DE202010011564U1

DE202010011564U1 - Anordnung zur Lagerung eines Rotationskörpers

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Publication number: DE202010011564U1
Application number: DE202010011564U
Authority: DE
Original assignee: EDAG GmbH and Co KGaA
Current assignee: EDAG PRODUCTION SOLUTIONS GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2020-08-20

Abstract

Anordnung zur Lagerung eines Rotationskörpers, die Anordnung umfassend:
a) einen um eine Rotationsachse (R) drehbaren hohlen Rotationskörper (1; 10),
b) einen längs der Rotationsachse (R) in den Rotationskörper (1; 10) ragenden Zapfen (2)
c) und ein Schrägrollenlager (3; 13), das den Rotationskörper (1; 10) auf dem Zapfen (2) um die Rotationsachse (R) drehbar lagert,
d) wobei der Zapfen (2) zumindest im Wesentlichen metallisch und der Rotationskörper (1, 10) zumindest im Wesentlichen keramisch ist
e) und das Schrägrollenlager (3; 13) für einen Ausgleich der sich hieraus ergebenden Unterschiede in den Wärmedehnungen von Rotationskörper (1; 10) und Zapfen (2) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagerung eines Rotationskörpers mittels eines Schrägrollenlagers. Der Rotationskörper kann insbesondere eine Walze für die Massivumformung eines metallischen Walzguts sein.
Zum Walzen von Stahl eingesetzte Stahlwalzen haben Standzeiten von nur wenigen Stunden. So müssen zum Warmwalzen eingesetzte Stahlwalzen wegen der Ablagerung von Verzunderungen typischerweise nach bereits zwei Stunden ausgetauscht werden. Der Austausch ist mit erheblichen Kosten verbunden, man kalkuliert mit Kosten von EUR 15,000.- pro Minute Ausfallszeit.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Standzeiten von Rotationskörpern zu verlängern, die hohen Belastungen oder Verschleiß aus anderen Gründen ausgesetzt sind und hierbei sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufnehmen, wie insbesondere Walzen zum Umformen von Walzgütern und dergleichen.
Die Erfindung geht von einer Anordnung zur Lagerung eines Rotationskörpers aus, die einen um eine Rotationsachse drehbaren hohlen Rotationskörper, einen Lagerzapfen und ein Schrägrollenlager umfasst, das den Rotationskörper auf dem Zapfen um die Rotationsachse drehbar lagert. Der Zapfen ragt längs der Rotationsachse in den Rotationskörper hinein und kann diesen insbesondere durchragen. Das Schrägrollenlager nimmt in radialer Richtung auf den Rotationskörper wirkende Kräfte und auch Axialkräfte auf.
In der erfindungsgemäßen Anordnung bestehen der Zapfen zumindest im Wesentlichen aus einem metallischen und der Rotationskörper aus einem keramischen Werkstoff. Bei Temperaturschwankungen erfahren der Zapfen und der Rotationskörper daher unterschiedliche Wärmedehnungen. Dass der Zapfen zumindest im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff besteht, bedeutet, dass für seine Wärmedehnung der metallische Werkstoff maßgeblich ist. Der Zapfen kann insbesondere ein Stahlzapfen sein. Dass der Rotationskörper zumindest im Wesentlichen aus einem keramischen Werkstoff besteht, bedeutet, dass der keramische Werkstoff für die Wärmedehnung des Rotationskörpers maßgeblich ist. Große Temperaturunterschiede können beispielsweise beim Warmwalzen auftreten, einem bevorzugten Anwendungsgebiet der Erfindung. Die Anordnung aus Rotationskörper, Zapfen und Schrägrollenlager muss in derartigen Anwendungen über einen Temperaturbereich von mehreren 100°C, wie etwa beim Walzen von Stahl oder Aluminiumwerkstoffen oder anderen metallischen Werkstoffen, präzise und zuverlässig arbeiten. Das Schrägrollenlager ist so ausgebildet, dass es die maßlichen Differenzen, die sich bei Temperaturänderungen aufgrund des Werkstoffunterschieds ergeben, automatisch ausgleicht. So erfährt beispielsweise ein Stahlzapfen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung größere Dehnungen, bei Erwärmung Ausdehnung und bei Abkühlung Schrumpfung, als der keramische Rotationskörper. Das Schrägrollenlager passt sich automatisch selbst an und sorgt dadurch für eine Kompensation der Wärmedehnungsdifferenz in axialer und radialer Richtung.
