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Die Erfindung betrifft ein Einbaustück zum drehbaren Lagern einer Walze, insbesondere einer Stützwalze in einem Walzgerüst.
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Derartige Einbaustücke sind im Stand der Technik, z. B. aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 016 714 A1 grundsätzlich bekannt. Das dortige Einbaustück, auch Lagergehäuse genannt, weist einen zylinderförmigen Aufnahmeraum auf zur Aufnahme und drehbaren Lagerung eines Walzenzapfens einer zu lagernden Walze. Zwischen dem Einbaustück und dem Walzenzapfen ist ein ringförmiger Schmierspalt für Kühl- und/oder Schmiermittel ausgebildet. Das Einbaustück weist einen Zulaufkanal für das Kühl- und/oder Schmiermittel in den Aufnahmeraum auf. Weiterhin weist das Einbaustück eine Ableiteinrichtung zum Ableiten des Kühl- und/oder Schmiermittels aus dem Aufnahmeraum sowie einen der Ableiteinrichtung zugeordneten Ablaufkanal auf zum Aufnehmen und Abführen des von der Ableiteinrichtung abgeleiteten Kühl- und/oder Schmiermittels.
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Die Ableiteinrichtungen in dem bekannten Einbaustück sind zwar an der Ballenseite des Einbaustücks, aber außerhalb des Schmierspaltes angeordnet. Die Ableiteinrichtungen in dem bekannten Einbaustück sind außerdem bewusst so ausgelegt, dass sie die Oberfläche des Walzenzapfens nicht berühren; vielmehr verbleibt ein geplanter Spalt bzw. Abstand zwischen den Ableiteinrichtungen und der Zapfenoberfläche, um eine gewisse Menge an Kühl- und/oder Schmiermittel an den Ableiteinrichtungen vorbei passieren zu lassen.
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Ein Teil des über den Zulaufkanal zugeführten Kühl- und/oder Schmiermittel verbleibt bei bekannten Einbaustücken typischerweise für einige Umdrehungen im Ölfilm des Lagers, d. h. in dem zwischen Einbaustück und Walzenzapfen ausgebildeten Schmierspalt, um dort Wärme aufzunehmen und anschließend abzuführen. Das an der warmen Oberfläche des Walzenzapfens bzw. der Walzenzapfenbuchse anhaftende Kühl- und/oder Schmiermittel isoliert allerdings den Walzenzapfen bzw. die Zapfenbuchse und hindert damit einen optimalen Wärmeabtransport. Dies gilt insbesondere auch für das in der
DE 10 2006 016 714 A1 offenbarte Einbaustück.
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Dieser Nachteil eines unzureichenden Wärmeabtransportes wirkt sich insbesondere in den hinteren, schnell laufenden Gerüsten einer Fertigwalzstraße aus, denn diese Gerüste neigen aufgrund der hohen Drehzahlen ihrer Walzen zu einer hohen Temperaturentwicklung. Wird die Temperatur in einem Lager zu hoch, sinkt die Viskosität des Kühl- und/oder Schmiermittels übermäßig ab und die Lagerflächen berühren sich. Die Folge ist ein Lagerschaden. Um einen solchen Lagerschaden zu vermeiden, werden deshalb bei traditionellen Einbaustücken klare zulässige Betriebsgrenzen, insbesondere Höchstdrehzahlen vorgegeben. Diese Betriebsgrenzen bzw. Drehzahlgrenzen sind für manche Anwendungen jedoch zu gering.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Einbaustück zum Lagern einer Walze in einem Walzgerüst dahingehend weiterzubilden, dass die zulässigen Betriebsgrenzen, beispielsweise die zulässigen Höchstdrehzahlen, weiter erhöht werden können.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass das der Zulaufkanal für das Kühl- und/oder Schmiermittel in einem Umfangswinkelbereich α von +90° < α < +270° angeordnet ist, bezogen auf eine radiale Halbebene durch das Einbaustück, in welcher eine äußere Kraft als Reaktio der Walzkraft während des Walzbetriebs auf die Walze wirkt; und dass die Ableiteinrichtung, ausgehend von der Halbebene, in Drehrichtung der Walze gesehen, vor dem Zulaufkanal und in einem Umfangswinkelbereich β von 0° < β < 270° in dem Schmierspalt angeordnet ist.
