DE3601238C2 - Dichtungsvorrichtung für Walzenlager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsvorrichtung für Walzenlager, bei der der Walzenzapfen zwischen der Wal­ zenstirnfläche und dem Lagerzapfen einen konischen Abschnitt aufweist, auf den ein ringförmiger flexibler Dichtungskörper aufschiebbar ist, der an der der Walzenstirnseite zugewandten Ringseite eine, sich in axialer Richtung erstreckenden Ring­ dichtungslippe und eine radial, nach außen gerichtete, auf einer ortsfesten Dichtfläche aufliegende Ringdichtungsrippe aufweist, wobei beim Aufschieben des Dichtungskörpers auf den konischen Walzenzapfenabschnitt durch den dabei wirksam werdenden radialen Druck, unter Aufbringen eines Biegemomentes die Ringdichtungslippe in eine, zur axialen Richtung geneigte, an der Außenfläche des konischen Walzenzapfenabschnitts an­ liegende Stellung gespannt wird.

Bei einer gattungsgemäßen Ausbildung dieser Dichtungsvorrich­ tung (US-PS 41 65 881 und DE-PS 27 31 313) ist in dem Dich­ tungskörper eine Bewehrung eingebettet, die aus der Kombi­ nation einer Schraubenfeder mit einem Stahlseil besteht. Der Dichtungskörper weist neben dem sich in axialer Richtung er streckenden Ringdichtansatz, der die Wasserseite der Dichtungs­ vorrichtung abdichtet, einen weiteren, dem Lager des Walzen­ zapfens zugewandten Ringdichtungsansatz auf, der sich eben­ falls an die Außenfläche des konischen Walzenzapfenabschnitts anlegt und die Ölseite der Dichtvorrichtung abdichtet. Neben der auf einer ortsfesten Dichtfläche aufliegenden Ringdich­ tungsrippe, die ebenfalls die Wasserseite abdichtet, ist eine zweite gleichgeformte Ringdichtungsrippe vorgesehen, die die Ölseite abdichtet. Beide Ringdichtungsrippen sind axial durch eine zylindrische Umfangsfläche des Dichtungskörpers ge­ trennt. Beide Ringdichtungsrippen weisen außenseitig flexible Dichtringlippen auf und der Walzenzapfen lagert mit einer auf diesen aufgeschobenen Zapfenbuchse in einer Lagerbuchse im ortsfesten Lagereinbaustück der Walze. Die ortsfeste Dicht­ fläche, an der die Ringdichtlippen anliegen, ist Teil eines lagerfesten Ringkörpers, der mit dem Lagereinbaustück verbun­ den ist. Dieser Ringkörper weist einen zwischen die beiden Ringdichtungsrippen ragenden Ringbund auf, dessen äußerer Ringrand in radialem Abstand von der zylindrischen Fläche des Dichtungskörpers endet. Beiderseits dieses Ringbundes sind die zylindrischen Dichtflächen angeordnet, auf denen die Ringdichtlippen der Ringdichtungsrippen aufliegen. Zur Dichtungsvorrichtung gehört ferner noch eine innere Dichtungs­ scheibe, die mit einem elastischen Knopf an der Walzenstirnsei­ te anliegt. Die innere Ringkante dieser Dichtungsscheibe be­ rührt den Dichtungskörper an dem Übergang zwischen dem der Walzenstirnseite zugewandten Ringdichtungsansatz und der Ringdichtrippe. Die innere Ringdichtungsscheibe wird von einem äußeren Dichtungsring umfaßt. Eine ähnliche Ausbildung der Dichtvorrichtung zeigt die DE-OS 19 08 374.

Während des Betriebes rotiert der Walzenzapfen mit der Zap­ fenbuchse in der lagerfesten Lagerbuchse und das ständig durch die Lagerflächen gedrückte Öl wird kontinuierlich in einem Lagersumpf gesammelt und von dort über Leitungs­ systeme abgeführt, gekühlt, gefiltert und wieder zum Lager zurückgeleitet.

