DE602005001532T2

DE602005001532T2 - Lagerdichtung mit flexibler Lippe

Info

Publication number: DE602005001532T2
Application number: DE602005001532T
Authority: DE
Inventors: Christopher Tones; Peter N. Osgood
Original assignee: Morgan Construction Co
Current assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2025-07-23
Also published as: JP4791777B2; BRPI0503340A; TW200613671A; CA2512006A1; JP2006051545A; DE602005001532D1; EP1625897B1; CN100472107C; US20090102136A1; BRPI0503340A8; US7900933B2; KR20060092852A; RU2005125591A; BRPI0503340B1; CA2512006C; US7467796B2; TWI273192B; RU2300678C2; CN1880806A; US20060033291A1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein flexible Dichtungen für Lageranwendungen und insbesondere eine flexible Lippendichtung des Typs, wie sie in Ölfilmlagern von Walzwerken zur Anwendung kommen.
2. Stand der Technik
Ein Beispiel einer Dichtungsausführung nach dem Stand der Technik ist in US-A 2 868 574 beschrieben, worin eine Dichtung von einer unbeweglichen kreisförmigen Dichtungsendplatte umgeben ist, die einen sich radial nach innen erstreckenden, starren Flansch aufweist, der einander gegenüber angeordnete Schultern trennt. Die flexible Dichtung besitzt sich radial auswärts erstreckende, flexible Flansche, die in Gleitkontakt mit geneigten Flächen auf den Schultern der Dichtungsendplatte stehen. Die Grenzfläche Flansch/Schulter an der Innenseite dient dazu, das Lagerschmiermittel im Lager zu halten, und die Grenzfläche Flansch/Schulter an der Außenseite dient dazu, Verunreinigungen wie Kühlwasser, Walzenzunder usw. am Eindringen in das Lager zu hindern.
Die Ausführung leidet unter Problemen, wie Austreten des Lagerschmiermittels, Eindringen von Verunreinigungen in die Lagerkammer und übermäßiger Verschleiß der Dichtungskomponenten. Diese Probleme sind zum Großteil auf die Dichtungsflansche zurück zu führen, die über ihre gesamte Länge dick und schwer sind. Die Flansche sind deshalb nicht so flexibel wie sie sein sollten und haben die Neigung, sich zu verziehen und damit ihre Dichtungswirkung teilweise einzubüßen.
In dem in US-A 4 165 881 offenbarten Dichtungskonzept wurden diese Probleme durch die Ausrüstung der Dichtungsflansche mit peripheren, relativ dünnen, flexiblen Lippen bekämpft. Dieses Design brachte zwar eine verbesserte Dichtungsleistung mit sich, doch die Probleme mit dem Materialaustritt hielten an, wenn die Dichtung im Verhältnis zur Dichtungsendplatte nicht richtig angepasst war.
Es besteht deshalb weiterhin Bedarf an einer Dichtung, die unter allen Betriebsbedingungen wirksam eingesetzt werden kann, auch wenn die Dichtungen mit Bezug auf die Dichtungsendplatten ungenau angepasst sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Entsprechung zu der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Dichtung mit einem kreisförmigen Dichtungskörper mit einer zentralen Achse und mindestens einem sich radial nach außen erstreckenden Flansch ausgestattet, der über eine Verbindungsbrücke mit einer sich winkelig erstreckenden Dichtungslippe verbunden ist. Die Verbindungsbrücke weist eine verminderte Dicke im Vergleich zu der Dicke des Flansches und der Lippe auf. Die Lippe hat zusammenlaufende Seiten, die zu einem vergrößerten Rand führen, und der Rand hat abgewinkelte Außenflächen, die zu einer Außenkante zusammenlaufen.
In seiner Arbeitsumgebung ist die Dichtung am sich verjüngenden Bereich eines Walzenzapfens montiert, wobei die Außenkante der Dichtungslippe in Gleitkontakt mit einer angrenzenden Schulter einer Dichtungsendplatte ist. Die Durchbiegung der Dichtungslippe an der Verbindungsbrücke dient im Verein mit der erhöhten Masse und Steifheit des vergrößerten Randes und der Winkelbeziehung der Außenflächen dazu, eine Linienberührung zwischen der Außenkante der Dichtungslippe und der Schulter der Dichtungsendplatte aufrecht zu erhalten.
