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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 mit einem Wälzlager, welches einen Innenring und einen Außenring aufweist, zwischen denen Wälzkörper rotierbar angeordnet sind.
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Bei Wälzlagern werden häufig die Oberflächen der Ringe (bzw. der Laufflächen) sowie der Wälzkörper beschichtet, um einen Schutz der Oberflächen oder eine verbesserte Funktion des Wälzlagers zu erreichen.
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Beispielsweise können die Oberflächen, insbesondere der Wälzkörper, brüniert werden, um eine multifunktionale Schicht zu erzeugen, die die Wälzkörper schützt. Dies erfolgt häufig in Zusammenhang mit vollbrünierten Lagern. Eine Brünierung bietet eine Reduzierung von Schadensmechanismen, zum Beispiel einen Korrosionsschutz der Oberflächen. Darüber hinaus verbessert eine Brünierung die Einlaufeigenschaften der Oberflächen.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Wälzkörper sowie die Lagerringe mit einer Phosphatschicht zu versehen. Durch eine solche Phosphatschicht wird eine Gleit- bzw. Trennschicht zwischen den aneinander reibenden Oberflächen des Wälzlagers, d.h. zwischen den Wälzkörpern und den Laufflächen, erzeugt.
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Sowohl bei einer Brünierung als auch bei einer Phosphatbeschichtung werden jeweils die Laufflächen der Lagerringe und die Gegenlaufflächen der Wälzkörper mit demselben System beschichtet, sofern alle Oberflächen beschichtet sind. Die Brünierung wird dabei alkalisch erzeugt und ist somit sauer auflösbar, wohingegen eine Phosphatierung sauer erzeugt und somit alkalisch auflösbar ist. Ein Lager mit brünierten oder phosphatierten Flächen ist daher entweder nur alkalisch oder nur sauer beständig. Wird das Wälzlager einer entsprechenden sauren oder alkalischen Umgebung ausgesetzt, werden die Beschichtungen der Flächen daher beeinträchtigt, bzw. eliminiert, und die Oberflächen der Lagerringe und der Wälzkörper können daher je nach chemischer Einwirkung nicht mehr voneinander getrennt gehalten werden, d.h. reiben direkt aneinander oder haben metallischen Kontakt. Die Lebensdauer des Lagers bzw. der einzelnen Komponenten kann somit reduziert sein.
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Wälzlager können beispielsweise in Walzstraßen eingesetzt werden, die aus mehreren hintereinander angeordneten Walzgerüsten bestehen. Tritt Wasser in die Walzstraße ein, kann das Wasser das in der Walzstraße enthaltene Öl, welches verwendet wird, um die Wälzkörper zu schmieren, seinen pH-Wert verändern. Daher kann an den Wälzlagern eine saure oder alkalische Umgebung auftreten, die die Beschichtungen der Wälzkörperelemente beeinflussen und somit die Lebensdauer der Wälzlager beeinträchtigen kann.
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Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Wälzlageranordnung mit einem Wälzlager bereitzustellen, bei der unter den verschiedensten Einsatzbedingungen eine Schutzschicht zwischen den sich gegenaneinander bewegenden Flächen des Wälzlagers bleibt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wälzlageranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst, welche ein Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring aufweist, zwischen denen Wälzkörper rotierbar angeordnet sind. Bei dem Wälzlager kann es sich um ein Kegelrollenlager, ein Pendelrollenlager, ein Toroidalrollenlager (CARB), ein Kugellager oder ein Zylinderrollenlager handeln.
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Um unter den verschiedensten Einsatzbedingungen sicherzustellen, dass eine Trennfläche zwischen den Oberflächen der Wälzkörper und den Laufflächen vorhanden ist, ist gemäß dem vorgeschlagenen Wälzlager vorgesehen, dass eine Lauffläche des Innenrings und/oder eine Lauffläche des Außenrings mit einer ersten Beschichtung beschichtet ist und dass die Wälzkörper zumindest teilweise mit einer zweiten Beschichtung beschichtet sind, wobei die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung unterschiedlich zueinander sind.