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Die Halbebene im Sinne der Erfindung erstreckt sich als halbe Schnittebene ausgehend von der Mitten-Längsachse des beispielsweise zylinderförmigen Aufnahmeraums des Einbaustücks radial in Richtung der Walzkraft im Lastfall. Die Halbebene erstreckt sich nicht in radialer Richtung entgegen der Richtung der Walzkraft. Es wird die vereinfachte Annahme getroffen, dass die Längsachse des Aufnahmeraumes und die Längsachse der Walze, wo im Lastfall die Walzkraft angreift, zusammenfallen. Dass heißt, es wird hilfsweise unterstellt, dass die Walzkraft – entgegen der Realität – an der Längsachse des Aufnahmeraumes angreift. Der im Lastfall tatsächlich vorhandene radiale Versatz zwischen der Längsachse der Walze als Angriffslinie der Walzkraft und der Längsachse des Aufnahmeraumes wird dabei als vernachlässigbar klein angesehen und deshalb ignoriert.
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Der Begriff Schmierspalt bezeichnet den Bereich des lasttragenden Kühl- bzw. Schmiermittelfilms in dem Aufnahmeraum.
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Gekühlt werden das Einbaustück und der Walzenzapfen durch das in den Aufnahmeraum zugeführte frische Kühl- und/oder Schmiermittel. Nach seiner Zuführung durch den Zulaufkanal wird das Kühl- und/oder Schmiermittel durch die Pumpwirkung im Inneren des Aufnahmeraumes in den ringförmigen Schmierspalt eingesaugt und dem Ablaufkanal zugeführt. Das frische Kühl- und/oder Schmiermittel ist auch Wärmeträger, der die Wärmeenergie aus dem Lager transportiert, es also kühlt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Einbaustück ist der Zulaufkanal für das Kühl- und/oder Schmiermittel in einem Umfangswinkelbereich α von +90° < α < +270° bezogen auf die radiale Halbebene durch das Einbaustück angeordnet. D. h., der Zulaufkanal ist in dem Einbaustück in einem Bereich positioniert, wo die Spalthöhe des Schmierspaltes im Lastfalle in Drehrichtung der Walze zunehmend größer wird und das Lager somit frisches Kühl- und/oder Schmiermittel einsaugt. Durch die erfindungsgemäße Positionierung der Ableiteinrichtung in Drehrichtung der Walze gesehen vor dem Zulaufkanal, wird vorteilhafterweise erreicht, dass altes bzw. aufgewärmtes Kühl- und/oder Schmiermittel, nachdem es lediglich knapp 1 Umdrehung der Walze mitgemacht hat, bereits wieder durch den Ablaufkanal abtransportiert wird. Dies hat den Vorteil, dass sofort wieder frisches kühles Kühl- und/oder Schmiermittel durch den Zulaufkanal in den Schmierspalt und an den Walzenzapfen gelangt und dort Wärme aufnehmen kann. Es entsteht vorteilhafterweise ein deutlich verbesserter Kühleffekt im Vergleich zum Stand der Technik, wo das Kühl- bzw. Schmiermittel mehrfach umläuft, bevor es abgeführt wird. Aufgrund der verbesserten Wärmeabfuhr können insbesondere auch die zulässigen Betriebsgrenzen, beispielsweise die zulässigen Höchstdrehzahlen für die Walze in dem Einbaustück, deutlich angehoben werden.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Ableiteinrichtung als Abstreifeinrichtung ausgebildet zum Abschaben des Kühl- und/oder Schmiermittels von der Oberfläche des Walzenzapfens. Zwischen der Abstreifeinrichtung und der Oberfläche des Walzenzapfens ist dann kein Spalt bzw. Abstand vorgesehen; vielmehr steht die Abstreifeinrichtung in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Walzenzapfens, um das an der Oberfläche des Walzenzapfens bzw. der Zapfenbuchse anhaftende Kühl- bzw. Schmiermittel dort abzuschaben. Das zugeführte frische Kühl- und/oder Schmiermittel kann deshalb vorteilhafterweise in unmittelbaren Kontakt mit der Oberfläche des Walzenzapfens bzw. der Zapfenbuches treten und dort in sehr effektiver Weise die Wärme aufnehmen. Durch die Ausbildung der Ableiteinrichtung als Abstreifeinrichtung wird die Kühlwirkung nochmals weiter deutlich verbessert, wodurch auch die zulässigen Betriebsgrenzen nochmals weiter angehoben werden.