Das Schrägrollenlager umfasst mehrere um die Rotationsachse verteilt angeordnete Rollen und wenigstens eine um die Rotationsachse umlaufend erstreckte Laufbahn für die Rollen. Die Laufbahn kann eine dem Innenumfang des Rotationskörpers zugewandte innere Laufbahn sein. Bevorzugter ist die wenigstens eine Laufbahn eine dem Zapfen zugewandte äußere Laufbahn, also eine am Innenumfang des Rotationskörpers gebildete Laufbahn. Es können auch eine innere und eine äußere Laufbahn vorhanden sein und die Rollen in Umfangsrichtung sowohl innen an der inneren Laufbahn als auch außen an der äußeren Laufbahn abrollen. Bei Temperaturänderungen und damit einhergehend axialen Dehnungsdifferenzen zwischen Zapfen und Rotationskörper rollen sich die Rollen auf der wenigstens einen Laufbahn in eine der jeweiligen Temperatur entsprechende neue axiale Gleichgewichtsposition.
Die wenigstens eine Laufbahn für die Rollen kann zur Drehachse des Rotationskörpers insbesondere schräg geneigt, also konisch sein. Sie kann grundsätzlich aber auch eine variierende Neigung für nach außen bauchige Rollen aufweisen oder sogar nach außen ausbauchen, falls die Rollen eine entsprechende Einschnürung aufweisen. Die Rollen sind dementsprechend in bevorzugten Ausführungen Kegelrollen und das Schrägrollenlager ein Kegelrollenlager. Die Rollen können grundsätzlich jedoch auch Kugelrollen, tonnenförmige Rollen und dergleichen sein. Die Drehachsen der einzelnen Rollen, die Rollenachsen, sind jedenfalls zur Drehachse des Rotationskörpers geneigt.
In ersten Ausführungen, in denen die wenigstens eine Laufbahn eine äußere Laufbahn ist, bildet der Rotationskörper die äußere Laufbahn unmittelbar mit seinem Innenumfang bzw. mit einer Mantelinnenfläche. Der Rotationskörper ist an dem betreffenden Innenumfang entsprechend geformt und weist dort eine zum Abrollen der Rollen ausreichend glatte Lagerfläche auf.
In ebenfalls bevorzugten zweiten Ausführungsformen bildet nicht der Rotationskörper unmittelbar die äußere Laufbahn, sondern ein äußerer Lagerring, der am Rotationskörper radial abgestützt ist. Vorzugsweise ist der Lagerring auch axial am Rotationskörper abgestützt, nämlich in die axiale Richtung, in die die Rollen aufgrund ihrer geneigten Rollenachsen gegen den Lagerring drücken.
Der optionale äußere Lagerring weist in bevorzugten Ausführungen wenigstens eine Dehnungsfuge auf, über die sich ein erstes Ende und ein zweites Ende des äußeren Lagerrings in Umfangsrichtung zugewandt mit Abstand gegenüberliegen, so dass sich der äußere Lagerring in Umfangsrichtung in die Dehnungsfuge ausdehnen kann. Der äußere Lagerring kann einteilig sein mit nur einer einzigen Trennstelle, die die Dehnungsfuge bildet. Er kann vorteilhafterweise aber stattdessen auch mehrteilig sein und zwei, drei oder noch mehr Umfangssegmente aufweisen, wobei einer Teilung in zwei oder drei Segmente, vorzugsweise gleichgroße Segmente, der Vorzug gegeben wird. Auch bei mehreren Umfangssegmenten kann nur eine einzige Dehnungsfuge gebildet sein. Vorteilhafter ist aber, wenn an jedem Ende jedes Umfangssegments eine Dehnungsfuge gebildet ist, bei zwei Umfangssegmenten entsprechend zwei, bei drei Umfangssegmenten drei Dehnungsfugen usw. Die Dehnungsfugen sind vorteilhafterweise über den Umfang des Lagerrings gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Enden, die sich über die Dehnungsfuge gegenüberliegen können einander in Umfangsrichtung überlappen, so dass sich die Laufbahn über die Dehnungsfuge hinweg erstreckt und die Rollen auch im Bereich der Dehnungsfuge oder der mehreren Dehnungsfugen kontinuierlich in einem Rollkontakt mit der Laufbahn sind. Die Enden können insbesondere kammartig in Umfangsrichtung ineinander greifen, so dass in einer Abrollung der Laufbahn gesehen eines der Enden das andere links und rechts umgreift, beispielsweise U-, V- oder W-förmig.