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Durch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Beschichtungen kann sichergestellt werden, dass unter allen Einsatzbedingungen des Wälzlagers (alkalische oder saure Umgebung) eine der beiden Beschichtungen weniger abgenutzt wird als die andere. Beispielweise kann die erste Beschichtung alkalisch beständig und die zweite Beschichtung sauer beständig ausgebildet sein. Somit bleibt immer eine Schutzschicht zwischen den sich gegeneinander bewegenden Oberflächen der Lagerringe bzw. der Wälzkörper.
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Des Weiteren können Beschichtungen kombiniert werden, die unterschiedliche Vorteile bieten, wodurch Schutzmechanismen von beiden Beschichtungen für das Wälzlager eingesetzt werden können.
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Eine solche Wälzlageranordnung kann beispielsweise in einem Walzgerüst mit zumindest einer Arbeitswalze verwendet werden. Die Arbeitswalze wird dabei durch eine solche Wälzlageranordnung gelagert.
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In Walzwerken bzw. Walzgerüsten werden üblicherweise drei verschiedene Schmiersysteme eingesetzt, ein Ölumlauf, ein Ölluftgemisch oder ein Ölnebel. Wird das Schmiermedium, das heißt das Öl, unsachgemäß aufbereitet, kann es zu einem erheblichen Wasseranteil im Schmieröl kommen. Zusätzlich wird häufig für ein besseres Walzergebnis zwischen Walzgut und Arbeitswalze eine auf Wasser basierende Walzemulsion gespritzt. Ist die Dichtung der Wälzlager unzureichend, tritt auch diese Walzemulsion in das Wälzlager ein.
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Durch Wasser im Schmieröl und damit in den Wälzlagern kann es zu einer Oberflächenermüdung, einem Rolle-Bord-Fressen und Anschmierungen kommen. Dies resultiert aus der Tatsache, dass Wasser keinen trennenden Schmierfilm bildet und der fehlende Schmierfilm bzw. die reduzierte Schmierfilmdicke solche Abnutzungserscheinungen fördert. Durch die Kombination aus Laufflächen mit einer ersten Beschichtung und Wälzkörpern mit einer zweiten Beschichtung, kann der negative Effekt des Wassers im Schmieröl minimiert werden. Beispielsweise kann sich der pH-Wert des Schmieröls durch das Wasser verändern. Da das Wälzlager Beschichtungen aufweist, die unterschiedlichen (sauren bzw. alkalischen) Bedingungen Stand halten, wird durch den veränderten pH-Wert nur eine der Beschichtungen angegriffen. Somit verbleibt zumindest eine Schutzschicht zwischen den sich gegeneinander bewegenden Flächen der Lagerringe und der Wälzkörper.
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Zusätzlich weist die Wälzlageranordnung ein Ölaufbereitungssystem auf. Das Wälzlager kann Öl, welches möglicherweise mit Wasser oder Luft verunreinigt ist, aus dem Wälzlager abführen und dem Ölaufbereitungssystem zuführen. In diesem wird das Öl von Luft und Wasser befreit und anschließend dem Wälzlager wieder als frisches Schmiermittel zugeführt.
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Auf diese Weise kann durch das Ölaufbereitungssystem verhindert werden, dass in dem Wälzlager verunreinigtes Öl eingesetzt wird, durch welches die Oberflächen des Wälzlagers angegriffen werden könnten, oder zumindest kann der Anteil von verunreinigtem Öl reduziert werden. Gleichzeitig kann durch die verwendeten Beschichtungen erreicht werden, dass selbst in dem Fall von verunreinigtem Öl die Oberflächen des Wälzlagers geschützt sind.
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Durch Öffnungen in den Wälzlagerringen kann das Schmieröl in das Wälzlager und aus dem Wälzlager heraus gebracht werden. Die Öffnungen können dabei als Einlass- und Auslassbohrungen an dem Außenring ausgestaltet sein. Die Einlassbohrungen sind bevorzugt axial versetzt zu den Auslassbohrungen angeordnet und können an dem Außenring umfänglich gleichmäßig verteilt sein. Durch diese Verteilung der Bohrungen kann das Wälzlager in beliebiger Orientierung eingebaut werden. Die Anzahl der Einlassbohrungen kann halb so groß sein wie die Anzahl der Auslassbohrungen.