Die Walze wird naß betrieben, d. h. es fließt ständig ein Was­ serstrom über den Walzenkörper insb. dessen Stirnseiten. In­ folge der Zentrifugalkräfte, die das Wasser ständig von dem Walzenkörper wegschleudern, sucht ein Teil des Wassers seinen Weg entlang der Außenfläche des Walzenzapfens in Richtung auf das Lager hin. Die Dichtungsvorrichtung, bestehend aus in ortsfesten Dichtflächen des Ringkörpers und dem rotieren­ den Dichtungskörper mit seinen Ringdichtungsansätzen und Ringdichtungsrippen soll dabei verhindern, daß Wasser in das Lager infiltriert wird und dabei das Lageröl verunreinigt und umgekehrt gleichzeitig das Austreten von Öl und die damit verbundenen Ölverluste verhindern.

Obgleich diese gattungsgemäße Dichtungsvorrichtung im all­ gemeinen störungsfrei arbeitet, haben praktische Betriebser­ fahrungen gezeigt, daß dann, wenn der Dichtungskörper auf den konischen Abschnitt des Lagerzapfens aufgeschoben worden ist, der Dichtungskörper selbst in radialer Richtung gespannt und der Ringdichtungsansatz in radialer Richtung expandiert wird. Das radiale Ausdehnen dieses Ringdichtungsansatzes führt zu einem kreisförmig verlaufenden Biegemoment im Dich­ tungskörper, das darauf gerichtet ist, die wasserseitige Ring­ dichtungsrippe aus einer rechtwinkligen Lage zur Rotations­ achse des Dichtungskörpers im entspannten Zustand in eine ab­ gewinkelte Lage zu drängen, bei der die Gefahr entsteht, daß die dem Ringbund des Ringkörpers zugewandte äußere Ringkante der Ringdichtungsrippe diesen Ringbund mit Reibungskontakt berührt. Dieser Reibungskontakt kann zu einem schnellen Ver­ schleiß der Ringdichtungsrippe im Bereich des Übergangs zu den Ringlippen und damit zu Undichtigkeiten führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese auf der Aus­ biegung der Ringdichtrippen beruhenden Schwierigkeiten zu be­ seitigen.

Diese Aufgabe wird durch die, im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit dieser Ausbildung und Anordnung und dem aufgebrachten Bie­ gemoment entgegenwirkenden Elementen wird erreicht, daß sich die Biegemomente praktisch gegenseitig neutralisieren und bewirken, daß die wasserseitige Ringdichtungsrippe ihre Lage rechtwinklig zur Rotationsachse des Dichtkörpers beibehält, wenn der Dichtungskörper auf den Walzenzapfen aufgeschoben und durch dessen konischen Zapfenabschnitt gespannt wird.

Zusätzliche, die Erfindung weiterbildende Ausbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand des, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 den Dichtungskörper nach der Erfindung im Axialschnitt,

Fig. 2 den in ein Ölfilmlager eingesetzten Dichtungskörper nach Fig. 3 im Axialschnitt.

Fig. 3 den Dichtungskörper einer gattungsgemäßen Ausbildung der Dichtungsvorrichtung im Axialschnitt,

Fig. 4 den in ein Ölfilmlager eingesetzten Dichtungskörper nach Fig. 1 ebenfalls im Axialschnitt,
Die Dichtungsvorrichtung nach der US-PS 4 165 881 und der DE-PS 27 31 313 weist, wie aus Fig. 3 zu ersehen, einen Dich­ tungskörper 12 auf, in den eine Schraubenfeder 14 mit einem Stahlseil 16 als Bewehrung eingesetzt ist. Der Dichtungskörper 12 ist mit ringförmigen wasserseitigen und ölseitigen Ring­ dichtungslippen 18, 20 und ebenfalls wasserseitigen und öl­ seitigen Ringdichtungsrippen 22, 24 versehen sowie mit einem Ölabstreifring 26. Wenn sich der Dichtungskörper im entspann­ ten Zustand wie in Fig. 3 dargestellt, befindet, erstreckt sich die ölseitige Ringdichtungslippe 20 winklig nach innen vom Dichtungskörper 12 weg und die Ringdichtungsrippen 22 und 24 erstrecken sich radial von dem Dichtungskörper 12 rechtwinklig zu der Rotationsachse des Dichtungskörpers 12, die mit a bezeichnet ist. Die Ringdichtungsrippen 22, 24 sind axial durch eine zylindrische Umfangsfläche 28 von­ einander getrennt und jede dieser Ringdichtungsrippen 22, 24 ist am Umfang mit einer flexiblen Ringlippe 30 versehen, die sich von einem Radialsteg 32 aus winklig nach außen er­ streckt.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist die Dichtungsvorrichtung 10 auf den konischen Abschnitt 34 eines Walzenzapfens 36 aufge­ schoben, der von einem Ölfilmlager getragen wird. Das Lager besteht aus einer Zapfenbuchse 38, die mit dem Walzenzapfen 36 in bekannter, nicht dargestellter Weise verbunden ist und mit diesem rotiert. Die Zapfenbuchse 38 weist eine äußere zylindrische Lagerfläche auf, die mit der Lagerfläche einer lagerfesten Lagerbuchse 40 zusammenwirkt, die von einem Lagereinbaustück 42 getragen wird.