Das Schrägrollenlager umfasst in bevorzugten Ausführungen einen inneren Lagerring, der auf dem Zapfen angeordnet ist, vorzugsweise axial beweglich, und die Rollen drehbar abstützt. Der innere Lagerring kann eine innere Laufbahn bilden, gegebenenfalls die wenigstens eine Laufbahn, an der die Rollen abrollbar sind. Die Rollen können am inneren Lagerring aber auch so abgestützt sein, dass sie sich nur um ihre eigenen Rollenachsen relativ zum inneren Lagerring drehen können, in Umfangsrichtung relativ zum inneren Lagerring jedoch nicht beweglich sind. Der innere Lagerring bildet in derartigen Ausführungen keine Laufbahn, sondern lagert die Rollen relativ zum Zapfen ortsfest um die jeweilige Rollenachse.
Das Schrägrollenlager umfasst vorzugsweise einen linken Lagersatz, an dem der Rotationskörper relativ zum Zapfen axial nach links abgestützt ist, und einen rechten Lagersatz, an dem der Rotationskörper relativ zum Zapfen axial nach rechts abgestützt ist. Vorzugsweise sind der rechte und der linke Lagersatz jeweils als Schrägrollenlager gebildet. Grundsätzlich ist es in einer Abwandlung aber auch möglich, nur einen dieser Lagersätze als Schrägrollenlager zu bilden und die Abstützung in die andere axiale Richtung auf andere Weise zu bewerkstelligen. Falls beide Lagersätze wie bevorzugt Schrägrollenlager sind, gelten sämtliche Ausführungen zum Schrägrollenlager für jeden der Lagersätze gleichermaßen. Als Schrägrollenlager wird jeder dieser Lagersätze für sich und auch die Kombination der Lagersätze verstanden.
Der innere Lagerring kann mit dem Zapfen fest, axial unbeweglich verbunden sein. Grundsätzlich kann der innere Lagerring auch in einem Stück mit dem Zapfen geformt sein, eine separate Fertigung und anschließendes Fügen mit dem Zapfen wird jedoch bevorzugt. Bei ortsfester Anordnung nimmt der Zapfen den inneren Lagerring bei axialer Zapfendehnung mit und verlagert ihn dadurch im Ganzen relativ zum Rotationskörper. Ferner dehnt sich der innere Lagerring axial vorzugsweise zumindest im Wesentlichen im Gleichklang mit dem Zapfen. Für den Ausgleich von Unterschieden in den axialen Dehnungen von Zapfen und Rotationskörper sorgt das Abrollen der Rollen auf der wenigstens einen Laufbahn.
Insbesondere in Anwendungen, in denen die Anordnung über einen weiten Temperaturbereich arbeiten muss, sind nennenswerte Unterschiede nicht nur in der axialen Wärmedehnung, sondern auch in der radialen Wärmedehnung zu erwarten. Insbesondere in derartigen Anwendungen kann es von Vorteil sein, wenn wenigstens einer der inneren Lagerringe relativ zum Zapfen axial beweglich und eine zusätzliche Ausgleichseinrichtung vorgesehen ist, die in axialer Richtung auf den wenigstens einen beweglichen Lagerring wirkt. Die Ausgleichseinrichtung ist so beschaffen, dass sie die axiale Position des beweglichen Lagerrings relativ zum Zapfen in Anpassung an eine radiale Wärmedehnungsdifferenz zwischen dem Rotationskörper auf der einen Seite und dem Zapfen, den Rollen und dem inneren Lagerring und, falls vorhanden, dem äußeren Lagerring auf der anderen Seite anpassen kann. Mittels solch einer zusätzlichen Ausgleichseinrichtung kann praktisch jeder relevante Temperaturbereich und jede Materialkombination von Rotationskörper und Zapfen abgedeckt werden. Die axiale Wärmedehnungsdifferenz von Rotationskörper und Zapfen muss zu der radialen Wärmedehnungsdifferenz nicht mehr passen, beispielsweise aufgrund einer entsprechenden Materialkombination und dementsprechend eingeschränkter Werkstoffauswahl.
