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Die
Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Walze in
einem Walzgerüst.
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Lageranordnungen
für Walzen sind im Stand der Technik grundsätzlich
bekannt. So offenbart die deutsche Patentschrift
DE 1 254 108 eine Lageranordnung,
bei welcher der Walzenzapfen einer Walze in einem Axiallager drehbar
gelagert ist. Das Axiallager wird mit Hilfe einer Ringmutter, welche über
einen Außengewindering auf eine Verlängerung des
Zapfens aufgeschraubt ist, in axialer Richtung fixiert. Die Fixierung
erfolgt, indem ein Ringansatz der Ringmutter das Axiallager gegen
einen gegenüberliegenden Anschlag in Form eines Druckschulterrings
drückt. Die äußere Ringschulter der Ringmutter
ist vorhanden, um beim Zurückdrehen der Ringmutter durch Wechselwirkung
mit einer Ringschulter des Gehäuseringes das Axiallager
von dem Walzenzapfen abziehen zu können. Dadurch wird das
Axiallager mechanisch durch die von dem Gewinde übertragene Axialkraft
gelöst. Zum Lösen der Mutter wird traditionell
ein Kranseil verwendet, was sicherheitstechnisch jedoch sehr bedenklich
ist. Außerdem kann beim Lösen oder Anziehen der
Mutter mit Hilfe des Kranseils die von der Ringmutter bzw. deren
Ringansatz auf das Axiallager ausgeübte axiale Kraft nicht
exakt eingestellt werden.
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Zur
Umgehung dieser genannten Nachteile wird seit einiger Zeit eine
andere Lageranordnung verwendet, wie sie in 3 als Stand
der Technik dargestellt ist, siehe: „New developments
for a more cost – effective application of MORGOIL – bearings
in modern flat rolling mills", K. Roeingh and W. Scheffel, Reprint
of a paper presented at the SARUC 2000, Conference in Vanderbijlpark,
South Africa an Oct 05, 2000; Herausgeber SMS Demag AG,
Eduard-Schloemann-Straße 4, Düsseldorf,
Deutschland. Diese Lageranordnung sieht vor, dass das Axiallager 110 mit Hilfe
einer Hydraulikeinrichtung 120 auf dem Walzenzapfen 210 fixiert
wird. Die Hydraulikeinrichtung 120 umfasst einen Hydraulikkolben 122 und
einen Hydraulikzylinder 124, welche gegeneinander verfahrbar
sind. Die Fixierung des Lagers 110 erfolgt, indem der Hydraulikzylinder 124 das
Axiallager in Richtung des Ballens der Walze 200 gegen
einen gegenüberliegenden Anschlag 300 in Form
eines Druckschulterrings drückt. Der Hydraulikkolben 122 stütz sich
in axialer Richtung an dem Walzzapfen 210 mechanisch ab.
Auf dem Hydraulikkolben ist ein Außengewinde 123 vorgesehen,
auf welches eine Ringmutter in Form eines Ringmuttergrundkörpers 132 aufgeschraubt
ist. Die Ringmutter dient als Anschlag für den Hydraulikzylinder 124,
wenn dieser aufgrund von großen Axialkräften,
wie sie während des Betriebs der Walze auftreten können,
gegen die Ringmutter 130 gedrückt wird.
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Die
während des Walzprozesses auftretenden sehr hohen Axialkräfte
entstehen zum einen in Form einer Hangabtriebskraft, welche bei
radial wirkender Walzkraft TSF/2 als Teilkomponente dieser Radialkraft
an dem konischen Teil 210a des Walzenzapfens entsteht.
Diese Hangabtriebskraft FH pflanzt sich über
die Zapfenbuchse 320, den gegenüberliegenden Anschlag,
das heißt den Druckschulterring 300, das Axiallager 110,
den Hydraulikzylinder 124, die Ringmutter 130 und
den Hydraulikkolben 122 in den Walzenzapfen 210 fort.
Zusätzlich zu der Hangabtriebskraft entsteht bei dem so
genannten „Cross-Rolling”, das heißt
bei einer Verschränkung von sich berührenden Walzen,
eine zusätzliche axiale Kraftkomponente, welche der Hangabtriebskraft gleichgerichtet
oder entgegengerichtet sein kann. Die Summe aus Hangabtriebskraft
und der durch Cross-Rolling verursachten Axialkraft wird nachfolgend
vereinfachend als Axialkraft bezeichnet.