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Ist das Wälzlager als vierreihiges Kegelrollenlager ausgestaltet, können die Einlassbohrungen axial zwischen zwei Kegelrollenreihen angeordnet sein. Der Außenring kann in einem solchen Fall aus zwei Außenringen bestehen, zwischen denen ein Zwischenring angeordnet ist. Die Auslassbohrungen können hier in dem Zwischenring angeordnet sein.
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Der Ölpegel in dem Wälzlager kann dabei bevorzugt derart gewählt werden, dass bei Stillstand des Wälzlagers die Kegelrolle auf der 6 Uhr- Position mindestens halb und maximal ganz mit Öl bedeckt ist. Von den Auslassbohrungen in dem Zwischenring sollten bei Stillstand bevorzugt die Bohrungen zwischen ca. 5 und 7 Uhr Positionen bedeckt sein.
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Der Durchmesser der Auslassbohrungen kann so gewählt werden, dass für das gesamte Wälzlager ein Volumenstrom
Q in l/min über die Auslassbohrungen erreicht werden kann wobei für den Volumenstrom
Q gilt:
wobei
D den Durchmesser und
B die Breite des gesamten Wälzlagers in mm angibt und somit der Faktor D x B ein Maß für die gesamt zu benetzende Fläche des Wälzlagers darstellt.
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Das Wälzlager kann in einem Gehäuse angeordnet sein, welches entsprechende Einlass- und Auslassöffnungen aufweist. Insbesondere sind dabei an dem Gehäuse die Auslassöffnungen derart angeordnet, dass Öl durch Gravitationskraft aus dem Gehäuse befördert wird. Die Einlassöffnungen können den Auslassöffnungen radial gegenüberliegen.
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Das Ölaufbereitungssystem kann mit den Auslassöffnungen des Gehäuses gekoppelt werden. Von dem Ölaufbereitungssystem kann das aufbereitete Öl über eine Pumpe durch die Einlassöffnungen des Gehäuses wieder in das Wälzlager eingeführt werden. Die Einlassbohrungen des Außenrings und die Einlassöffnungen des Gehäuses sind dabei so angeordnet, dass das Öl entweder durch fluchtende Einlassöffnungen des Gehäuses und Einlassbohrungen des Außenrings fließt oder durch die Einlassöffnungen des Gehäuses eingeführt wird und an dem Außenring entlang bis zu den Einlassbohrungen fließt und durch diese wieder in das Wälzlager selbst eindringen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die erste oder die zweite Beschichtung eine Phosphatschicht. Die Phosphatschicht kann beispielsweise eine Manganphosphatierung, eine Zinkphosphatierung, eine Zinkcalciumphosphatierung oder eine Trikationenphosphatierung sein.
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Die Phosphatschicht kann auf die Laufflächen der Lagerringe oder die Oberflächen der Wälzkörper durch einen schnellen und heißen Prozess aufgebracht werden. Indem die Prozessparameter beim Aufbringen dieser Beschichtung entsprechend angepasst werden, kann eine Grübchenbildung (sogenanntes Pitting), der eine Mikrorissbildung folgen kann, reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Beschichtung eine Phosphatschicht, wobei die zweite Beschichtung eine höhere Härte als die erste Beschichtung hat.
