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Die vorliegende Erfindung betrifft Lager- und Zapfenbuchsen für hydrodynamische Gleitlager, insbesondere für lasttragende Ölfilmlager von Stützwalzen in Walzwerken mit einer als Ringsegment ausgebildeten Lagerabdichtung, die in radialer Richtung formschlüssig und dichtend an der Zapfenbuchse anliegend angeordnet ist.
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Alle Ölfilmlager bauen auf dem gleichen Prinzip auf. Ein Ölfilm verhindert den metallischen Kontakt von Walzenzapfen und Lager. Dabei wird ein Ölfilm zwischen der Zapfenbuchse oder dem Walzenzapfen und der die Zapfenbuchse aufnehmenden Lagerbuchse ausgebildet. Das Öl wird dem Lagerspalt über hydrodynamische Taschen zugeführt und kontinuierlich aus den beiden Lagerseiten des Lagerspalts wieder herausgedrückt. Dieser so genannte Seitenfluss kann, je nach Höhe der Walzkraft, Drehzahl und anderen Faktoren einen erhebliche Versorgungsaufwand mit entsprechenden Schmiermittel bedeuten.
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Um beispielsweise den Seitenfluss zu reduzieren, werden in der
EP 1 031 389 B1 , Dichtungsvorrichtungen vorgeschlagen, die den Lagerspalt zwischen Walzenzapfen/Wellenzapfenbuchse und Lagerbuchse abdichten.
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Aus der
DE 10 2013 224 117 A1 ist eine Walzenanordnung bekannt, bei der zwei Drosselelemente als Ringsegemente ausgebildet und in radialer Richtung formschlüssig und dichtend an dem Walzenzapfen anliegend angeordnet sind. Hierdurch wird der Seitenfluss des Schmierfilms zwischen dem Walzenzapfen und der Lagerfläche der Walzenzapfenlagerung in einem Teilbereich abgesperrt und damit eine Druckerhöhung in dem Schmierfilm bewirkt.
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Die Druckschrift
DE 196 28 731 A1 beschreibt ein abgedichtetes Lager einer Walze, auf deren zylindrischen Walzenzapfen Zapfenbuchsen hoher Festigkeit vorzugsweise aufgeschrumpft sind und bei der Schenkel eines profilierten Dichtringes, die den Walzenballen-Stirnflächen zugewandten Endabschnitte der Zapfenbuchsen sowie Bereiche der Walzenballen-Stirnflächen dichtend übergreifend ausgebildet sind.
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Derartige Konstruktionen haben sich zwar bewährt, sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass wenn eine Berührungsdichtung zur Abdichtung des Spaltes eingesetzt wird, je nach Dichtungswerkstoff, Verschleiß auf der Lager- oder Zapfenbuchse zu erwarten ist. Dies führt in der Folge zu Undichtigkeiten und damit zum Versagen der durch die Dichtungen zu Grunde liegenden Aufgaben, wie beispielsweise der Erhöhung der Tragkraft durch eine gezielte Führung des den Schmierfilm ausbildenden Alls. Wenn der Verschleiß folglich so groß ist, dass die Dichtwirkung nachlässt, muss die komplette Lager- und/oder Zapfenbuchse ausgetauscht werden. Das ist mit einem erheblichen Zeit-, Material- und damit Kostenaufwand verbunden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Lager- und Zapfenbuchsen für hydrodynamisches Gleitlager, insbesondere für lasttragende Ölfilmlager von Stützwalzen in Walzwerken mit als Ringsegment ausgebildeten Gegenlauffläche zur Verfügung zu stellen, mit denen die oben genannten Nachteile überwunden werden können und insbesondere die Stillstandszeiten bei der Herstellung gesenkt, die Herstellungkosten reduziert und die Fertigungskapazitäten erhöht werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, insbesondere dadurch, dass der Zapfen- oder der Lagerbuchse im Bereich der formschlüssig und dichtend anliegenden Lagerabdichtung eine, in radialer Richtung umlaufende, verschleißfeste Kontaktlauffläche zugeordnet ist, die aus einem höher legierten und abriebfesteren Material ausgebildet ist, als das Grundmaterial der Zapfen- oder der Lagerbuchse. Hierdurch wird eine Oberfläche geschaffen, die gegen Abrassion widerstandsfähiger ist, so dass die Standzeiten der Zapfen- oder Lagerbuchse erheblich verlängert werden können.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die radial umlaufende, verschleißfeste Kontaktlauffläche entweder der Zapfenbuchse oder der Lagerbuchse zugeordnet sein kann, sodass entsprechende Ausführungsformen für beide Varianten gelten sollen und die geeignet sind, dass der Erfindung zugrundeliegende Problem zu lösen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die verschleißfeste Kontaktlauffläche als mindestens eine austauschbare Kontaktlauffläche ausgebildet sein. Es ist nicht mehr zwingend notwendig, die gesamte Zapfen- oder Lagerbuchse durch eine neue zu ersetzen. Vielmehr ist es möglich, lediglich die Kontaktlauffläche auszutauschen. Das spart erhebliche Kosten und die Aufarbeitung der lediglich im Kontaktbereich verschlissen Zapfen- oder Lagerbuchse kann in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden.
