27) in der Ebene der Gleitflächen (26', 27') gegeneinander der Gleitring (26) und der Gegenring (27) senkrecht zur Wirkebene um eine mindestens dem maximal vorkommenden Versatz (a) entsprechende Strecke (e) gegeneinander exzentrisch angeordnet sind.

3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb jedes Endes der Hohlwalze (2) eine mit einem Bereich verringerten Innendurchmessers an dem Querhaupt (1) abgestützte Lagerglocke (30) angeordnet ist,
daß ein axialer Ansatz (20) an jedem Ende der Hohlwalze (2) vorgesehen ist, der im Außendurchmesser verringert ist und mit radialem Spiel axial in die Lagerglocke (30) eingreift,
daß an jedem Ende der Hohlwalze zwischen der Augenseite (23) und des Ansatzes (20) und der Lagerglocke (30) mit axialem Abstand von der Hohlwalze (2) ein Lager (40) angeordnet ist, auf welchem die Hohlwalze (2) gegenüber dem Querhaupt (1) drehbar abgestützt ist,
und daß die Gleitringdichtung (25) zwischen dem Ende des Ansatzes (20) und der Lagerglocke (30) angeordnet ist.