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Einbaustück und Verfahren zu dessen Herstellung
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Die Erfindung betrifft ein Einbaustück, dass heißt ein Lagergehäuse, zum Lagern einer oberen Stützwalze in einem Walzgerüst, typischerweise zum Warmwalzen oder Kaltwalzen von Metallband. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung dieses Einbaustücks.
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Einbaustücke zum Lagern von Stützwalzen in Walzgerüsten sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt.
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So offenbart beispielsweise der
„Technical report on high-tech modules for rolling mills" „Morgoil Roll-Neck Bearings" von K. Roeingh aus dem Jahre 2002 auf der Seite 4 in den Bildern I., II., III. und Bild 1. und 2. einen historischen Abriss über die Fortentwicklung der Gestaltung derartiger Einbaustücke im Zeitverlauf.
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Ein Einbaustück zur Lagerung einer oberen Stützwalze in einem Walzgerüst ist auch in der internationalen Patentanmeldung
WO 2007/115791 A1 offenbart. Konkret offenbart das dort gezeigte Einbaustück eine sich von der Ablaufseite zu der Ballenseite des Einbaustücks erstreckenden Hauptbohrung zur Aufnahme eines Walzenzapfens der oberen Stützwalze. Das Einbaustück umfasst weiterhin auch einen an der Ballenseite angeordneten Schmiermittelauffangraum, insbesondere im unteren Bereich des Einbaustückes, wobei dem Schmiermittelauffangraum zwei spiegelsymmetrisch zu einer senkrechten Längs-Mittenebene angeordnete Schmiermittelablaufbohrungen zugeordnet sind, welche sich von dem Schmiermittelauffangraum auf der Ballenseite in Richtung Ablaufseite des Einbaustücks erstrecken.
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Die Mittelpunkte dieser beiden Schmiermittelablaufbohrungen weisen jedoch einen Abstand zueinander auf, der größer ist als der Durchmesser der Hauptbohrung.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Einbaustück sowie ein bekanntes Verfahren zu dessen Herstellung in der Weise weiterzubilden, dass – bei einer Querschnittsansicht des Einbaustückes quer zur Längsrichtung der zu lagernden Walze – in der rechten und linken unteren Ecke des Einbaustückes Aussparungen vorgesehen werden können.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist das Einbaustück dadurch gekennzeichnet, dass – im Querschnitt der Ballenseite gesehen – die Schmiermittelablaufbohrung so angeordnet ist, dass der Abstand des Mittelpunktes der Schmiermittelablaufbohrung zur senkrechten Längs-Mittenebene des Einbaustücks ≤ dem halben Durchmesser der Hauptbohrung ist und dass – in der senkrechten Längs-Mittenebene – der senkrechte minimale Abstand von der Gegenlauffläche einer Ringdichtung im unteren Bereich des Einbaustücks zur horizontalen Tangentialebene an der Oberkante der Schmiermittelablaufbohrung einen vorgegebenen minimalen Abstands-Schwellenwert nicht unterschreitet.
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Die Gegenlauffläche der Ringdichtung entspricht – in zusammengebautem Zustand von Einbaustück und Walze – dem Außenmantel einer Zapfenbuchsenverlängerung, an welcher die Ringdichtung anliegt.
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Durch die Berücksichtigung dieser beiden beanspruchten Kriterien gelingt es, die Breite des Einbaustücks im unteren Bereich zumindest auf der Ballenseite stark zu reduzieren, so dass in dem rechten und linken unteren Eckbereich des Einbaustücks Aussparungen vorgesehen werden können, zum Beispiel zur Aufnahme von negativ-wirkenden Biegezylindern. Während das erste beanspruchte Kriterium im Wesentlichen die verbleibende Breite des oberen Einbaustücks im unteren Bereich definiert, stellt das zweite Kriterium sicher, dass die ballenseitige Abdichtung voll funktionsfähig bleibt. Das heißt, dass der sich bildende Ölsumpf nicht so weit ansteigt, dass sich die Zapfenbuchsenverlängerung in diesem Ölstumpf dreht, was Undichtigkeit zur Folge hätte.
