DE102013218902A1

DE102013218902A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102013218902A1
Application number: DE201310218902
Authority: DE
Inventors: Georg Deinhofer; Alfred Schildberger
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-03-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) für eine in einem Metallschmelzbad getaucht laufende Rolle (2), umfassend ein Wälzlager (3) mit einem Innenring (4) und einem Außenring (5), wobei zwischen dem Innenring (4) und dem Außenring (5) Wälzkörper (6) angeordnet sind, wobei der Innenring (4) von einem Lagerzapfen (7) der Rolle (2) aufgenommen ist und wobei der Außenring (5) von einem Halteelement (8), insbesondere von einem Haltearm, gehalten wird. Um eine längere Standzeit des Wälzlagers in der Metallschmelze zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass die Lagerringe (4, 5) aus Hartmetall bestehen, wobei mindestens ein Lagerring (4) mit zwei Bordscheiben (9, 10) versehen ist, wobei die Bordscheiben (9, 10) durch Stellite oder Hartmetall-Ringe gebildet werden, wobei die axiale Fixierung der Bordscheiben (9, 10) durch mindestens einen schweißbaren Ring (11) erfolgt, der eine Bordscheibe (9) axial festlegt und der mit dem Lagerzapfen (7) verschweißt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine in einem Metallschmelzbad getaucht laufende Rolle, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring Wälzkörper angeordnet sind, wobei der Innenring von einem Lagerzapfen der Rolle aufgenommen ist und wobei der Außenring von einem Halteelement, insbesondere von einem Haltearm, gehalten wird.
Eine gattungsgemäße Lageranordnung ist aus der DE 102 14 828 A1 und aus der DE 101 04 032 A1 bekannt. Weitere, ähnliche Lösungen gehen aus der DE 695 04 756 T2 und aus der EP 0 794 339 A1 hervor. Es ist bei der in Rede stehenden Anwendung der Lagerung von Rollen in einer Metallschmelze – es handelt sich hier zumeist um eine Zink-Schmelze – ein ständiges Problem, dass die zur Lagerung eingesetzten Wälzlager infolge der aggressiven Umgebung und hohen thermischen Belastung meist eine nur unbefriedigende Standzeit aufweisen. Dies gilt für alle Rollen, die im flüssigen Metall laufen, d. h. für Umlenkrollen, Stabilisierungsrollen und Korrekturrollen. Teilweise sind Standzeiten von nicht mehr als 14 Tagen erreichbar. Der übermäßige Verschleiß ergibt sich aus dem Vorhandensein von interkristallinen Verbindungen in der Schmelze in Kombination mit chemischen und thermischen Angriff des Schmelzbades selbst.
Damit leiden auch die Fertigungsbedingungen und die erzeugbare Qualität von verzinktem Blech, was insbesondere im Kraftfahrzeugbau problematisch sein kann, da hier diesbezüglich sehr hohe Qualitäten gefordert werden.
Ferner ergeben sich infolge der hohen Temperaturen auch ausdehnungsbedingte Verschiebungen zwischen Rolle und den zugehörigen Stützarmen.
Die vorbekannten Lösungen erlauben zwar eine Erhöhung der Standzeit durch spezielle Maßnahmen. Allerdings sind die erreichbaren Werte meist immer noch nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Lageranordnung so weiterzubilden, dass die erreichbaren Standzeiten weiter erhöht werden können. Weiterhin soll die Laufruhe des Wälzlagers in der Metallschmelze günstig beeinflusst werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe aus Hartmetall bestehen, wobei mindestens ein Lagerring mit zwei Bordscheiben versehen ist, wobei die Bordscheiben durch Stellite oder Hartmetall-Ringe gebildet werden, wobei die axiale Fixierung der Bordscheiben durch mindestens einen schweißbaren Ring erfolgt, der eine Bordscheibe axial festlegt und der mit dem Lagerzapfen verschweißt ist.