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Dies hat den Vorteil, dass die (etwas dickere) Phosphatschicht auf den Lagerringen aufgebracht wird, wohingegen die zweite Beschichtung, die dünner ausgebildet sein kann, auf den Wälzkörpern aufgebracht wird. Würde diese auf die Wälzkörper statt auf die Ringlaufflächen aufgebracht werden, hätten bei einer Reduzierung der Dicke der Phosphatschicht die Wälzkörper zu viel Spiel, die Lagerluft würde sich also erhöhen. Dies wäre sehr schnell der Fall, da sich die Dicke der weicheren Phosphatschicht im Vergleich zu der Dicke der härteren zweiten Beschichtung schneller reduzieren würde
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Bei der zweiten Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine Brünierung handeln. Die Brünierung kann eine geringe Dicke im Bereich von etwa 1 µm aufweisen und ist von stabiler sowie inkompressibler Struktur. Zudem ist sie eine reine Oxidation des Substrates und keine aufliegende Schicht. Die Phosphatierung hingegen besitzt eine höhere Dicke von üblicherweise mehreren Mikrometern und besteht aus aufliegenden Kristalllagen mit Hohlräumen und Fehlstellen, wodurch sie unter Druck kompressibel und teilweise verschiebbar sowie weniger wischfest ist. Hieraus ergibt sich, dass die Brünierung im Vergleich zur Phosphatierung härter wirkt. Im Folgenden wird deswegen stets von höherer Härte der Brünierung gesprochen.
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Die Phosphatschicht bildet eine poröse Schicht, welche wie ein Schwamm Schmierstoff bereithält. Als Gleitschicht kann die Phosphatschicht darüber hinaus dienen, da sie eine weiche Schicht bildet, die aus mehreren (mindestens zwei) Kristalllagen besteht, welche bei hoher Last unter Verschleiß in sich verschiebbar und somit gleitfähig ist. Neben der Gleitschicht dient die Phosphatschicht auch als eine Trennschicht gegen metallischen Kontakt. Im Vergleich zu einer Brünierung bietet die Phosphatschicht einen deutlich höheren Rostschutz. Des Weiteren verbessert die Phosphatschicht das Einlaufverhalten der Laufflächen durch Zuschmieren von Unebenheiten der Rauheitsstruktur der Oberflächen.
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Des Weiteren kann durch die unterschiedlichen Beschichtungen erreicht werden, dass eine der Beschichtungen als Gleit- und Trennschicht dient. Gleichzeitig werden die Wälzkörper mit einer dünnen andersartigen Beschichtung beschichtet, die eine andere Härte aufweist. Die Beschichtung der Wälzkörper sollte dabei nicht verschleißen oder zumindest bei Verschleiß keine signifikante Maßänderung erzeugen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass sich die Lagerluft auch bei Abnutzung der Beschichtungen nicht wesentlich erhöht.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die erste Beschichtung eine Dicke von 1 bis 6 µm, insbesondere 2 bis 4 µm auf. Diese Beschichtungsdicke ist ausreichend, um einen Schutz der Flächen zu gewährleisten, ist aber gleichzeitig dünn genug, um auch bei einer Abnutzung bzw. Reduzierung der Phosphatschicht die Lagerlufterhöhung in einem akzeptablen Maß zu halten.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Beschichtung eine Kohlenstoffschicht. Bei der Kohlenstoffschicht kann es sich beispielsweise um eine DLC-Schicht (diamantähnlicher amorpher Kohlenstoff, diamond-like carbon) handeln, wie beispielsweise eine Grafitschicht, eine Diamantschicht oder eine amorphe Kohlenstoffschicht. Als Kohlenstoffschicht kann auch eine WC-C-Schicht (Wolframcarbid-Kohlenstoff) vorgesehen sein, bei der es sich um eine Kombination aus einer Metallschicht und einem diamantähnlichen Kohlenstoff handelt. Durch diese Beschichtung werden die Wälzkörper gegenüber Schadmechanismen geschützt und weisen beispielsweise einen Verschleißschutz, Schmutztoleranz und günstige Reibverhältnisse auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die zweite Beschichtung der Wälzkörper eine Brünierung sein. Beim Brünieren werden die Wälzkörper in eine alkalische Lösung getaucht, durch die eine Konversionsschicht gebildet wird. Bei einer Konversionsschicht handelt es sich um eine sehr dünne Schicht auf einer Metalloberfläche, die durch die chemische Reaktion einer wässrigen Behandlungslösung (in diesem Fall eine alkalische Lösung) mit dem metallischen Untergrund, d.h. der Oberfläche der Wälzkörper, erzeugt wird. Durch diese Beschichtung werden die Wälzkörper ebenfalls gegenüber Schadmechanismen geschützt.