Die Erfindung Schafft eine Dichtung zur Verwendung im sich verjüngenden Bereich eines Walzenzapfens in einem Walzwerk, wobei die Dichtung einen flexiblen kreisförmigen Dichtungskörper mit einer zentralen Achse "A" und mindestens einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch aufweist, der über eine Verbindungsbrücke mit einer sich winkelig erstreckenden Lippe verbunden ist, wobei die Dicke der Verbindungsbrücke im vergleich zur Dicke des Flansches und der Lippe verringert ist und wobei die Lippe zusammenlaufende erste und zweite Seiten aufweist, die zu einem vergrößerten Rand führen, und wobei der Rand erste und zweite Außenflächen besitzt, die in einer Außenkante zusammenlaufen, die in einer Referenzebene "P" parallel zur zentralen Achse liegt.
Vorzugsweise schließen die ersten und zweiten Seiten einen Öffnungswinkel (á1) von 4° bis 10° zwischen sich ein.
Vorzugsweise ist dieser Öffnungswinkel (á1) 7°.
Wenn des weiteren der Flansch und die Lippe unbelastet sind, ist die erste Seite der Lippe vorzugsweise in einem Winkel (á2) zwischen 46° und 54° zur Referenzebene P angeordnet.
Insbesondere ist dieser Winkel (á2) vorzugsweise 50°.
Wenn der Flansch und die Lippe unbelastet sind, ist die zweite Seite der Lippe vorzugsweise in einem Winkel (á3) zwischen 39° und 47° zur Referenzebene P angeordnet.
Vorzugsweise ist der Winkel (á3) 43°.
Vorzugsweise begrenzen die erste und zweite Außenfläche einen Öffnungswinkel (á4) zwischen 90° und 106°.
Vorzugsweise ist der Winkel (á4) 98°.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel begrenzen die erste Seite und die erste Außenfläche einen Öffnungswinkel (á5) zwischen 66,5° und 77,5°.
Vorzugsweise ist der Winkel (á5) 72°.
Vorzugsweise begrenzen die zweite Seite und die zweite Außenfläche einen Öffnungswinkel (á6) zwischen 157,7° und 168,5°.
Vorzugsweise ist der Öffnungswinkel (á6) 163°.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel umfasst des weiteren einen Höcker an der ersten Seite der Lippe an einer von der Verbindungsstelle der ersten Seite und der ersten Außenfläche nach innen beabstandeten Stelle.
Der Höcker umfasst vorzugsweise eine Rippe mit einem halbkreisförmigen Querschnitt.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht durch die Dichtungsanordnung eines Walzwerkölfilmlagers und die Darstellung einer flexiblen Walzenzapfendichtung in Entsprechung zur vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht des inneren Flansches auf der in 1 dargestellten Zapfendichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Zeichnungen und zunächst auf 1, ist unter dem Bezugszeichen 2 eine Walze mit einer Endfläche 4 und einem Walzenzapfen mit einem sich verjüngenden Mittelabschnitt 6 dargestellt, der zu einem sich verhaltener verjüngenden Endabschnitt 8 führt. Am sich verjüngenden Endabschnitt 8 ist eine Hülse 10 montiert und im Verhältnis zum Walzenzapfen durch (nicht dargestellte) herkömmliche Mittel zur Rotation mit diesem befestigt. Die Hülse 10 weist eine äußere Lagerfläche 12 auf, die in einer inneren Lagerfläche 14 einer fixierten Buchse 16, die in einem Walzenklotz 18 aufliegt, zur Rotation gelagert ist.
Die Hülse 10 rotiert mit der Walze, während der Walzenklotz 18 und die fixierte Buchse 16 unbeweglich sind. Zwischen den Lagerflächen 12 und 14 wird kontinuierlich Öl in Berieselungsmenge zugeführt. Eine kreisförmige Erweiterung 20 des Walzenklotzes weist in ihrem unteren Teil eine Wanne 22 auf, in der das aus dem Lager kommende Öl kontinuierlich gesammelt wird. Das Öl wird für eine Rezirkulation auf die Lagerflächen von der Wanne abgeführt.
Wenn die Walze 2 unter "Nassbedingungen" funktioniert, werden die Walze 2 und die Endfläche 4 konstant mit einem Kühlmittelfluid berieselt. Trotz der Zentrifugalkräfte, die dazu neigen, das Kühlmittel von der Walze zu schleudern, dringt ein Teil des Kühlmittels über den Walzenzapfen in Richtung des Lagers vor. Das Ziel der allgemein als 26 markierten Dichtungsanordnung und der flexiblen Zapfendichtung 28, die einen Teil der Lagerzusammensetzung bildet, besteht darin zu verhindern, dass Kühlmittelfluid das Lageröl erreicht und verschmutzt, und zu verhindern, dass Öl aus dem Lager verloren geht.