Die Zapfenbuchse 38 rotiert zusammen mit dem Walzenzapfen 36, während das Lagereinbaustück 42 und die von diesem getragene Lagerbuchse 40 ortsfest bleiben. Das Öl wird kontinuierlich zwischen die aufeinanderliegenden Flächen der Zapfenbuchse 38 und der Lagerbuchse 40 gedrückt. Ein Ringansatz 44 des Lagereinbaustücks 42 bildet dabei einen Ölsumpf 46, in den das aus den beiden aufeinanderliegenden Lagerflächen austre­ tende Öl gelangt und kontinuierlich gesammelt wird. Dieses Öl wird dann aus dem Ölsumpf 46 durch eine geeignete, nicht darge­ stellte Leitungsanordnung herausgebracht, um gekühlt und ge­ filtert zu werden, bevor es wieder zwischen die Lagerflächen gedrückt wird.

Wenn die Walze unter nassen Bedingungen arbeitet, wird kon­ tinuierlich Wasser über den Walzballen 48 geflutet und fließt auf die Stirnflächen 50 der Walze zu. Infolge der durch die Rotation bewirkten Zentrifugalkräfte, die das Wasser von der Walze wegschleudern, suchen Teile des Was­ sers ihren Weg entlang des Außenumfangs des Walzenzapfens 36 in Richtung auf das Walzenlager. Die gemeinsam mit 52 an­ gedeuteten Teile der Dichtungsvorrichtung und der flexible Zapfendichtungsabschnitt 10 der Dichtungsvorrichtung sind dazu bestimmt, das Wasser daran zu hindern, in das Lager zu infiltrieren und dabei das Öl zu verschmutzen und zu ver­ wässern und umgekehrt gleichzeitig den Verlust von Öl aus dem Lager zu verhindern.

Zusätzlich zu der auf dem Walzenzapfen 36 sitzenden flexiblen Dichtungsvorrichtung 10 weisen die Teile 52 der lagerfesten Dichtungsvorrichtung 10 noch aus einem starren Ringkörper 54, der an das Lagereinbaustück 42 montiert ist. Dieser Ringkörper weist einen nach innen ragenden starren Ringbund 56 auf, der senkrecht zu der Lagerachse verläuft. Der innere Ringrand des Ringbundes 56 endet in radialem Abstand von der zylindrischen Umfangsfläche 28 des Dichtungskörpers 12. An dem Ringbund 56 sind zylindrische Ringschultern 58 beidseits des Fußes des Ringbundes 56 vorgesehen. Die zylindrischen Außenflächen 60 dieser Ringschultern umfassen die Ringdichtungsrippen 22, 24 und werden gleitend von den flexiblen Ringlippen 30 berührt.

Die Teile 52 Dichtungsanordnung weisen ferner noch eine innere Dichtungsscheibe 62 mit elastischen Knöpfen 64 auf, die auf der Walzenstirnfläche 50 aufliegen. Die innere Kante dieser inneren Dichtungsringscheibe 62 berührt den Dichtungskörper 12 an der Übergangsstelle 66 zwischen der Ringdichtungslippe 18 und der Ringdichtungsrippe 22. Weiter umschließt eine äußere Dichtungsringscheibe 68 den inneren Dichtungskörper 12.