Die Schweißbarkeit des schweißbaren Rings wird durch entsprechende Werkstoffauswahl gewährleistet. Bevorzugt ist ein Stahlring vorgesehen, der einen Kohlenstoffanteil von weniger als 0,22 % aufweist und daher schweißbar ist – im Gegensatz zum Hartmetall.
Demgemäß wird also eine spezielle Kombination von Werkstoffen und der Geometrie des Wälzlagers vorgeschlagen. Die vorgeschlagene Geometrie erlaubt die vorteilhafte und kosteneffiziente Nutzung von Hartmetall als Werkstoff für die Lagerringe.
Das bevorzugt verwendete Hartmetall der Lagerringe ist ein Verbundwerkstoff aus harten Wolframkarbidkörnern und metallischem Bindemittel. Der Binderwerkstoff besteht bevorzugt aus dem metallischen Hauptbestandteil Kobalt, Nickel oder Eisen.
Bevorzugt sind beiderseits des Innenrings je eine, insgesamt also zwei Bordscheiben angeordnet, wobei der Außenring frei von Bordscheiben ist.
Die Breite des Außenrings in axiale Richtung ist bevorzugt größer als die Breite der Bordscheiben samt Innenring, wobei die Breite des Außenrings vorzugsweise um mindestens 20 % größer ist als die Breite der Bordscheiben samt Innenring. Das ermöglicht den Ausgleich einer temperaturbedingten Ausdehnung der Rolle sowie eine Verschiebung durch Verschleiß der axialen Führung.
Das Wälzlager ist bevorzugt als Zylinderrollenlager ausgebildet. Dieses ist bevorzugt vollrollig ausgebildet.
Die Wälzkörper bestehen bevorzugt aus keramischem Material.
Der Außenumfang des Außenrings kann eine konvexe Ausformung aufweisen, mit der dieser in dem Halteelement angeordnet ist. Das erlaubt eine bessere Anpassbarkeit des Außenrings bei Schiefstellungen relativ zum Haltearm.
Die Bordscheiben samt Innenring sitzen bevorzugt auf dem Lagerzapfen und sind einerseits durch einen Absatz des Lagerzapfens und andererseits durch den schweißbaren Ring axial unverschieblich festgelegt. Die axial unverschiebliche Festlegung ist dabei durch Stoffschluss hergestellt, insbesondere durch Verschweißung. Eine axiale Verschiebung kann zwischen den Wälzkörpern und der Außenringlaufbahn erfolgen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die die Borde bildenden Hartmetall-Ringe und der die Laufbahn aufweisende Hartmetall-Ring auf einer Hülse sitzen, die wiederum auf dem Lagerzapfen sitzt. Die axiale Festlegung kann analog durch Stoffschluss erfolgen.
Vorteilhaft wird das vorgeschlagene Wälzlager in einer Zwei-Punkt-Auflage im Haltearm aufgenommen. Eine solche Lösung ist in der bereits oben genannten DE 102 14 828 A1 der Anmelderin beschrieben, auf die insoweit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Unter den erfindungsgemäß eingesetzten Hartmetallen sind bevorzugt gesinterte Karbidhartmetalle zu verstehen. Kennzeichnend für diese Art von Metallen sind eine sehr hohe Härte und Verschleißfestigkeit sowie insbesondere eine hohe Warmhärte, was vorliegend in besonderer Weise genutzt wird. Hartmetall gehört den Verbundwerkstoffen an. Sie bestehen zumeist aus 70 bis 97 % Wolframcarbid (als Verstärkungsphase) und 3 bis 30 % metallischem Binder. Die Wolframkarbidkörner sind durchschnittlich etwa 0,4 bis 10 Mikrometer groß. Der Binderwerkstoff füllt die Zwischenräume.