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Eine Brünierung bietet eine sehr dünne Beschichtung, die nicht maß- oder toleranzverändernd ist. Anders als bei einer Phosphatierung wird die Dicke der Beschichtung im Betrieb nicht wesentlich reduziert. Daher wird die Brünierung bevorzugt für die Wälzkörper verwendet, da sich die Dicke der Beschichtung und damit das Maß der Wälzkörper im Betrieb nicht wesentlich ändert und sich daher die Lagerluft nicht erhöht.
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Durch eine Brünierung wird des Weiteren eine verbesserte Ölanhaftung durch Adhäsion auf der Oberfläche bereitgestellt. Die Brünierung sorgt des Weiteren für einen leichten Rostschutz der beschichteten Oberflächen, eine reduzierte Reibung sowie ein verbessertes Einlaufverhalten durch Glätten der Rauheitsstruktur der Oberflächen. Darüber hinaus wird eine Kaltverschweißung zwischen den Stahloberflächen der Wälzkörper und Laufflächen der Ringe verhindert und Schadmechanismen bei einem abreißenden Schmierfilm verhindert. Des Weiteren reduziert die Brünierung Micropitting, Anschmierungen, Abplatzungen, Reibkorrosion, Rissbildung und Adhäsionsverschleiß. Die Brünierung dient auch als Wasserstoffbarriere und verhindert einen Angriff durch EP-Additive (Extreme Pressure Additive).
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Bevorzugt sind die Wälzkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform vollständig mit der zweiten Beschichtung beschichtet. Auf diese Weise können die Wälzkörper in ihrer Gesamtheit gegenüber Schadmechanismen geschützt werden. Des Weiteren ist die Herstellung von vollständig beschichteten Wälzkörpern einfacher. Da die Brünierung und/oder Kohlenstoffschicht sehr dünn ausgebildet sein kann, können die Abmessungen der Wälzkörper im Wesentlichen auch dann gehalten werden, wenn sich die Beschichtung durch Abnutzung reduziert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Lauffläche des Innenrings und/oder die Lauffläche des Außenrings vollständig mit der ersten Beschichtung beschichtet. Durch eine vollständige Beschichtung der Lauffläche oder der Laufflächen kann eine besonders gute Gleit- und Trennschicht zwischen den sich gegeneinander bewegenden Flächen der Lagerringe und der Wälzkörper durch die Phosphatschicht bereitgestellt werden.
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Bevorzugt sind der Innenring und/oder der Außenring vollständig mit der ersten Beschichtung beschichtet. Durch eine vollständige Beschichtung der Ringe kann ein besserer Schutz der Ringe vor Schadmechanismen, beispielweise vor Rost, und damit des gesamten Wälzlagers bereitgestellt werden. Des Weiteren sind Lagerringe mit einer vollständigen Beschichtung leichter und kostengünstiger herstellbar.
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Durch die Phosphatschicht kann eine gute Gleit- und Trennschicht bereitgestellt werden, während gleichzeitig durch die beschichteten Wälzkörper Anschmierungen vermieden werden können. Die Lebensdauer des Lagers kann somit vergrößert werden.
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Gerade durch die Kombination von zwei verschiedenen Beschichtungen, insbesondere einer Phosphatschicht und einer Brünierung, können die folgenden Vorteile erzielt werden. Die Kombination der Beschichtungen bietet eine deutlich niedrigere Reibung als eine phosphatierte Fläche gegen eine weitere phosphatierte Fläche. Des Weiteren ist eine Luftvergrößerung des Lagers im Betrieb weit geringer als bei Verwendung von zwei Phosphatschichten, da der Wälzkörpersatz noch eine ungünstige vierfache Schichtdicke zur Luftbildung addieren kann.
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Die außenliegenden Ringe können durch die Phosphatschicht einen höheren, die innenliegenden Wälzkörper durch die Brünierung einen etwas niedrigeren Rostschutz erhalten. Da die beiden Beschichtungen zwei unterschiedliche Mechanismen zum Halten eines Schmierstoffs aufweisen, kann der Schmierstoff verbessert in den Kontaktzonen gehalten werden. Auch die Trennung der Oberflächen erfolgt durch zwei verschiedene Prinzipien.