Die zylindrische Umfangsfläche 28 des Dichtungs­ körpers 12 wird von einem Verstärkungsband 70 aus Metall umschlossen.

Während des Walzbetriebes arbeitet diese Dichtungsvorrich­ tung wie folgt: Die innere Dichtungsscheibe 62, die flexible Dichtungsvorrichtung 10 und die Zapfenbüchse 38 rotieren zusammen mit dem Walzenzapfen 36. Die äußere Dichtungsscheibe 68, der starre Ringkörper 54, Lagereinbaustück 42 und Lagerbuchse 40 verbleiben ortsfest. Das Öl schließt kontinuierlich zwischen den Lagerflächen der Zapfenbuchse 38 und der Lagerbuchse 40. Der größte Teil dieses Öls wird durch den Ölabstreifring 26 von der Dichtungsvorrichtung 10 weg in den Ölsumpf 46 gelenkt. Öl, das an dem Ölabstreifring 26 vorbei gelangt, wird von der ölseitigen Ringdichtungsrippe 24 zurückgehalten und durch die Ringlippen 30, die dichtend mit den zylindrischen Außenflächen 60 der Ringschultern 58 zusammenarbeiten, daran gehindert, nach außen zu dringen. Entsprechend wird der größte Teil des Wassers, das auf die Walze aufgebracht wurde, durch die innere Dichtungsscheibe 62 zurückgehalten. Wasser, das diese innere Dichtungsscheibe 62 passiert, wird durch die wasserseitige Ringdichtungsrippe 22 mit Hilfe der die zylindrische Außenfläche 60 der Ringschultern 58 dichtend beaufschlagenden Ringlippe 30 daran gehindert auszutreten. Wenn der Dichtungskörper 12, wie in Fig. 4 dargestellt, auf den konischen Abschnitt 34 des Walzenzapfens aufgeschoben wird, ergibt sich eine radiale Spannung des Dichtungskörpers 12 und die wasserseitige Ringdichtungslippe 18 wird in radialer Richtung expandiert. Diese radiale Ausdehnung erzeugt in dem Dichtungskörper 12 ein ringförmiges Biegemoment M₁, das die wasserseitige Ringdichtungsrippe 22 aus ihrer, im entspannten Zustand rechtwinkligen Lage zur Rotationsachse a des Dichtungskörpers 12, wie in Fig. 3 dargestellt, in eine abgewinkelte Lage drückt, wie in Fig. 4 gezeigt. Diese abgewinkelte Lage der Ringdichtungsrippe 22 führt dazu, daß der Radialsteg 32, der die Ringdichtrippe 22 mit der Ringlippe 30 verbindet, in Reibungskontakt mit dem Ringbund 56 des Ringkörpers 54 bringt. Dies kann zu einem schnellen Ver­ schleiß der Ringdichtungsrippe 22 im Bereich des Radial­ steges 32 führen und das Entstehen von Leckstellen zur Folge haben.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Dichtungsvorrichtung nach den Fig. 1 und 2 wird mit den für die Darstellung in Fig. 3 und 4 verwendeten Bezugsziffern erläutert, soweit diese übereinstimmen.

Der Dichtungskörper 12 der Dichtungsvorrichtung 10 weist auf der konisch verlaufenden Ringaußenfläche 74 nach innen gerichtete Ringbundansätze 72 auf. Diese Ringbundansätze 72 haben Dreieckquerschnitt und die Spitze 76 ist radial auf die wasserseitige Ringdichtungsrippe 22 ausgerichtet. Vorteilhafterweise kann die Spitze 76 axial in einer Bezugsebene P₁ mit einem Abstand d von einer Bezugsebene P₂ abgesetzt sein, die die Ringdichtungsrippe 22 halbiert. Die Dreieckspitze 76 ist dabei nach der, der Ringdichtungslippe 18 abgewandten Seite abgesetzt.