Gegossene Hartlegierungen, die ebenfalls für die Lagerringe in Kombination mit Hartmetallringen eingesetzt werden können, werden auch als Stellite bezeichnet. Es handelt sich dabei um Hartlegierungen auf Kobalt-Chrom-Wolfram-Basis. Stellite enthält je nach Einsatzgebiet Anteile von Chrom, Nickel, Molybdän und Kohlenstoff, der durch die Bildung von Karbiden einen großen Einfluss auf die Eigenschaften der Legierung hat. Das Hauptmerkmal von Stellite ist eine hohe Beständigkeit gegen Verschleiß wie beispielsweise Korrosion oder Abrasion, die auch bei hohen Temperaturen erhalten bleibt. Dies wird im vorliegenden Anwendungsfall vorteilhaft genutzt.
Die vorgeschlagene Lageranordnung ist besonders für Zinkbäder vorgesehen, die für das Verzinken von Metallbändern benötigt werden.
Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung können die Belastungen in der Lageranordnung verbessert aufgenommen werden, insbesondere wird das Vermögen zur Lastaufnahme unter hohen Temperaturen bei hinreichender Zähigkeit des Materials (verglichen mit rein keramischen Materialien) erheblich erhöht.
Die vorgeschlagene Ausgestaltung erlaubt infolge der geometrisch einfachen Komponenten der Lagerung zudem eine einfache Fertigungsmöglichkeit, was wegen des verwendeten Materials (Hartmetall) sehr wesentlich ist, da dieser Werkstoff nicht so leicht wie klassischer Wälzlagerstahl zu bearbeiten ist.
Die vorgeschlagene Lagerung zeichnet sich schließlich auch durch einen relativ guten Lauf bei geringer Neigung zur Anregung von Schwingungen aus. Der Lauf des Wälzlagers in der Metallschmelze wird so verbessert. Dies ermöglicht auch ein besseres und gleichmäßigeres Abblasen überschüssiger Schmelze vom beschichteten Band oberhalb des Beschichtungsgefäßes. Die Bandqualität kann so verbessert werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung, mit der eine Rolle, die in einer Metallschmelze läuft, mittels eines Wälzlagers gelagert wird, und
2 die Ansicht „A“ gemäß 1. In den 1 und 2 ist eine Lageranordnung 1 zu sehen, die zur (einseitigen) Halterung eines Lagerzapfens 7 dient, der wiederum eine Rolle 2 trägt, wobei die Rolle 2 in flüssigem Metall (Zink) läuft. Ein nicht dargestelltes Metallband wird durch die Rolle umgelenkt, um eine Feuerverzinkung des Bandes vornehmen zu können. Die Lagerung der Rolle 2 erfolgt durch ein Wälzlager 3, das hier als vollrolliges Zylinderrollenlager ausgeführt ist. Das Wälzlager 3 sitzt in einem Haltearm 8. Bezüglich Details wird auf die DE 102 14 828 A1 der Anmelderin verwiesen, wo eine solche Anordnung gleichermaßen beschrieben ist.
Wesentlich ist bei der vorliegenden Idee, dass der Innenring 4 und der Außenring 5 des Wälzlagers 3 hier aus Hartmetall bestehen, nicht aus klassischem Wälzlagerstahl (100 Cr 6). Der Innenring 4 setzt sich dabei aus drei Teilen zusammen, nämlich aus einem Hartmetall-Ring 4, der die Laufbahn für die Wälzkörper 6 aufweist, und zwei seitlich ansetzenden Bordscheiben 9 und 10, die den axialen Anlauf der Wälzkörper 6 bilden. Der Außenring 5 ist indes frei von Borden.
Um eine einfache Konstruktion zu erreichen – und dies ist mit Blick auf das relativ schwer zu bearbeitende Hartmetall wesentlich –, ist vorgesehen, dass die drei ringförmigen Körper 4, 9, 10 eine sehr einfache Formgebung haben und dadurch in axialer Richtung a zusammengehalten werden, dass die drei Ringe 4, 9, 10 auf dem Lagerzapfen 7 sitzen und mittels eines schweißbaren Rings 11 zusammengefügt sind, wobei der schweißbare Ring 11 mittels Verschweißungen 13 auf dem Lagerzapfen 7 festgelegt ist. Die axiale Fixierung in 1 nach rechts wird also durch den festgeschweißten Ring 11 bewerkstelligt; die axiale Festlegung in 1 nach links ergibt sich durch einen Absatz des Lagerzapfens 7, an dem die Bordscheibe 10 anliegt.