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Die unterschiedlichen Beschichtungen führen auch zu einer Einlaufverbesserung und einer Verbesserung der Notlaufeigenschaften durch zwei verschiedene Effekte. Des Weiteren erfolgt ein Schutz der Oberflächen einmal durch eine passive Schicht (Brünierung) und einmal durch eine aufliegende Schutzschicht (Phosphatschicht).
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Durch die Kombination beider Beschichtungssysteme werden die Schutzsysteme von beiden Beschichtungsarten kombiniert. Auf diese Weise kann es insbesondere unter extremen Einsatzbedingungen, wie sie beispielsweise in Walzwerken vorherrschen, zu einer Verbesserung der Lagerlebensdauer kommen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wälzlager einen Dichtungsträger mit zwei Radialdichtungen und/oder einer Axialdichtung auf, wobei der Dichtungsträger an dem Außenring angeordnet ist.
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Durch die beiden Radialdichtungen kann eine Abdichtung des Wälzlagers sowohl vom Inneren des Wälzlagers nach außen als auch von außen in das Innere des Wälzlagers erreicht werden. Gleichzeitig kann durch die Axialdichtung, bevorzugt in Kombination mit einer Labyrinthdichtung, ein Wassereintritt in das Wälzlager bereits vor den Radialdichtungen verhindert werden. Hierzu ist die Axialdichtung axial und radial gesehen vor den Radialdichtungen angeordnet.
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Um Wasser, welches durch die Axialdichtung eintreten sollte, zu sammeln, kann der Dichtungsträger zumindest eine umlaufende Nut aufweisen, durch welche das Wasser abgeleitet werden kann. Der Dichtungsträger kann zusätzlich eine Bohrung aufweisen, die sich von der Nut radial erstreckt. Durch diese Bohrung kann Wasser aus dem Dichtungsträger durch Gravitationskraft ablaufen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
- 1: eine Schnittansicht eines Wälzlagers mit einem Innenring und einem Außenring;
- 2: eine Schnittansicht eines vierreihigen Kegelrollenlagers mit einem Ölaufbereitungssystem; und
- 3: eine Schnittansicht eines Kegelrollenlagers mit einem Innenring und einem Außenring und Dichtungen.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist ein Wälzlager 2 in einer stark vereinfachten Skizze dargestellt. Das Wälzlager 2 weist einen Innenring 3 und einen Außenring 4 auf. Zwischen den beiden Ringen 3, 4 sind Wälzkörper 6 rotierbar angeordnet. Die Wälzkörper 6 laufen dabei gegen eine Außenfläche 8 des Innenrings 3 sowie eine Innenfläche 10 des Außenrings 4. Um die Laufflächen 8, 10 sowie die Wälzkörper 6 gegenüber Verschleiß zu schützen, sind diese jeweils mit einer Beschichtung versehen. Die Beschichtung der Wälzkörper 6 kann dabei eine höhere Härte aufweisen als eine Beschichtung der Laufflächen 8, 10. Die Beschichtung der Wälzkörper 6 kann beispielsweise eine Brünierung sein.
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Die Ringlaufflächen 8, 10, und bevorzugt die gesamten Ringe 3, 4 sind mit einer Phosphatschicht versehen, um eine gleitende Schicht für die Wälzkörper 6 bereitzustellen. Durch die Beschichtung der Wälzkörper 6 kann insbesondere ein Anschmieren der Wälzkörper 6 verhindert werden.
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Sowohl die Phosphatschicht als auch die Beschichtung der Wälzkörper 6 kann dabei so dünn ausgebildet sein, dass sich auch bei einer Abnutzung der Beschichtungen die Lagerluft im Wälzlager nur in einem akzeptablen Bereich erhöht. Da die Beschichtung der Wälzkörper 6 härter ist als die Phosphatschicht, wird die Beschichtung der Wälzkörper 6 bevorzugt nicht verschlissen und bleibt somit auch bei einer reduzierten Dicke der Phosphatschicht als trennende Schicht zwischen den Wälzkörpern 6 und den Laufflächen 8, 10 bestehen.