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Vorteilhafterweise ist der Abstreifeinrichtung eine Andrückeinrichtung zugeordnet, um die Abstreifeinrichtung mit einer vorgegebenen Andrückkraft an die Oberfläche des Walzenzapfens anzudrücken. Auf diese Weise wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass die Abstreifeinrichtung dichtend an der Oberfläche des Walzenzapfens anliegt und dass tatsächlich auch das an der Oberfläche der Zapfenbuchse anhaftende Kühl- und/oder Schmiermittel mit Hilfe der Abstreifeinrichtung dort abgeschabt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Abstreifeinrichtung in dem Einbaustück in dem Schmierspalt parallel zu der Längsachse des Aufnahmeraumes angeordnet. Sie erstreckt sich vorzugsweise über dessen gesamte Länge und weiter vorzugsweise über die gesamte Länge der in dem Aufnahmeraum gelagerten Walze.
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Optional weist das Einbaustück eine Lagerbuchse auf, welche drehfest in dem Einbaustück angeordnet ist. Der Zulaufkanal für das Kühl- und/oder Schmiermittel muss dann die Lagerbuchse durchdringen, um eine Zufuhr des Kühl- und/oder Schmiermittels in den Aufnahmeraum zu ermöglichen. Die Abstreifeinrichtung ist dann auf der Innenseite der Lagerbuchse angeordnet, um in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Walzenzapfens treten zu können.
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Der spitze Winkel γ zwischen der Position der Abstreifeinrichtung und des Zulaufkanals am Umfang des Einbaustücks ist im Sinne der vorliegenden Erfindung möglichst klein, vorzugsweise < 45°.
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Das erfindungsgemäße Einbaustück eignet sich besonders gut zur Lagerung von Stützwalzen in Walzgerüsten zum Walzen von metallischem Walzgut, weil in diesen Fällen die auftretenden (Walz-) Kräfte besonders groß sind. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Einbaustücks, die auch bei vorhandenen Einbaustücken nachgerüstet werden kann, wird das Einbaustück vorteilhafterweise für höhere Walzkräfte, insbesondere bei höheren Drehzahlen ausgelegt. Die Erfindung ist aber nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt; grundsätzlich können in dem erfindungsgemäßen Einbaustück auch Zwischen- oder Arbeitswalzen gelagert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Einbaustücks sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der Beschreibung sind fünf Figuren beigefügt, wobei
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1 und 2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Einbaustück für eine obere Walze, insbesondere Stützwalze in einem Walzgerüst für entgegen gesetzte Drehrichtungen;
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3 und 4 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Einbaustück für eine untere Walze, insbesondere Stützwalze in einem Walzgerüst für entgegen gesetzte Drehrichtungen; und
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5 einen Längsschnitt durch ein Einbaustück
zeigen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Form von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die genannten Figuren detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 und 2 zeigen Querschnitte durch die Einbaustücke 100 und Walzenzapfen 210 auf der Seite des Walzenballens und auf der ballenfernen Seite für obere Walzen in einem Walzgerüst, das heißt für Walzen oberhalb der Walzgutlinie.
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Einbaustück 100 mit einem Aufnahmeraum 110 zur Aufnahme und Drehlagerung eines Walzenzapfens 210 einer oberen Walze, insbesondere einer oberen Stützwalze in einem Walzgerüst. Der Aufnahmeraum 110 wird typischerweise von einer Lagerbuchse 150 aufgespannt bzw. begrenzt, welche als Verschleißteile in dem Einbaustück 100 drehfest angeordnet ist. In eingebautem Zustand ist zwischen dem Walzenzapfen 210 und der Lagerbuchse 150 ein ringförmiger Schmierspalt 220 ausgebildet. Dieser Schmierspalt 220 wird über einen Zulaufkanal 120 mit Kühl- und/oder Schmiermittel, z. B. Öl, gespeist. Bezogen auf die Halbebene Y befindet sich der Zulaufkanal 120 bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer 90°-Position in Drehrichtung der Walze gesehen. Die Lage der Halbebene Y ist weiter oben im allgemeinen Teil der Beschreibung definiert.