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In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die verschleißfeste Kontaktlauffläche in einen, in der Zapfen- oder Lagerbuchse eingelassenen, in radialer Richtung umlaufenden Ringkanal, kraft und formschlüssig mit der Zapfen- oder Lagerbuchse verbunden angeordnet sein. Ein Austausch der Kontaktfläche mit standardisierten Werkzeugen ist somit möglich. Bei entsprechend ausgebildeter Kontaktlauffläche, kann diese in einem Stück aus dem Ringkanal entnommen werden und durch einen neuen ersetzt werden. Als Kontaktfläche ist somit in diesem Zusammenhang ein dreidimensionaler Körper zu verstehen, der passgenau in den in der Zapfen- oder Lagerbuchse vorgesehenen Ringkanal einpassbar ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, die verschleißfeste Kontaktlauffläche als eine in den Ringkanal aufgebrachte ein- oder mehrlagige Auftragsschweißung auszubilden. Bei Verschleiß könnte die Kontaktlauffläche mittels geeigneter zerspanender Bearbeitungmethoden von dem Ringkanal gelöst werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, die verschleißfeste Kontaktlauffläche als ein in den Ringkanal kraft- und formschlüssig einsetzbares Ringsegment auszubilden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll das Ringsegment derart ausgebildet sein, dass es in den Ringkanal der Zapfenbuchse form- und drehfest aufgeschrumpft werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ist es ferner vorgesehen, den Ringkanal in Querrichtung zur Einbaulage der Zapfen- oder Lagerbuchse einen im wesentlichen konkaven Querschnitt zu geben. Diese Ausgestaltung erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Kontakflauffläche durch Flammspritzen oder Auftragsschweißen, beispielsweise mittels WIG-Schweiß- oder MIG-Schweiß-Verfahren, erfolgen soll. Die Schweißraupe kann in den konkav ausgebildeten Ringkanal gelegt werden. Da sich die Schweißraupe zu den Rändern hin verjüngt, ist ein weicher Übergang zum Grundmaterial der Zapfenbuchse möglich.
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Des Weiteren ist es vorgesehen, den Ringkanal in einer anderen Ausführungsform in Querrichtung zur Einbaulage der Zapfen- oder Lagerbuchse im wesentlichen als ein gleichschenkliges Trapez auszubilden. Dabei kann der Ringkanal als Negativform zur dazu passend ausgebildeten Kontaktlauffläche (als Positivform) ausgebildet sein. Hierzu kann es vorgesehen sein, den Ringkanal in der Zapfen- oder Lagerbuchse derart auszubilden, dass die lange Grundseite des Trapezes mit der Oberfläche der Zapfen- oder Lagerbuchse abschließt.