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In der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe „unten“ und „oben“, „senkrecht“ und „horizontal“ verwendet. Diese Begriffe dienen zur Beschreibung der Position einzelner technischer Merkmale des Einbaustücks bzw. zur Beschreibung der Relativpositionen von einzelnen technischen Merkmalen zueinander. Bei der Verwendung dieser Begriffe wird davon ausgegangen, dass das Einbaustück auf eine horizontale Ebene aufgesetzt ist. Bei den Darstellungen in den 1 bis 6 kann davon ausgegangen werden, dass das Einbaustück beispielhaft auf einer horizontalen Ebene aufgesetzt ist bzw. wie in 1 gezeigt horizontal im Walzenständer gelagert ist.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist das Einbaustück auf seiner Ballenseite einen ringförmig umlaufenden Dichtungshaltering auf zum Halten einer Ringdichtung. Dieser Dichtungshaltering ist erfindungsgemäß einstückig mit dem Einbaustück ausgebildet. Bei Konstruktionen im Stand der Technik war dieser Dichtungshaltering oftmals in Form eines Deckels an das Einbaustück angeschraubt. Dies war fertigungstechnisch aufwändiger, weil der Deckel als separates Bauteil angefertigt werden musste. Außerdem war die Montage und Demontage dieses Deckels zeitaufwendig und damit ebenfalls kostenintensiv. Durch die nunmehr erfindungsgemäß vorgesehene einstückige Ausbildung des Dichtungshalteringes mit dem Einbaustück in Form eines einstückigen Gussteils, entfällt vorteilhafterweise die separate Fertigung des Deckels und die zeit- und kostenintensive Montage bzw. Demontage des Deckels.
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Die Ringdichtung dient zum Abdichten des Einbaustücks gegen den Walzenzapfen bzw. die Zapfenbuchsen-Verlängerung. Die Ringdichtung dient auch zum Abdichten des Schmiermittelauffangraumes gegen den Ballen der oberen Stützwalze.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das Einbaustück im Bereich des Schmiermittelauffangraumes zwei der Schmiermittelablaufbohrungen auf, welche spiegelsymmetrisch zu der senkrechten Längs-Mittenebene angeordnet sind. Das Vorsehen der zwei Schmiermittelablaufbohrungen gewährleistet den Ablauf für das Schmiermittel.
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Die Ausbildung des Schmiermittelauffangraumes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung als an der Ballenseite ringförmig umlaufende Nut, welche im unteren Bereich des Einbaustücks eine Aufweitung aufweist, bietet den Vorteil, dass umlaufend aus dem Spalt zwischen Lagerbuchse und Zapfenbuchse austretendes Schmiermittel überall am Umfang aufgenommen werden kann. Weiterhin bietet die Aufweitung den Vorteil, dass insbesondere im unteren Bereich des Einbaustückes, wo sich aufgrund der Gewichtskraft besonders viel ausgetretendes Schmiermittel ansammelt, genügend Raum für das angesammelte Schmiermittel zur Verfügung steht.
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Die Aufweitung kann im unteren Bereich des Einbaustücks auf dessen Ballenseite auch aus konstruktiver Sicht problemlos vorgesehen werden, weil dort im unteren Bereich keine besonders großen Walzkräfte auftreten. Die Walzkraft wirkt dagegen bei der oberen Stützwalze und bei den sie aufnehmenden Einbaustücken nach oben, dass heißt in dem oberen Bereich der Einbaustücke, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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Typischerweise umfasst das Einbaustück eine in seine Hauptbohrung eingeführte zylinderförmige Lagerbuchse.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erstreckt sich die der Ballenseite abgewandte, den Schmiermittelauffangraum begrenzende Wand des Einbaustücks – von der Längsachse des Einbaustücks aus gesehen – glatt radial. Dabei ist es wichtig, dass die Innenseite des Einbaustücks möglichst über ihre gesamte Breite kraft- und formschlüssig mit der Lagerbuchse in Verbindung steht. Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäß ausgebildete Wand aufgrund ihrer radial glatten Ausbildung keine sich zur Walzenballenseite hin ersteckenden Vorsprünge oder Nasen auf, welche mit der Lagerbuchse nicht kraft- und/oder formschlüssig in Verbindung stehen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist ein optimaler Kraftfluss von den Zapfen der Stützwalze über die Zapfenbuchsen, die Lagerbuchsen bis in das Einbaustück gewährleistet; dies wäre bei Vorsehen der bekannten Nasen bzw. Vorsprünge nicht zwingend gegeben.
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Der ringförmige Schmiermittelauffangraum und dessen Aufweitung werden erfindungsgemäß durch Fräsen des zuvor gegossenen Einbaustücks hergestellt. Die Schmiermittelablaufbohrung können einfach durch Bohren des gegossenen Einbaustücks hergestellt werden. Das Fräsen und Bohren ermöglicht eine geometrisch sehr präzise Ausbildung des Schmiermittelauffangsraums, von dessen Aufweitung und der Ablaufbohrungen.