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Im allgemeinen Fall kann der Zulaufkanal für das Kühl- und/oder Schmiermittel in einem Winkelbereich von 90° < α < 270° in Bezug auf die Halbebene Y positioniert sein. Zu dem Aufnahmeraum 110 hin kann die Öffnung des Zulaufkanals durch eine Aussparung 122, auch Öltasche genannt, in der Wandung des Einbaustücks oder der Lagerbuchse erweitert sein. Neben dem Zulaufkanal 120 befindet sich an der inneren Wand des Aufnahmeraumes 110 bzw. gegebenenfalls an der Innenseite der Lagerbuchse 150 in dem Schmierspalt 228 eine Ableiteinrichtung 130. Die Ableiteinrichtung 130 erstreckt sich parallel zu der Längsachse L des Aufnahmeraumes 110 und vorzugsweise über die gesamte Länge des Schmierspaltes 220.
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Die Ableiteinrichtung 130 ragt radial in den Schmierspalt 220 hinein. In einer ersten Ausführungsform ist ihre radiale Länge so kurz, dass ein Spalt zwischen ihr und der Oberfläche des Walzenzapfens verbleibt. Dann bleibt Kühl- und/oder Schmiermittel an der Oberfläche des Walzenzapfens haften und die Kühlwirkung ist suboptimal. In einer alternativen zweiten Ausführungsform reicht ihre radiale Länge an die Oberfläche des Walzenzapfens, um von dort das Kühl- und/oder Schmiermittel abzuschaben. Dann gelangt das neue/frische Kühl- bzw. Schmiermittel in unmittelbaren Kontakt mit der Oberfläche des Walzenzapfens bzw. der Zapfenbuchse, wodurch die Kühlwirkung verbessert wird. In der zweiten Ausführungsform wird die Ableiteinrichtung auch als Abstreifeinrichtung bezeichnet.
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Optional kann die Abstreifeinrichtung 130 mit Hilfe einer Andrückeinrichtung 160 in radialer Richtung dichtend gegen die Oberfläche des in dem Aufnahmeraum 110 rotierenden Walzenzapfens 210 angedrückt werden. Wichtig ist, dass die Abstreifeinrichtung 130 – in Drehrichtung der Walze gesehen – immer vor dem Zulaufkanal 120 in dem Einbaustück oder in der Lagerbuchse angeordnet ist und zwar möglichst nahe, d. h. mit einem möglichst kleinen spitzen Winkel γ mit 0 < γ < 50°, vorzugsweise 10° < γ ≤ 45. Der Winkel γ bestimmt sich ausgehend von der Mitte bzw. der Mittellinie des Zulaufkanals bzw. der Kühl- bzw. Schmiermitteltasche bis zu der Mitte der Ableiteinrichtung, in Umfangsrichtung gesehen.
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In Drehrichtung der Walze 200 gesehen ist vorzugsweise unmittelbar vor der Abstreifeinrichtung 130 ein Ablaufkanal 140 angeordnet zum Abführen von Kühl- und/oder Schmiermittel, welches sich in Drehrichtung R der Walze vor der Abstreifeinrichtung 140 ansammelt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Ableiteinrichtung 130, ausgehend von der Halbebene Y, in einem Winkelbereich von 0° < β < 270° in Drehrichtung der Walze angeordnet sind.
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2 zeigt einen Querschnitt durch den gegenüberliegenden Zapfen der Walze und das zugehörige Einbaustück nach 1; anders ausgedrückt: 2 zeigt einen Blick auf die entgegengesetzte Stirnseite der Einbaustück-Walzen-Anordnung im Unterscheid zu 1.
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Das Lager gemäß den 1 und 2 funktioniert im Walzbetrieb wie folgt:
Über den Zulaufkanal 120 wird Kühlmittel und/oder Schmiermittel in den Aufnahmeraum 110 eingespeist; das Kühl- und/oder Schmiermittel verteilt sich dann im gesamten Schmierspalt 220 zwischen der Wandung der Lagerbuchse 150 und dem Walzenzapfen 210.