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Auch sind andere Querschnitte denkbar, wie beispielsweise rechteckige Querschnitte. Es soll hierdurch möglich sein, entsprechend vorkonfektionierte Kontaktlaufflächen vorzuhalten, um diese im Bedarfsfall schnell in entsprechend ausgebildete Ringkanäle einpassen zu können. Die Kontaktlaufflächen können dabei kerbfrei mit der Oberfläche der Zapfen- oder Lagerbuchse abschließen.
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In einer anderen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Kontaktfläche erhaben gegenüber der Oberfläche der Zapfen- oder Lagerbuchse ausgebildet ist. Dadurch könnte noch zusätzlich die Standzeit der Zapfen- oder Lagerbuchse erhöht werden. Bei einer derartigen Ausführungsform könnte es dann nicht mehr notwendigerweise vorgesehen sein, die Kontaktlauffläche aus einem härteren und/oder abriebbeständigeren Material auszubilden als das Material, aus dem die Zapfen- oder Lagerbuchse gefertigt worden ist.
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Die Breite der Kontaktlaufläche kann, in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, im wesentlichen der Baubreite der als Ringsegment ausgebildeten Lagerabdichtung entsprechen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine vereinfachte, schematische Darstellung im Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zapfen/Lagerbuchse mit einer als Kontaktlauffläche ausgebildeten verschleißfesten Schicht;
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2 die vereinfachte, schematische Darstellung der Zapfenbuchse nach 1, in einer vergrößerten Darstellung, mit einer konkav ausgebildeten Kontaktlauffläche;
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3 die vereinfachte, schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Kontaktlauffläche der Zapfenbuchse, wobei die Kontaktlauffläche als ein Ringsegment ausgebildet und in einer als Ringkanal ausgebildeten Nut eingelassen ist;
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4 die schematische Darstellung eines auf die Zapfen- oder Lagerbuchse im Bereich des freien Endes aufgeschrumpften Ringsegments, wobei der Ringkanal zum freien Ende hin offen ausgebildet ist;
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5 die schematische Darstellung im Querschnitt einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zapfen/Lagerbuchse mit einer als Kontaktlauffläche ausgebildeten verschleißfesten Schicht, die der Lagerbuchse zugeordnet ist.
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Wie in 1 dargestellt, ist in einem hydrodynamischen Gleitlager 10 eine Lagerbuchse 11 in einer Zapfenbuchse 12 axial zentriert angeordnet. Der Einfachheit halber sind das eigentliche Lager, in der die Lagerbuchse 11 eingelassen ist und der Zapfen, mit dem die Zapfenbuchse 12 wirkverbunden ist, nicht dargestellt.
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Im Bereich des freien Endes 13 der Lagerbuchse 11 ist ein Ringsegment 14 vorgesehen. Das Ringsegment 14 ist als eine, in radialer Richtung formschlüssig und dichtend an der Zapfenbuchse 12, an einer Kontaktfläche 15 anliegend angeordnete, Lagerabdichtung ausgebildet.
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Wie in 2 gezeigt, ist in einer ersten Ausführungsform die Kontaktfläche 15 in einem konkav ausgebildeten Ringkanal 16 (überhöht dargestellt) angeordnet. Die Kontaktfläche 15 ist ein durch Auftragsschweißen in den Ringkanal 16 eingebrachter Auftrag, der aus einem höher legierten und/oder härteren Material ausgebildet ist als das Material, aus dem die Lagerbuchse 11 und die Zapfenbuchsen 12 ausgebildet sind.
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Für das Auftragsschweißen, das sogenannten Cladding, kommen hauptsächlich drei Schweißverfahren zur Anwendung. Neben dem hocheffizienten ESW-Verfahren (Electroslag Welding, sprich Elektro-Schlacke-Schweißen) werden das WIG-Verfahren (Wolfram-Inertgas-Schweißen) und das MAG-Schweißen (Metall-Aktivgas-Schweißen) eingesetzt. Als weiteres Auftragsverfahren kommt auch das Flammspritzen in Frage, bei dem pulver-, draht-, schnur- und stabförmige Zusatzwerkstoffe verarbeitet und auf die Bauteiloberflächen aufgespritzt werden können. Dabei kennen sowohl keramische Werkstoffe als auch Kunststoffe und/oder metallische Werkstoffe aufgebracht werden. Der Ringkanal 16 wird durch das eingebrachte bzw. aufgetragene Material vollständig ausgefüllt.