Damit das gesamte Wälzlager 3 im Haltearm 8 geringfügige Ausgleichsbewegungen machen kann, ist der Außenumfang 12 des Außenrings 5 leicht ballig (konvex) ausgeformt. Somit ist eine geringfügige Verkippung des Wälzlagers möglich. Eine Begrenzung der Relativbeweglichkeit des Lageraußenrings 5 zum Haltearm wird durch Klötze 14 begrenzt, die in geeigneter Weise am Haltearm 8 festgelegt sind; vorliegend sind sie festgeschweißt.
Es ist auch möglich, dass die drei Ringe 4, 9, 10 auf einer (nicht dargestellten) Hülse sitzen und diese erst auf dem Lagerzapfen.
Durch die Bordscheiben 9, 10 sind die Wälzkörper 6 relativ zum Innenring 4 axial festgelegt.
Die Breite des Außenrings 5 – gemessen in axiale Richtung a – ist indes größer bemessen, so dass auch insofern Ausgleichsbewegungen möglich sind. Insbesondere können so axiale Ausdehnungen der Rolle 2 in einfacher Weise ausgeglichen werden.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: Rolle
3: Wälzlager
4: Innenring
5: Außenring
6: Wälzkörper
7: Lagerzapfen
8: Halteelement (Haltearm)
9: Bordscheibe
10: Bordscheibe
11: schweißbarer Ring
12: Außenumfang des Außenrings
13: Verschweißung
14: Klotz
a: axiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10214828 A1 [0002, 0018, 0027]
DE 10104032 A1 [0002]
DE 69504756 T2 [0002]
EP 0794339 A1 [0002]

Claims

Lageranordnung (1) für eine in einem Metallschmelzbad getaucht laufende Rolle (2), umfassend ein Wälzlager (3) mit einem Innenring (4) und einem Außenring (5), wobei zwischen dem Innenring (4) und dem Außenring (5) Wälzkörper (6) angeordnet sind, wobei der Innenring (4) von einem Lagerzapfen (7) der Rolle (2) aufgenommen ist und wobei der Außenring (5) von einem Halteelement (8), insbesondere von einem Haltearm, gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (4, 5) aus Hartmetall bestehen, wobei mindestens ein Lagerring (4) mit zwei Bordscheiben (9, 10) versehen ist, wobei die Bordscheiben (9, 10) durch Stellite oder Hartmetall-Ringe gebildet werden, wobei die axiale Fixierung der Bordscheiben (9, 10) durch mindestens einen schweißbaren Ring (11) erfolgt, der eine Bordscheibe (9) axial festlegt und der mit dem Lagerzapfen (7) verschweißt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartmetall der Lagerringe (4, 5) ein Verbundwerkstoff aus Wolframkarbidkörnern und metallischem Bindemittel ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits des Innenrings (4) zwei Bordscheiben (9, 10) angeordnet sind und der Außenring (5) frei von Bordscheiben ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Außenrings (5) in axiale Richtung (a) größer ist als die Breite der Bordscheiben (9, 10) samt Innenring (4), wobei die Breite des Außenrings (5) vorzugsweise um mindestens 20 % größer ist als die Breite der Bordscheiben (9, 10) samt Innenring (4).
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (3) als Zylinderrollenlager ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderrollenlager vollrollig ausgebildet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (6) aus keramischem Material bestehen.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang (12) des Außenrings (5) eine konvexe Ausformung aufweist, mit der dieser in dem Halteelement (8) angeordnet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordscheiben (9, 10) samt Innenring (4) auf dem Lagerzapfen (7) sitzen und einerseits durch einen Absatz des Lagerzapfens (7) und andererseits durch den schweißbaren Ring (11) axial unverschieblich festgelegt sind.
Lageranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die axial unverschiebliche Festlegung durch Stoffschluss hergestellt ist, insbesondere durch Verschweißung (13).