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Des Weiteren wird bevorzugt für die Wälzkörper 6 eine Brünierung vorgesehen, da diese sehr dünn aufgebracht werden kann. Im Vergleich dazu ist die Phosphatschicht dicker. Würde die Phosphatschicht auf die Wälzkörper 6 aufgebracht werden, wäre bei einer Reduzierung der Dicke der Phosphatschicht (was aufgrund der Weichheit der Phosphatschicht im Betrieb sehr schnell geschieht) die Schichtdicke den Wälzkörpern 6 reduziert und somit ein Spiel zwischen den Wälzkörpern 6 vorhanden. Um zu verhindern, dass die im Betrieb rasch an Schichtdicke verlierende Phosphatschicht die Lagerluft unzulässig erhöht, kann vorgesehen sein, dass die Phosphatschicht nicht auf alle Bauteile aufgebracht wird. Phosphat auf Ringen und Rollen würde eine zu große Luftänderung erzeugen. Daher wird die Phosphatschicht bevorzugt auf den Ringen aufgebracht, da die wesentlichen Wirkungen von Phosphat, u.a. Korrosionsschutz und Passungsrostverhinderung, vorwiegend auf den Ringen benötigt werden. Die Rollen werden daher mit einer dünnen und maßstabilen Schicht versehen, vorzugsweise einer Brünierung. Auf diese Weise tragen die Beschichtungen der Rollen nicht zusätzlich zur phosphattypischen Luftvergrößerung bei.
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Das Wälzlager 2 kann in einer Wälzlageranordnung 1 eingesetzt werden, wie sie in 2 beschrieben ist. Die Wälzlageranordnung 1 weist ein vierreihiges Kegelrollenlager 2 auf, welches die in Zusammenhang mit 1 beschriebenen Beschichtungen aufweist. Das Kegelrollenlager 2 besteht dabei aus zwei einteiligen Innenringen 3 und zwei einteiligen Außenringen 4, zwischen denen ein Zwischenring 40 angeordnet ist. Das Kegelrollenlager 2 kann auf einen Wellenzapfen 12 aufgeschoben sein, der sich um eine Drehachse 14 dreht.
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Um die Beschädigung der Oberflächen des Kegelrollenlagers 2 zu minimieren, ist gemäß 2 ein Ölaufbereitungssystem 36 vorgesehen. In diesem kann Öl, welches aus dem Kegelrollenlager 2 abgeführt wird, aufbereitet werden, indem das Öl von Luft und Wasser befreit wird. Anschließend kann das aufbereitete Öl über eine Pumpe 38 dem Kegelrollenlager 2 wieder zugeführt werden.
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Um das Öl aus dem Kegelrollenlager 2 abzuführen, sind in dem Kegelrollenlager 2 Auslassöffnungen 42, 46 vorgesehen. Die Auslassöffnungen 42 sind in dem Zwischenring 40 als radiale Bohrungen vorgesehen. Alternativ können die Auslassöffnungen 42 auch direkt in dem Außenring 4 vorgesehen sein. Durch diese Auslassöffnungen 42 sowie die Auslassöffnungen 46, die an den axialen Enden des Kegelrollenlagers 2 vorgesehen sind, wird das Öl durch die Gravitationskraft im Wesentlichen drucklos abgeführt und an das Ölaufbereitungssystem 36 übertragen.
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Nach der Ölaufbereitung wird das Öl über die Pumpe 38 durch Einlassöffnungen 44, die in dem Außenring 4 vorgesehen sind, dem Kegelrollenlager 2 wieder zugeführt. Die Einlassöffnungen 44 und die Auslassöffnungen 42 können axial versetzt zueinander angeordnet sein.
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Die Auslassöffnungen 42 und die Einlassöffnungen 44 sind umfänglich um den Zwischenring 40 bzw. den Außenring 4 verteilt, so dass die Orientierung des Kegelrollenlagers 2 beim Einbau in ein Gehäuse vernachlässigt werden kann.