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Im Lastfall wirkt eine äußere Kraft F und als Reaktio eine Walzkraft W auf den Walzenzapfen bzw. das Walzgerüst. Aufgrund der Krafteinwirkung kommt es zu einer radialen Verschiebung des Walzenzapfens in dem Aufnahmeraum 110, wodurch sich der Schmierspalt 220 bzw. der darin befindliche Film aus Kühl- und/oder Schmiermittel asymmetrisch ausbildet, wie in 1 gezeigt. Der Einfachheit halber wird jedoch angenommen, dass sowohl die äußere Kraft F wie auch die Walzkraft W nur in der Halbebene Y wirken und sich betraglich kompensieren.
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Das Öl in dem ringförmigen Schmierspalt wird dann mit Hilfe der Ableiteinrichtung 130, nachdem es weniger als eine Umdrehung der Walze mitgemacht hat, von der Oberfläche des Walzenzapfens abgeschabt und aus dem Aufnahmeraum 110 in einen Ablaufkanal 140 abgeleitet. Über den Zulaufkanal 120 gelangt dann immer wieder frisches/neues Kühl- und/oder Schmiermittel an die zuvor abgeschabte Oberfläche des Walzenzapfens, wodurch eine sehr gute Kühlung des Walzenzapfens erreicht wird.
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3 und 4 zeigen Querschnitte durch die Einbaustücke 100 und Walzenzapfen 210 auf der Seite des Walzenballens und auf der ballenfernen Seite für untere Walzen in einem Walzgerüst, d. h. für Walzen unterhalb der Walzgutlinie.
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Für die 3 und 4 gilt eine analoge Beschreibung wie für die 1 und 2; dies gilt insbesondere auch für die Definition der Winkelbereiche: Winkel α für den Winkelbereich des Zulaufkanals und Winkel β für den Bereich der Positionierung der Abstreifeinrichtung 130.
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5 zeigt einen Längsschnitt durch ein Einbaustück 100 mit einer Lagerbuchse 150 und einem in der Lagerbuchse drehbar gelagerten Walzenzapfen 210 einer Walze 200. Zwischen der Lagerbuchse 150 und dem Walzenzapfen 210 ist der ringförmige Schmierspalt 220 für das Kühl- und Schmiermittel ausgebildet. In dem Schmierspalt ist der Kühl- bzw. Schmiermittelfilm lasttragend. Die erfindungsgemäße Ableiteinrichtung 130 bzw. Abstreifeinrichtung, in 5 nicht gezeigt, ist in dem Schmierspalt angeordnet und ragt radial in diesen hinein. Die Breite B des Schmierspaltes bestimmt sich durch die kürzeste Breite von eng beabstandeten radial gegenüberliegenden Bereichen des Einbaustücks bzw. der Lagerbuchse und des Walzenzapfens bzw. der Zapfenbuchse, sofern vorhanden. Im Unterschied dazu ist die Ableiteinrichtung in dem einleitend genannten Stand der Technik außerhalb der Breite B des Schmierspaltes 220 auf Höhe der Position X zwischen Ballen der Walze 200 und dem Einbaustück 100 angeordnet. Dieser Bereich wird auch als Kühl- und/oder Schmiermittelsammelraum bezeichnet; weil sich dort das seitlich aus dem Schmierspalt austretende Kühl- und/oder Schmiermittel sammelt. Das Kühl- und/oder Schmiermittel ist dort nicht mehr lasttragend.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Einbaustück
- 110
- Aufnahmeraum
- 120
- Zulaufkanal
- 122
- Aussparung
- 130
- Ableiteinrichtung
- 140
- Ablaufkanal
- 150
- Lagerbuchse
- 160
- Andrückeinrichtung
- 200
- Walze
- 210
- Walzenzapfen
- 220
- ringförmiger Schmierspalt
- R
- Drehrichtung
- L
- Längsachse
- Y
- Halbebene
- α
- Winkelbereich für Zulaufkanal
- β
- Winkelbereich für Abstreifeinrichtung
- γ
- spitzer Winkel zwischen Abstreifeinrichtung und Zulaufkanal
- F
- äußere Kraft
- W
- Walzkraft
- B
- Breite des Schmierspaltes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006016714 A1 [0002, 0004]