Die flexible Zapfendichtung 28 umfasst einen flexiblen, kreisförmigen Dichtungskörper 30, dessen Innenflächen 32a, 32b geeignet sind, in Dichtverbindung auf dem sich verjüngenden Abschnitt 6 des Walzenzapfens montiert zu werden. Die Zapfendichtung 28 ist aus einem geeigneten, elastischen, gummiartigen Material geformt. Auf Wunsch ist der Dichtungskörper 30 innen mit einer eingebetteten Kombination aus einer Schraubenfeder 34 und einem Stahlkabel 36 verstärkt.
Der Dichtungskörper 30 weist eine zylindrische Außenfläche 38 parallel zu seiner zentralen Achse "A" auf. Innere und äußere kreisförmige, flexible Flansche 40, 42 erstrecken sich radial vom Dichtungskörper 30 an gegenüber liegenden Enden der Fläche 38.
Der äußere Flansch 42 ist mit einer herkömmlichen flexiblen Lippe 44 versehen, die über eine Verbindungsbrücke 46 reduzierter Dicke mit dem Flansch verbunden ist. Zusätzlich Bezug nehmend auf 2, besitzt der innere Flansch 40 auch eine Lippe 48, die über eine Verbindungsbrücke 50 reduzierter Dicke mit ihm verbunden ist.
In Entsprechung zur vorliegenden Erfindung besitzt die Lippe 48 zusammenlaufende erste und zweite Seiten 48a, 48b, die zu einem vergrößerten Rand 52 führen. Der Rand 52 hat erste und zweite Randflächen 54a, 54b, die zu einer Außenkante 56 zusammenlaufen. Wenn die Dichtung unbelastet ist (nicht gespannt oder sonst wie verzogen), ist die Außenkante 56 in einer Referenzebene "P" parallel zur zentralen Achse "A" enthalten.
Wenn sich die Dichtung in ihrem operativen Umfeld befindet, wie in 1 abgebildet, befinden sich beide Lippen 44 und 48 in Gleitkontakt mit den angrenzenden Schultern 58 einer Dichtungsendplatte 60. Die herkömmliche Lippe 44 ist gegen ihre entsprechende Schulter 58 nur relativ leicht belastet, und der resultierende Flächenkontakt an der Grenzfläche Lippe/Schulter ist nicht geeignet, einen hydrodynamischen Zustand aufrecht zu erhalten. Eine Fehlausrichtung der Dichtung verschärft diesen Zustand noch und verursacht einen beschleunigten Verschleiß und Undichtheiten.
Dem gegenüber befindet sich die Außenkante 56 der Lippe 48 in Linienberührung mit ihrer entsprechenden Schulter 58. Wenn die Zapfendichtung mit dem Walzenzapfen rotiert, dient die Zusatzmasse des vergrößerten Randes 52 dazu, die Außenkante 56 zentrifugal in Dichtkontakt mit der umgebenden Schulterfläche zu drücken. Die Winkelbeziehung der Außenflächen 54a, 54b gewährleistet zusammen mit der erhöhten Steifheit des vergrößerten Rahmens 52 eine hydrodynamische Wirkung auf beiden Seiten der Außenkante 56, wenn sich die Lippe 48 um die Verbindungsbrücke 50 biegt, um die Fehlausrichtung der Dichtung auszugleichen.
Zur weiteren Untermauerung der erwähnten Vorteile und wie am besten aus 2 ersichtlich, sind die erste und zweite Seite 48a, 48b so angeordnet, dass sie einen Öffnungswinkel ál zwischen 4° und 10° einschließen, wobei der bevorzugte Winkel 7° ist.
Im entspannten, unbelasteten Zustand ist die erste Seite 48a der Lippe in einem Winkel á2 zur Referenzebene P von zwischen 46° und 54° angeordnet, wobei ein Winkel von 50° optimal ist. Die zweite Seite 48b ist in einem Winkel á3 zur Referenzebene P von zwischen 39° und 47° angeordnet, wobei ein Winkel von 43° optimal ist. Der von den Außenflächen 54a, 54b begrenzte Öffnungswinkel á4 ist vorzugsweise zwischen 90° und 106°, wobei 98° optimal ist.