Die Ausgleichseinrichtung kann insbesondere zwischen den beiden Lagersätzen angeordnet sein und sich axial nach links und rechts an den Lagersätzen abstützen. Die Ausgleichseinrichtung kann alternativ aber auch axial außen von dem wenigstens einen der Lagersätze angeordnet sein, d. h. an der vom anderen Lagersatz axial abgewandten Seite, und von außen axial auf den wenigstens einen der Lagersätze wirken. Sie kann in beiden Ausführungen als Dehnungshülse oder anders geformte Dehnungsausgleichsstruktur gebildet sein, die den Axial-Radial-Ausgleich aufgrund ihrer eigenen axialen Wärmedehnung bewirkt. Die Ausgleichseinrichtung kann ferner mehrere Dehnungsausgleichstrukturen umfassen, beispielsweise eine axial linke Dehnungsausgleichstruktur außen vom linken Lagersatz und eine axial rechte Dehnungsausgleichstruktur außen vom rechten Lagersatz, falls beide Lagersätze axial relativ zum Zapfen beweglich sind. Es können beispielsweise auch eine zentrale und eine axial äußere Dehnungsausgleichstruktur miteinander oder eine zentrale mit sowohl einer linken und einer rechten äußeren Dehnungsausgleichstruktur kombiniert werden. Die Dehnungsausgleichsstruktur(en) kann oder können den jeweiligen Lagersatz insbesondere drücken oder ziehen, und sind in der jeweiligen Ausführung, ob Druck- oder Zugstruktur, entsprechend mit dem jeweiligen Lagersatz gekoppelt. Eine Kopplung bzw. Einwirkung auf axialen Druck wird bevorzugt. Eine zentrale Dehnungsausgleichstruktur ist vorteilhaft in Konstellationen, in denen der axiale Abstand der Lagersätze über das Maß einer axialen Verlängerung des Zapfens hinaus vergrößert werden muss. Eine äußere oder eine linke und eine rechte äußere Dehnungsausgleichstruktur ist vorteilhaft in Konstellationen, in denen der axiale Abstand der Lagersätze unter das Maß einer axialen Verlängerung des Zapfens verringert werden muss.
Die Anordnung ist wie eingangs erwähnt insbesondere für das Massivumformen von Werkstoffen mittels einer Walze geeignet. Der Rotationskörper ist in derartigen Anwendungen eine Umformwalze für beispielsweise das Warmwalzen oder Kaltwalzen eines Walzguts. Es kann sich auch um eine Walze zum beispielsweise Ringschmieden handeln. Die Erfindung ist auf derartige Rotationskörper jedoch nicht beschränkt, so kann der Rotationskörper beispielsweise auch eine Walze oder ein Zylinder in einer oder für eine Druckmaschine sein oder eine Rolle, insbesondere Tragrolle, die in nennenswertem Umfang Axialkräfte aufnehmen muss.
Vorteilhafte Merkmale werden auch in den Unteransprüchen und deren Kombinationen beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. An den Figuren offenbar werdende Merkmale bilden jeweils einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:
1 eine erste Anordnung zur Lagerung eines Rotationskörpers mit einem zwei Lagersätze umfassenden Schrägrollenlager in einem Längsschnitt,
2 eine zweite Anordnung zur Lagerung eines Rotationskörpers mit einem zwei Lagersätze umfassenden Schrägrollenlager in einem Längsschnitt und
3 die zweite Anordnung mit einem der Lagersätze im Längsschnitt und dem anderen Lagersatz in einer Seitenansicht.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung für die Lagerung eines Rotationskörpers 1. Bei dem Rotationskörper 1 kann es sich insbesondere um eine Walze zum Warmwalzen oder eine Walze zum Kaltwalzen von Stahl oder eines anderen metallischen Walzguts handeln.