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Die
Axialkraft würde, wenn sie nicht – wie im nächsten
Satz beschrieben – aufgefangen werden würde, eine
Verschiebung des Axiallagers 110 und des Hydraulikzylinders 124 weg
von der Walze bewirken. Die Axialkraft wird jedoch durch die Ringmutter 130 aufgefangen,
die ihrerseits über das Außengewinde 123 an
dem Hydraulikkolben 122 abgestützt ist, welcher
seinerseits an dem Walzenzapfen 210 abgestützt
ist. Auf diese Weise wird die Axialkraft letztenendes in den Walzenzapfen
abgeleitet und von diesem aufgefangen.
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Wenn
der während des Walzbetriebs kraftlos geschaltete Hydraulikzylinder 124 aufgrund
der Axialkraft gegen die Ringmutter 130 gedrückt
wird, so hat dies nachteiligerweise zur Folge, dass die Ringmutter 130 gestülpt
wird, wie dies in 4 dargestellt ist. Das Stülpen
bedeutet, dass ein Biegemoment bzw. Stülpmoment auf die
Mutter ausgeübt wird, mit der nachteiligen Folge, dass
die Mutter zum Teil den Kontakt zu dem Außenwinde, auf
welches sie aufgeschraubt ist, verliert. Das heißt, die
Kontaktfläche der Gewindegänge zwischen Ringmutter
und Hydraulikkolben 122 wird verringert. Dies wiederum
hat zur Folge, dass die verbleibende Gewindekontaktfläche bei
gleichbleibender Axialkraft höher belastet wird, was auf
Dauer zu einer Zerstörung des Gewindes und damit zum Wegfall
der Kraftaufnahme führt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine bekannte Lageranordnung für eine Walze in einem Walzgerüst
dahingehend weiterzubilden, dass die Übertragung der Axialkraft
von dem Hydraulikzylinder über die Ringmutter auf den Ringkolben
auch bei großen Axialkräften, das heißt
bei großen auftretenden Stülpmomenten gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmutter einen sich
koaxial erstreckenden ringförmigen Vorsprung aufweist,
welcher voll an den Grundkörper der Ringmutter angeschlossen
ist.
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Durch
den erfindungsgemäß vorgesehenen ringförmigen
Vorsprung, der – vorzugsweise im Peripheriebereich – an
den Grundkörper der Ringmutter voll angeschlossen ist,
wird die Ringmutter, bestehend aus Grundkörper und Vorsprung,
insgesamt deutlich biegesteifer ausgebildet. Aufgrund der größeren
Beigesteifigkeit erfolgt das Stülpen der Ringmutter, dass
heißt ihr lokales Wegbewegen von einzelnen Windungen des
Gewindes unter Last, nur noch in wesentlich geringerem Ausmaß.
Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die Belastung über
der gesamten Breite des Gewindes im Wesentlichen gleich bleibt,
was zur Folge hat, dass auch größere Axialkräfte über
die Ringmutter und den Hydraulikkolben in den Walzenzapfen um-/abgeleitet
werden können.
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Die
Ringmutter kann nur dann gelöst werden, wenn der Hydraulikzylinder
nicht aufgrund der Axialkraft gegen die Ringmutter drückt,
das heißt außerhalb des Walzbetriebs. Deshalb
wird zum Lösen der Ringmutter zuerst ein hydraulischer
Druck in dem Hydraulikzylinder aufgebaut, wodurch der Zylinder in Richtung
Lager vorfährt, so dass die Ringmutter von der Axialkraft
entlastet wird und dann ein Stück weit zurückgedreht
werden kann. Anschließend wird jedoch der hydraulische
Zylinder wieder in Richtung Ringmutter zurückgefahren,
wobei sich der Spalt zwischen Ringmutter und Hydraulikzylinder bzw.
dem Zylinderdeckel wieder schließt. Bei dieser Betriebssituation
hat im Stand der Technik Verletzungsgefahr für Finger einer
Bedienperson bestanden, insbesondere konnten diese Finger in dem
Ringspalt eingequetscht werden. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen
ringförmigen Vorsprung, welcher den Hydraulikzylinder vorzugsweise
zumindest teilweise übergreift, ist dieser Ringspalt stets
abgedeckt und für radial eingreifende Gegenstände,
insbesondere Finger nicht zugänglich. Diese Verletzungsgefahr wurde
auch bereits im Stand der Technik erkannt, weshalb die Ringmutter
nach dem Stand der Technik ein ringförmiges Schutzblech
an ihren Außendurchmesser angeheftet aufgewiesen hatte.
Dieses ringförmige Schutzblech war jedoch im Unterschied
zu dem beanspruchten Vorsprung nicht voll an den Grundkörper
der Ringmutter angeschlossen, sondern, wie gesagt, nur punktuell
angeheftet und hatte deshalb, und auch wegen seiner nur sehr geringen Dicke,
nicht zu einer Erhöhung der Biegesteifigkeit der Ringmutter
beigetragen.