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Der Beschreibung sind insgesamt 6 Figuren beigefügt, wobei
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1 einen Querschnitt durch ein Ständerfenster eines Walzgerüstes;
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2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Einbaustückes mit einer Ansicht von dessen Ballenseite;
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3 das Einbaustück gemäß 2 in aufgeschnittenem Zustand;
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4 das erfindungsgemäße Einbaustück in einem Längsschnitt;
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5 das erfindungsgemäße Einbaustück in einem Querschnitt durch die Ballenseite; und
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6 die Abdichtung einer oberen Stützwalze in dem Einbaustück mit vergrößerten Detailansichten des oberen Bereiches des Einbaustückes und des unteren Bereiches des Einbaustückes zeigt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ständerfenster eines Walzgerüstes. Das Ständerfenster ist mit dem Bezugzeichen 850 bezeichnet. In der Mitte des Ständerfensters sind eine obere Arbeitswalze 860 und eine untere Arbeitswalze 870 zu erkennen, die jeweils in ihren Arbeitswalzeneinbaustücken 862, 872 drehbar und in dem Ständerfenster 850 vertikal verschiebbar gelagert sind. Der unteren Arbeitswalze 870 ist eine untere Stützwalze 880 zugeordnet, welche ihrerseits in einem unteren Stützwalzen-Einbaustück 890 drehbar gelagert ist. Der oberen Arbeitswalze 860 ist eine obere Stützwalze 200 zugeordnet, welche ihrerseits in einem oberen Stützwalzeneinbaustück 100 drehbar gelagert und vorzugsweise in dem Ständerfenster 850 vertikal verschiebbar ist. Die konstruktive Ausgestaltung dieses oberen Stützwalzen-Einbaustücks 100 ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt, dass in dem gezeigten Querschnitt durch das Ständerfenster das obere Stützwalzeneinbaustück in seiner linken und rechten unteren Ecke jeweils Aussparungen 700 aufweist, um Raum zu schaffen, zum Beispiel für die Anordnung von negativ wirkenden Biegezylindern 895, die typischerweise fest am Ständerfenster montiert sind.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des oberen Stützwalzen-Einbaustücks 100. Im Vordergrund ist die Ballenseite 100-B des Einbaustücks gezeigt; dies ist diejenige Seite, welche später bei eingebauter Stützwalze dem Ballen der Stützwalze zugewandt ist. Der Ballenseite gegenüber liegt die Ablaufseite 100-A des Einbaustücks, so benannt, weil dorthin das in dem ringförmigen Schmiermittelauffangraum 120 und dessen Aufweitung 120-1 während des Walzbetriebs gesammeltes Schmiermittel durch die Schmiermittelablaufbohrungen 130 abläuft.
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Gut zu erkennen sind auch die durch die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglichten Aussparungen 700, deren Raum zum Beispiel genutzt werden kann zum Vorsehen der besagten negativ-wirkenden Biegezylinder 895.
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3 zeigt das Einbaustück aus 2 in aufgeschnittenem Zustand. Neben dem besagten ringförmig und nutförmig umlaufenden Schmiermittelauffangraum 120 und dessen Aufweitung 120-1 ist hier ein Dichtungshaltering 140 zu erkennen, welcher erfindungsgemäß einstückig mit dem Einbaustück ausgebildet ist. Vorzugweise wird er beim Gießen des Einbaustücks gleich mit gegossen. Der Dichtungshaltering 140 dient zur Aufnahme einer Ringdichtung 400 wie später in 6 näher erläutert.
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Weiterhin ist in 3 eine Innenseite 105 des Einbaustücks zu erkennen, an welcher eine Lagerbuchse 160 kraft- und formschlüssig anzuliegen kommt; siehe 6. Darüber hinaus ist die der Ballenseite abgewandte Seite des nutförmig umlaufenden Schmiermittelauffangraumes 120 mit den Bezugzeichen 106 bezeichnet. Diese Wand ist erfindungsgemäß – in Bezug auf die Längsachse L des Einbaustücks – radial glatt ausgebildet.
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4 zeigt das erfindungsgemäße Einbaustück in einem Längsschnitt durch die Längsachse L. Ergänzend zu den bisher bereits beschriebenen Bezugszeichen ist hier der Durchmesser D der Hauptbohrung 110 des Einbaustücks zu erkennen.