Der Fußbereich 22a der Ringdichtungsrippe 22 ist ausgehend von der zylindrischen Umfangsfläche 28 des Dichtungskörpers 12 verdicht bis etwa zur radialen Mitte der Ringdichtungsrippe 22. Der Fußbereich 22a weist dabei einen abgeschnittenen Dreieckquerschnitt auf, vorzugsweise den eines rechtwinkligen Dreiecks, dessen Hypothenusenseite der ölseitigen Ringdichtungsrippe 24 zugewandt ist.

Wie in Fig. 2 diagrammartig dargestellt, arbeitet die Ringaußenfläche 74 des Dichtungskörpers 12 mit dem konischen Abschnitt 34 des Walzenzapfen in der Weise zusammen, daß ein zweites Biegemoment M₂ den Dichtungskörper 12 in Ge­ genrichtung zu dem Biegemoment M₁ beeinflußt, das durch die Ausdehnung der wasserseitigen Ringdichtungs-
lippe 18 entsteht. Das Biegemoment M₂ wirkt dem Biegemoment M₁ mit dem Ergebnis entgegen, daß die wasserseitige Ringdichtungsrippe 22 in der erwünschten Lage senkrecht zu der Rotationsachse des Dichtungskörpers 12 und dem Ringbund 56 verbleibt.

Die Gegenwirkung des Biegemomentes M₂ wird durch die Verstärkung der Ringdichtungsrippe 22 in deren Fußbereich gegenüber dem, an diese anschließenden aufstehenden Rippenabschnitt 22b, 22a unterstützt. Diese Ausbildung des Fußbereiches trägt ebenfalls dazu bei, einen Reibungskontakt der Ringdichtungsrippe 22 mit dem Ringbund 56 zu verhindern.

Wie bereits gesagt, ergibt sich ein weiterer Vorteil dadurch, daß der Ringbundansatz 72 eine zusätzliche Dichtlinie zwischen den Dichtlinien bildet, die an der Wasserseite und an der Ölseite durch die Ringdichtungslippen 18 und 20 gebildet werden.

Claims (5)

1. Dichtungsvorrichtung für Walzenlager, bei der der Walzenzapfen zwischen der Walzenstirnfläche und dem Lagerzapfen einen konischen Abschnitt aufweist, auf den ein ringförmiger, flexiblen Dichtungskörper aufschiebbar ist der an der der Walzenstirnseite zugewandten Ringseite eine, sich in axialer Richtung erstreckende Ringdichtungslippe und eine radial, nach außen gerichtete, auf einer ortsfesten Dichtfläche aufliegende Ringdichtungsrippe aufweist, wobei beim Aufschieben des Dichtungskörpers auf den konischen Walzenzapfenabschnitt durch den dabei wirksam werdenden radialen Druck, unter Aufbringen eines Biegemomentes die Ringdichtungslippe in eine, zur axialen Richtung geneigte, an der Außenfläche des konischen Walzenzapfenabschnitts anliegende Stellung gespannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (12) an seiner, der Außenfläche des konischen Abschnitts (34) des Walzenzapfens (36) zugewandten inneren Ringfläche, achsparallel versetzt gegenüber der Ringdichtungslippe (18) Ringbundansätze (72) aufweist, die unter dem axialen Druck auf den Dichtungskörper (12) ein Biegemoment (M2) aufbringen, das dem auf die Ringdichtungslippe (18) aufgebrachten Biegemoment (M1) entgegengerichtet ist.

2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringbundansätze (72) einen, mit einer Spitze (76) nach innen gerichteten Dreieckquerschnitt aufweisen.

3. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen gerichtete Spitze des Dreieckquerschnitts in einer Radialebene (P1) liegt, die gegenüber einer, die Dicke der Ringdichtungsrippe (22) halbierenden Radialebene (P2) in Richtung von der Ringdichtungslippe (18) weg mit Abstand (d) versetzt angeordnet ist.

4. Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußbereich (22a) der Ringdichtungsrippe (22) eine größere Dicke aufweist als der an diesen anschließende, auf­ stehende Rippenabschnitt (22b).

5. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußbereich (22a) der Ringdichtungsrippe (22) einen Dreieckquerschnitt mit abgeschnittenen Spitzen aufweist.