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Der
Begriff „voll angeschlossen” wie er im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 verwendet wird, bedeutet, dass zwischen dem
Grundkörper der Ringmutter und dem ringförmigen
Vorsprung kein auch noch so kleiner Zwischenraum bzw. keine Trennfuge
existiert. Vielmehr setzt der Begriff voraus, dass der Vorsprung über
seiner gesamten radialen Querschnittsfläche fest mit dem
Grundkörper der Ringmutter verbunden, insbesondere verschweißt ist.
Ein lediglich teilweises Verschweißen, insbesondere ein
nur lokales Heften bzw. Punktschweißen, ist nicht im Sinne
der Erfindung.
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Lageranordnung ist die Ringmutter mit dem Vorsprung und dem Ringmuttergrundköper
einstückig ausgebildet.
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Vorteilhafterweise
ist der Übergangsbereich zwischen dem Vorsprung und dem
Grundkörper der Ringmutter auf der dem Walzenzapfen zugewandten Seite
frei gedreht. Durch das Freidrehen wird der Angriffspunkt bzw. Angriffsbereich
der axialen Kräfte auf den Ringmuttergrundkörper
auf einen Bereich in der Nähe des Außengewindes
des Hydraulikkolbens beschränkt, wodurch vorteilhafterweise
das Stülpmoment sowie die Spannungen im Gewinde verringert werden.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen zur Dimensionierung der axialen Erstreckung
des Vorsprungs, der Dicke des Vorsprungs sowie der axialen und radialen
Erstreckung des Grundkörpers in Relation zueinander sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der
Beschreibung sind insgesamt vier Figuren beigefügt, wobei
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1 die
erfindungsgemäße Lageranordnung;
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2 eine
Detailansicht der erfindungsgemäßen Lageranordnung;
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3 eine
Lageranordnung gemäß dem Stand der Technik; und
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4 eine
Lageranordnung aus dem Stand der Technik mit einer Ringmutter in
belastetem Zustand zeigt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 in
Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben.
In allen Figuren sind gleiche technische Merkmale mit gleichen Bezugzeichen
bezeichnet.
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1 zeigt
die erfindungsgemäße Lageranordnung 100 für
eine Walze in einem Walzgerüst. Die Lageranordnung umfasst
ein Lager 110 zum Lagern des Walzenzapfens 210 und
eine Hydraulikeinrichtung 120. Die Hydraulikeinrichtung
umfasst einen in axialer Richtung an der Flanke X des Walzenzapfens 210 abgestützten
Hydraulikkolben 122 sowie einen gegenüber dem
Hydraulikkolben verfahrbaren Hydraulikzylinder 124. Der
Hydraulikzylinder dient zum Auf- oder Abziehen des Lagers 110,
zum Beispiel einem Axiallager bzw. Wälzlager, auf den bzw.
von dem Walzenzapfen 210. Das Anziehen erfolgt, indem der Hydraulikzylinder 124 das
Lager 110 außerhalb des Walzbetriebs gegen einen
Anschlag in Form eines Druckschulterringes 300 drückt.
Die Druckrichtung ist in 1 mit D bezeichnet; sie ist
im Walzbetrieb auftretenden axialen Kräften A, welche das
Lager im Walzbetrieb von dem Walzenzapfen abziehen würden,
entgegengerichtet.
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Der
Begriff Hydraulikzylinder 124 unterscheidet im Rahmen der
vorliegenden Erfindung nicht zwischen dem Zylinderhauptkörper 124a und
dem Zylinderdeckel 124b. Vielmehr wird die Kombination
aus beiden, wie sie in der 1 dargestellt
ist, als Hydraulikzylinder bezeichnet. Es folgt eine weitere Beschreibung
der 1 und 2.
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Zur
Begrenzung der axialen Bewegung des Lagers 110 und des
Hydraulikzylinders während des Walzbetriebs ist auf der
dem Lager 110 gegenüberliegenden Seite des Hydraulikzylinders
ein Anschlag in Form einer Ringmutter 130 vorgesehen. Die
Ringmutter 130 bzw. ihr Grundkörper 132 ist
auf ein Außengewinde 123 des Hydraulikkolbens
aufgeschraubt. Die Ringmutter 130 dient dazu, im Walzbetrieb
auftretende axiale Kräfte, die über eine Zapfenbuchse,
einen Druckschulterring, das Lager 110 und den Hydraulikzylinder 124 auf
sie übertragen werden, über das Außengewinde 123 des
Hydraulikkolbens 122 sowie über den Hydraulikkolben 122 selber an
der Flanke X in den Walzenzapfen 210 abzuleiten. Aufgrund
der Belastung durch die axialen Kräfte, die in Richtung
A wirken, wird auf die Ringmutter 130 ein Biege- bzw. Stülpmoment
ausgeübt, wie es einleitend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben
wurde.