Die Anordnung umfasst den Rotationskörper 1 und einen Zapfen 2, der in einen zentralen Hohlraum des Rotationskörpers hineinragt und im Ausführungsbeispiel den Rotationskörper 1 durchragt. Der Rotationskörper 1 ist auf dem Zapfen 2 um eine Rotationsachse R drehbar gelagert. Für die Drehlagerung umfasst die Anordnung ein Schrägrollenlager 3, das den Rotationskörper 1 nicht nur radial, sondern auch axial am Zapfen 2 abstützt. Das Schrägrollenlager 3 umfasst einen linken Lagersatz für die Abstützung axial nach links und einen rechten Lagersatz für die Abstützung axial nach rechts. Die Lagersätze umfassen jeweils Rollen 4, beispielhaft Kegelrollen, und einen inneren Lagerring 5. Die Lagerringe 5 sind auf dem Zapfen 2 angeordnet und stützen die Rollen 4 am Zapfen 2 ab. Die Rollen 4 sind um Rollenachsen R_a und R_b drehbar, sie können beispielsweise in axial erstreckten Rillen, Taschen oder andersartigen Ausnehmungen des jeweiligen Lagerrings 5 einzeln drehbar gelagert sein. Alternativ können die Rollen 4 am jeweiligen Lagerring 5 aber auch in Umfangsrichtung abrollen. Die Rollenachsen R_a des linken Lagersatzes und die Rollenachsen R_b des rechten Lagersatzes sind zur Rotationsachse R schräg geneigt unter einem spitzen Winkel, der sich beim linken Lagersatz nach links und beim rechten Lagersatz nach rechts öffnet. Die Berührlinie zwischen den Rollen 4 und dem jeweiligen Lagerring 5 ist zur Rotationsachse R zwar bevorzugt, aber nur beispielhaft ebenfalls schräg unter einem spitzen Winkel geneigt, der sich beim linken Lagersatz nach links und beim rechten Lagersatz nach rechts öffnet. Aufgrund der Neigung der Berührlinien werden im Kontakt der Rollen 4 und des jeweiligen Lagerrings 5 nicht nur radiale Kräfte, sondern auch axiale Kräfte übertragen.
Der Zapfen 2 besteht zumindest im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise besteht er gänzlich aus metallischem Werkstoff. Er weist dementsprechend für metallische Werkstoffe typische Wärmedehnungseigenschaften auf. Der Rotationskörper 1 besteht hingegen zumindest im Wesentlichen aus Keramik, vorzugsweise besteht er gänzlich aus Keramik. Er weist dementsprechend für keramische Werkstoffe typische Wärmedehnungseigenschaften auf. Aufgrund der Materialkombination von zumindest im Wesentlichen Metall beim Zapfen 2 und zumindest im Wesentlichen Keramik beim Rotationskörper 1 unterscheiden sich die Wärmedehnungen in axialer und radialer Richtung in einem praktisch relevantem Ausmaß. Für eine Kompensation der bei Temperaturänderungen unterschiedlichen Wärmedehnungen von Rotationskörper 1 und Zapfen 2 sorgt das Schrägrollenlager 3. Der Ausgleich findet automatisch statt, indem sich die Rollen 4 bei Temperaturänderungen und damit einhergehenden Unterschieden in der Wärmedehnung in die jeweils neue Gleichgewichtsposition rollen.
Im ersten Ausführungsbeispiel rollen die Rollen 4 unmittelbar an einer Mantelinnenfläche des Rotationskörpers 1, also auf einer Keramikfläche ab. Der Rotationskörper 1 bildet eine äußere Laufbahn für die Rollen 4, nämlich eine linke Laufbahn 1a für den linken Lagersatz und eine rechte Laufbahn 1b für den rechten Lagersatz. Die Rollen 4 rollen bei einer relativ zum Zapfen 2 stattfindenden Drehbewegung des Rotationskörpers 1 an der jeweiligen Laufbahn 1a und 1d in Umfangsrichtung ab. Sie haben im Rollkontakt Linienberührung mit der jeweils zugeordneten Laufbahn 1a oder 1b. Die Laufbahnen 1a und 1b sind aufgrund der beispielhaft gewählten Kegelform der Rollen 4 konisch. Bevorzugt, aber nur beispielhaft, sind die auf die Rotationsachse R gemessenen Konuswinkel der Laufbahnen 1a und 1b größer als die spitzen Winkel der Berührlinien der Rollen 4 und des jeweiligen inneren Lagerrings 5.
Die beiden Lagersätze sind über ihre inneren Lagerringe 5 axial relativ zueinander fest gespannt. Axial zwischen den inneren Lagerringen 5 ist eine Distanzstruktur 6, im Beispiel eine Hülsenstruktur, angeordnet. Der Zapfen 2 drückt mit einem Abschnitt größeren Durchmessers über einen Andruckkörper 7 auf den Lagerring 5 des linken Lagersatzes. Am axial anderen Ende ist auf dem Zapfen 2 ein Befestigungselement 9 angeordnet, beispielsweise eine Schraube, mittels der über einen rechten Andruckkörper 8 die axiale Spannkraft auf den Lagerring 5 des rechten Lagersatzes ausgeübt wird. Auf diese Weise sind die inneren Lagerringe 5 und somit die beiden Lagersätze über die Distanzstruktur 6 zwischen dem erweiterten Abschnitt des Zapfens 2 und dem Andruckkörper 7 auf der linken Seite und dem Befestigungselement 9 und dem Andruckkörper 8 auf der rechten Seite axial eingespannt.