Vorteilhafter Weise begrenzen die erste Seite 48a und die erste Außenfläche 54a einen Öffnungswinkel á5 zwischen 66,5° und 77,5°, wobei 72° optimal ist. Die zweite Seite 48b und die zweite Außenfläche 54b begrenzen einen Öffnungswinkel á6 zwischen 157,5° und 168,5°, wobei 163° optimal ist.
Die erste Seite 48a ist vorteilhafter Weise mit einem Höcker 62 ausgestattet, der nach innen von der Verbindung der ersten Seite 48a mit der ersten Außenfläche 54a beabstandet ist. Der Höcker 62 ist vorzugsweise als halbkreisförmige Rippe ausgebildet.
Die genannten Winkelbeziehungen tragen, in ein Sortiment von Dichtungsgrößen integriert, zu einer verbesserten Dichtleistung der verbundenen Lippe 48 bei. Die Linienberührung der Außenkante 56 mit einer angrenzenden fixierten Fläche wird unabhängig vom Ausmaß der Dichtungsfehlausrichtung gehalten, wodurch die Zurückhaltung von Schmiermittel und der Ausschluss von Verschmutzungen optimiert werden.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, versteht es sich von selbst, dass der Außenflansch anstatt mit einer herkömmlichen Lippe 44 auch mit einer Lippe 48 in Entsprechung zur vorliegenden Erfindung ausgestattet werden könnte.

Claims

Dichtung für den sich verjüngenden Bereich eines Walzenzapfens eines Walzwerks, wobei die Dichtung aufweist: einen flexiblen kreisförmigen Dichtungskörper (30) mit einer zentralen Achse „A" und mindestens einem sich radial nach außen erstreckenden Flansch (40), der über eine Verbindungsbrücke (50) mit einer sich winklig erstreckenden Lippe (48) verbunden ist, die zusammenlaufende erste und zweite Seiten (48a, 48b) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbrücke (50) verglichen mit der Dicke des Flansches (40) und der Lippe (48) eine reduzierte Dicke aufweist, die zusammenlaufenden ersten und zweiten Seiten (48a, 48b) der Lippe (48) zu einem vergrößerten Rand (52) führen und die Lippe (48) erste und zweite Außenflächen (54a, 54b) aufweist, die in einer Außenkante (56) zusammen laufen, die in einer Referenzebene „P" parallel zur zentralen Achse A liegt.
Dichtung nach Anspruch 1, bei der die ersten und zweiten Seiten (48a, 48b) einen Öffnungswinkel (ά₁) zwischen 4° und 10° einschließen.
Dichtung nach Anspruch 2, bei der der Öffnungswinkel (ά₁) 7° beträgt.
Dichtung nach Anspruch 1, bei der, wenn das Flansch (40) und die Lippe (48) unbelastet sind, die erste Seite (48a) der Lippe (48) in einem Winkel (ά₂) von zwischen 46° und 54° zur Referenzebene „P" angeordnet ist.
Dichtung nach Anspruch 4, bei der der Winkel (ά₂) 50° beträgt.
Dichtung nach Anspruch 1, bei der, wenn das Flansch (40) und die Lippe (48) unbelastet sind, die zweite Seite (48b) der Lippe (48) in einem Winkel (ά₃) von zwischen 39° und 47° zur Referenzebene „P" angeordnet ist.
Dichtung nach Anspruch 6, bei der der Winkel (ά₃) 43° beträgt.
Dichtung nach Anspruch 1, bei der die erste und zweite Außenflächen (54a, 54b) einen Öffnungswinkel (ά₄) von zwischen 90° und 106° definieren.
Dichtung nach Anspruch 8, bei der der Winkel (ά₄) 98° beträgt.
Dichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Seite (48a) und die erste Außenfläche (54a) einen Öffnungswinkel (ά₅) von zwischen 66,5° und 77,5° definieren.
Dichtung nach Anspruch 10, bei der der Winkel (ά₅) 72° beträgt.
Dichtung nach Anspruch 1, bei der die zweite Seite (48b) und die zweite Außenfläche (54b) einen Öffnungswinkel (ά₆) von zwischen 157,5° und 168,5° definieren.
Dichtung nach Anspruch 12, bei der der Öffnungswinkel (ά₆) 1635° beträgt.
Dichtung nach Anspruch 1, des weiteren aufweisend einen Höcker (62) auf der ersten Seite der Lippe (48) an einem Ort, der nach innen beabstandet ist von der Verbindungsstelle der ersten Seite (48a) und der ersten Außenfläche (54a).
Dichtung nach Anspruch 14, wobei der Höcker (62) eine Rippe mit einem halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.