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5 zeigt einen Querschnitt durch das Einbaustück für die obere Stützwalze auf der Bedienseite. In dieser Abbildung sind insbesondere die wesentlichen Kriterien zur Anordnung bzw. Positionierung der Schmiermittelablaufbohrungen 130 veranschaulicht. Konkret ist zum einen der Abstand d zu erkennen, welcher den Abstand des Mittelpunktes einer der Schmiermittelablaufbohrungen 130 zur senkrechten Längs-Mittenebene LM des Einbaustücks 100 definiert. Erfindungsgemäß muss dieser Abstand d ≤ dem halben Durchmesser D der Hauptbohrung 110 des Einbaustücks ohne Lagerbuchse sein, um die Breite des Einbaustücks im unteren Bereich soweit reduzieren zu können, dass die gewünschten Aussparungen 700 realisiert werden können. Gleichzeitig darf – in der senkrechten Längs-Mittenebene LM – der senkrechte minimale Abstand s von der äußeren Mantelfläche der Zapfenbuchsenverlängerung 232, siehe 6, auch Laufdurchmesser oder Gegenlauffläche 600 für die Ringdichtung 400 genannt, im unteren Bereich des Einbaustücks zu einer horizontalen Tangentialebene 500 an der Oberkante der Schmiermittelablaufbohrungen 130 einen vorgegebenen minimalen Abstands-Schwellenwert nicht unterschreiten. Dies ist deswegen erforderlich, um die Funktion der Ringdichtung sicherzustellen. Der minimale Abstands-Schwellenwert für den Abstand s beträgt beispielsweise 2 mm; als Obergrenze für diesen Abstand kann beispielsweise 10 mm angesetzt werden.
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6 zeigt das erfindungsgemäße Einbaustück 100 mit eingebauter oberer Stützwalze 200. Die obere Teildarstellung I. in 6 zeigt den oberen Bereich des Einbaustückes mit der Ringdichtung 400 und die untere Detailansicht II. in 6 zeigt den unteren Teil des Einbaustückes mit derselben Ringdichtung 400. Beide Detailansichten zeigen dasselbe Einbaustück 100.
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Die obere Stützwalze 200 umfasst einen Walzenballen 210 und einen Walzenzapfen 220-1. Auf den Walzenzapfen drehfest aufgesetzt ist eine Zapfenbuchse 230 mit einer sich in Richtung Walzenballen erstreckenden angeschraubten Zapfenbuchsenverlängerung 232. Die Stützwalze 200 mit dem Walzenzapfen 220-1 und der Zapfenbuchse 230 ist in der Lagerbuchse 160 drehbar gelagert. Zwischen der Lagerbuchse 160 und der Zapfenbuchse 230 ist ein Schmierfilm 205 ausgebildet, aus welchem während des Walzbetriebs Schmiermittel in den Schmiermittelauffangraum 120 und dessen Aufweitung 120-1 austritt. Die Lagerbuchse 160 ist drehfest in der Hauptbohrung 110 des Einbaustücks 100 gelagert.
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In 6 ist weiterhin der Dichtungshaltering 140 zu erkennen, welcher einstückig mit dem Einbaustück 100 verbunden ist. Der Dichtungshaltering 140 dient zur Aufnahme der Ringdichtung 400, welche mit ihren Dichtlippen auf der Zapfenbuchsenverlängerung 232 aufliegt und hier die Dichtungsfunktion in beide Richtungen erfüllt (Schmieröl am Austritt zu in Richtung Walzenballen hindern und Kühlwasser mit gegebenenfalls Schmutz nicht in den Schmierölraum, dass heißt den Schmiermittelauffangraum, passieren zu lassen).
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Einbaustück
- 100-A
- Ablaufseite des Einbaustücks
- 100-B
- Ballenseite des Einbaustücks
- 105
- Innenseite des Einbaustücks
- 106
- Wand
- 110
- Hauptbohrung
- 120
- Schmiermittelauffangraum
- 120-1
- Aufweitung des Schmiermittelauffangraumes
- 130
- Schmiermittelablaufbohrung
- 140
- Dichtungshaltering
- 160
- Lagerbuchse
- 200
- obere Stützwalze
- 205
- Schmierfilm
- 210
- Walzenballen
- 220-1
- Walzenzapfen der oberen Stützwalze
- 230
- Zapfenbuchse
- 232
- Zapfenbuchsenverlängerung
- 400
- Ringdichtung
- 500
- horizontale Tangentialebene
- 600
- Gegenlauffläche der Dichtlippen der Ringdichtung
- 700
- Aussparungen
- 850
- Ständerfenster
- 860
- obere Arbeitswalze
- 862
- Einbaustück obere Arbeitswalze
- 870
- untere Arbeitswalze
- 872
- Einbaustück untere Arbeitswalze
- 880
- untere Stützwalze
- 890
- Einbaustück untere Stützwalze
- 895
- Biegezylinder
- D
- Durchmesser der Hauptbohrung
- d
- Abstand
- s
- Abstand
- LM
- senkrechte Längs-Mittenebene des Einbaustücks
- L
- Längsachse
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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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- „Technical report on high-tech modules for rolling mills“ „Morgoil Roll-Neck Bearings“ von K. Roeingh aus dem Jahre 2002 auf der Seite 4 in den Bildern I., II., III. und Bild 1. und 2 [0003]