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Wie in 2 gezeigt ist, bedeckt das Öl in dem Kegelrollenlager 2 im Stillstand zumindest eine halbe Kegelrolle 6 (minimaler Füllstand 50). Bei maximalem Füllstand 48 wird im Stillstand eine komplette Kegelrolle 6 bedeckt.
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Um eine mögliche Beschädigung des Kegelrollenlagers 2 weiter zu reduzieren, sind zusätzlich zu der oben beschriebenen Beschichtung sowie der Ölaufbereitung Dichtungen in der Wälzlager- bzw. Kegelrollenlageranordnung 2 vorgesehen, die im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 näher beschrieben werden.
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Das Kegelrollenlager 2 kann mit einer Hülse 16, die an dem Innenring 3 angeordnet ist, an den Wellenzapfen 12 geklemmt werden. An dem Außenring 4 ist ein Dichtungsträger 18 angeordnet. Dieser kann aus mehreren Elementen bestehen, die aneinander befestigt sind. Zwischen der Hülse 16 und dem Dichtungsträger 18 sind zwei Radialdichtungen 20, 22 angeordnet. Durch diese Radialdichtungen 20, 22 kann das Kegelrollenlager 2 sowohl von außen nach innen als auch von innen nach außen abgedichtet werden.
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Zusätzlich ist eine Axialdichtung 24 vorgesehen, die als Labyrinthdichtung ausgestaltet sein kann. Durch die Axialdichtung 24 kann das Kegelrollenlager 24 zusätzlich gegen einen Eintritt von Wasser geschützt werden.
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Sollte durch die Dichtungen 20, 22, 24 dennoch Wasser in das Kegelrollenlager 2 eintreten, sind an dem Dichtungsträger 18 umlaufende Nuten 26, 28, 30 vorgesehen. Durch diese Nuten 26, 28, 30 kann unabhängig von der Stellung des Dichtungsträgers 18 Wasser gesammelt werden. Um das gesammelte Wasser ableiten zu können, sind die Nuten 26, 28, 30 mit Radialbohrungen 32, 34 versehen. Durch die Radialbohrungen 32, 34 kann das Wasser nach außen abgeleitet werden.
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Durch die vorgeschlagene Wälzlageranordnung ist es möglich, ein Wälzlager bereitzustellen, das durch die Kombination verschiedener Schutzmechanismen unter den verschiedensten Einsatzbedingungen, beispielsweise auch in saurer oder alkalischer Umgebung, einen Verschleiß des Wälzlagers reduzieren kann. Zum einen weisen die Wälzkörper und Laufflächen eine Beschichtung auf, die auch in einer sauren oder alkalischen Umgebung Schutz bietet, da zumindest eine der verwendeten Schichten bestehen bleibt und somit eine Schutzschicht zwischen den sich gegeneinander bewegenden Flächen der Lagerringe und der Wälzkörper verbleibt. Des Weiteren können durch die zwei verschiedenen Beschichtungen die Laufeigenschaften des Wälzlagers verbessert werden, da die Vorteile von beiden Beschichtungen ausgenutzt werden können. Zusätzlich wird die negative Beeinflussung der Oberflächen des Wälzlagers reduziert, da ein Ölaufbereitungssystem an das Wälzlager angeschlossen wird, um den Wasseranteil im Öl zu reduzieren. In weiteren Ausgestaltungen kann zusätzlich noch ein Dichtungssystem das Eindringen von Wasser in das Wälzlager reduzieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 6
- Wälzkörper
- 8
- Lauffläche
- 10
- Lauffläche
- 12
- Wellenzapfen
- 14
- Drehachse
- 16
- Hülse
- 18
- Dichtungsträger
- 20
- Radialdichtung
- 22
- Radialdichtung
- 24
- Axialdichtung
- 26
- Nut
- 28
- Nut
- 30
- Nut
- 32
- Radialbohrung
- 34
- Radialbohrung
- 36
- Ölaufbereitungssystem
- 38
- Pumpe
- 40
- Zwischenring
- 42
- Auslassöffnung
- 44
- Einlassöffnung
- 46
- Auslassöffnung
- 48
- maximaler Ölfüllstand
- 50
- minimaler Ölfüllstand