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Nach dem Cladding bzw. dem Flammspritzen muss die in den Ringkanal 16 ein- bzw. aufgetragene Kontaktlauffläche 15 der Zapfenbuchse 12 nachbearbeitet werden, um eine gleichmäßig glatte Oberfläche gewährleisten zu können. Durch die Nachbearbeitung, beispielsweise durch Abschleifen und andere abrasive Bearbeitungsprozesse wie Abdrehen oder Fräsen, werden die durch das Cladding aufgetragenen Schichten meist auf eine Stärke von 1,5 bis 3,0 mm aber auch auf eine Stärke von bis zu 5,0 mm eingestellt.
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Wie die 2 weiter zeigt, schließt in dieser Ausführungsform die Kontaktflauffläche 15 bündig mit der Oberfläche 17 der Zapfenbuchse 12 ab. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist es hingegen denkbar, die Kontaktlauffläche 15 gegenüber der Oberfläche 17 der Zapfenbuchse 12 erhaben auszubilden, was im übrigen auch für die Ausführungsform gemäß 3 gelten soll.
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3 zeigt die Lagerbuchse 12, in der ein als Rechteck ausgeführter Ringkanal 18 eingelassen ist. Der Ringkanal 18 kann alternativ auch als Trapez ausgebildet sein oder einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, ähnlich wie dies in 2 dargestellt worden ist. Es ist hierbei vorgesehen, in den Ringkanal 18 die verschleißfeste Kontaktlauffläche 15 als ein kraft- und formschlüssig einsetzbares, Ringsegment 19 auszubilden. Das Ringsegment 19 kann in den Ringkanal 18 der Zapfenbuchse 12, form- und drehfest aufgeschrumpft werden.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anordnung des Ringkanals 18 in der Lagerbuchse 12. Der Ringkanal 18 ist zum freien Ende 13 hin offen ausgebildet. Das Ringsegment 19 liegt in dem zum freien Eide 13 hin offenes Ringkanal 18 und kann mit diesem bündig abschließen. Das Ringsegment 19 ist dabei kraft- und fromschlüssig auf die Zapfenbuchse 12 aufgeschrumpft. Die Kontaktlauffläche 15 des radial umlaufenden Ringsegments 19 schließt in dieser Ausführungsform bündig mit der Oberfläche 17 der Zapfenbuchse 12 ab.
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Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zapfen- oder Lagerbuchse mit einer als Kontaktlauffläche ausgebildeten verschleißfesten Schicht, die der Lagerbuchse zugeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist der Ringkanal 18a radial umlaufend in der Lagerbuchse 11 angeordnet. In dem Ringkanal 18a ist das Ringsegment 19a kraft- und formschlüssig eingepasst. Die Kontaktfläche 15a schließt dabei formschlüssig mit der Oberfläche 20 der Lagerbuchse 11 ab.
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Im Bereich des freien Endes 13a der Zapfenbuchse 12 ist das Ringsegment 14a vorgesehen.
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Das Ringsegment 14a ist als eine in radialer Richtung formschlüssig und dichtend an der Lagerbuchse 11 und an der Kontaktfläche 15a anliegend angeordnete Lagerabdichtung ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- hydrostatisches Gleitlager
- 11
- Lagerbusche
- 12
- Zapfenbuchse
- 13, 13a
- freies Ende
- 14, 14a
- Ringsegment der Lagerabdichtung
- 15, 15a
- Kontaktlauffläche
- 16
- Ringkanal
- 17
- Oberfläche der Zapfenbuchse
- 18, 18a
- Ringkanal
- 19, 19a
- Ringsegment
- 20
- Oberfläche der Lagerbuchse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1031389 B1 [0003]
- DE 102013224117 A1 [0004]
- DE 19628731 A1 [0005]