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Um
diesem Stülpmoment besser Stand halten zu können,
und insbesondere um den Kontakt zu dem Hydraulikkolben 122 über
das Außengewinde 123 möglichst optimal
zu gewährleisten, wird die Ringmutter erfindungsgemäß biegesteifer
ausgebildet. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch
das Vorsehen eines Vorsprunges 134, der vorzugsweise an
der Peripherie der Ringmutter 130 koaxial ausgebildet ist und
den Hydraulikzylinder bzw. insbesondere den Deckel 124b des
Hydraulikzylinders zumindest teilweise übergreift. Auf
diese Weise wird ein nur sehr begrenzt vorhandener Ringraum bzw.
Bauraum zwischen dem Hydraulikzylinder bzw. dem Deckel des Hydraulikzylinders
und dem Gehäuse der Lageranordnung 160 optimal
ausgenutzt. Die erfindungsgemäße und in 1 gezeigte
Ausbildung des Vorsprungs an der Peripherie der Ringmutter ermöglicht eine
Erhöhung der Biegesteifigkeit bei gleichzeitig kleinster
Bauhöhe der Ringmutter.
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Vorteilhafterweise
ist der Übergangsbereich zwischen dem Vorsprung 134 und
dem Grundkörper 132 der Ringmutter auf der Innenseite,
das heißt auf der dem Walzenzapfen 210 zugewandten
Seite frei gedreht, wie dies in 1 zu erkennen
ist. Durch das Freidrehen wird der Angriffspunkt für die
axiale Kraft von der Peripherie der Ringmutter weg lediglich auf einen
ringförmigen Angriffsbereich Y in der Nähe des Außengewindes 123 des
Hydraulikkolbens 122 beschränkt. Auf diese Weise
wird das Stülpmoment verringert und Spannungen im Gewinde 123 weiter
gesenkt. Der Kraftschluss wird optimal in das Außengewinde 123 eingeleitet.
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Der
Vorsprung 134 ist erfindungsgemäß voll an
den Grundkörper 132 der Ringmutter 130 angeschlossen.
Idealerweise ist er einstückig mit diesem ausgebildet,
um eine optimale Erhöhung des Biegemomentes zu erzielen.
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Unter
Bezugnahme auf 2 werden nachfolgend bevorzugte
Dimensionierungen der Ringmutter im Hinblick auf geringste Bauhöhe
und gleichzeitige Gewährleistung einer maximalen Biegesteifigkeit vorgeschlagen:
So ist es empfehlenswert, wenn die axiale Erstreckung I des Vorsprungs 134 größer,
vorzugsweise doppelt so groß ist wie die Dicke d des Vorsprungs.
Die axiale Erstreckung I des Vorsprungs sollte aber andererseits
kleiner sein als die axiale Erstreckung L des Grundkörpers 132.
Die Dicke d des Vorsprungs 134 ist vorzugsweise kleiner
als die axiale Erstreckung L des Grundkörpers. Als besonders vorteilhaft
hat es sich herausgestellt, wenn die radiale Erstreckung H2 der
Ringmutter in etwa der Summe aus axialer Erstreckung L des Grundkörpers
und der Dicke d des Vorsprungs des Grundkörpers entspricht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis von Dicke
d des Vorsprungs zu axialer Erstreckung L des Grundkörpers
in etwa 0,4 beträgt und das Verhältnis von axialer
Erstreckung I des Vorsprungs zu der Dicke d des Vorsprungs in radialer Richtung
in etwa zwei entspricht. Alle genannten Vorschriften zur Dimensionierung
der Ringmutter bzw. des Vorsprungs im Verhältnis zum Grundkörper
können einzeln jedoch auch in Kombination realisiert sein.
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- 100
- Lageranordnung
- 110
- Lager
- 120
- Hydraulikeinrichtung
- 122
- Hydraulikkolben
- 123
- Außengewinde
- 124
- Hydraulikzylinder
- 124a
- Deckel
des Hydraulikzylinders
- 130
- Ringmutter
- 132
- Grundkörper
der Ringmutter
- 134
- Vorsprung
- 200
- Walze
- 210
- Walzenzapfen
- I
- axiale
Erstreckung des Vorsprungs
- L
- axiale
Erstreckung des Grundkörpers
- d
- die
Dicke des Vorsprungs
- H2
- radiale
Erstreckung des Grundkörpers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „New
developments for a more cost – effective application of
MORGOIL – bearings in modern flat rolling mills”,
K. Roeingh and W. Scheffel, Reprint of a paper presented at the
SARUC 2000, Conference in Vanderbijlpark, South Africa an Oct 05, 2000 [0003]