Erhöht sich die Temperatur, beispielsweise in der Anlaufphase bei einem Warmwalzen, dehnt sich der Zapfen 2 axial aus. Die axiale Dehnung des Zapfens 2 ist größer als die axiale Dehnung des Rotationskörpers 1, die in guter Näherung vernachlässigt werden kann. Entsprechend vergrößert sich der axiale Abstand zwischen den beiden Lagerringen 5 und den Rollen 4 des linken Lagersatzes und den Rollen 6 des rechten Lagersatzes. Während der axialen Dehnung des Zapfens 2 und damit einhergehend der axialen Verlagerung der Rollen 4 rollen sich diese in die neue Gleichgewichtsposition ein, im Beispielfall bei erhöhter Temperatur nach axial außen. Bei diesem Einrollen haben die Rollen 4 stets Rollkontakt mit der zugeordneten Laufbahn 1a oder 1b, sie bewegen sich im ständigen Rollkontakt also relativ zur Laufbahn 1a bzw. 1b nach axial und radial außen. Im Falle einer Temperaturverringerung rollen sie entsprechend nach innen. Die Abstützung am jeweils zugeordneten Lagerring 5 kann so sein, dass dieses Einrollen auf der zugeordneten Laufbahn 1a oder 1b eine reine Rollbewegung ist. Um dies zu bewirken, können die Rollen 4 um zur jeweiligen Rollenachse R_a oder R_b orthogonale Hochachsen geringfügig kippbar sein. Ist eine Kippbeweglichkeit nicht gegeben, gleiten die Rollen 4 entsprechend der axialen Dehnungsdifferenz von Rotationskörper 1 und Zapfen 2 geringfügig auf der zugeordneten Laufbahn 1a oder 1b. Solch eine axiale Gleitbewegung kann im Rollkontakt toleriert werden. Insbesondere in der Verwendung als Umformwalze wird die Standzeit des Rotationskörpers 1 durch andere äußere Einflüsse trotz der Verwendung keramischen Materials so kurz sein, dass die zum Ausgleich stattfindenden axialen Gleitbewegungen zwischen den Rollen 4 und den Laufbahnen 1a und 1b keine entscheidende Rolle spielen. Andernfalls kann wie gesagt für eine geringfügige Kippbeweglichkeit der Rollen 4 gesorgt werden.
Die Distanzstruktur 6 kann aus dem gleichen Material wie der Zapfen 2 oder zumindest aus einem passenden metallischen Werkstoff gefertigt sein, um weitestgehend gleiche Wärmedehnungseigenschaften von Zapfen 2 und Distanzstruktur 6 zu erhalten.
In einer Weiterentwicklung sind die Lagerringe 5 oder ist wenigstens einer von ihnen relativ zum Zapfen 2 nicht ortsfest, sondern relativ zu diesem axial beweglich. Die Distanzstruktur 6 ist zu einer Dehnungsausgleichsstruktur weiterentwickelt. In Abhängigkeit von der Geometrie und insbesondere der Materialkombination von Rotationskörper 1 und Zapfen 2 kann es nämlich vorkommen, dass die radiale Dehnungsdifferenz von Rotationskörper 1 und Zapfen 2 und die axiale Dehnungsdifferenz dieser beiden Körper 1 und 2 nicht ausreichend genau aufeinander abgestimmt sind oder zumindest in einem Teilbereich des gesamten Betriebstemperaturbereichs der Anordnung eines zusätzlichen Ausgleichs bedürfen. Die Distanzstruktur 6 dient in den Weiterentwicklungen der Steuerung des Verhältnisses von radialer zu axialer Wärmedehnungsdifferenz.
In der Weiterentwicklung kann einer der Andruckkörper 7 und 8 eine Federeinrichtung sein oder eine Federeinrichtung abstützen, beispielsweise eine Tellerfeder oder jedenfalls eine Federeinrichtung die axial nachgibt, aber doch sehr steif ist, um eine möglichst feste Einspannung der Lagersätze zu gewährleisten. Mittels der zu einer Dehnungsausgleichsstruktur weiterentwickelten Distanzstruktur 6 wird der axiale Abstand der inneren Lagerringe 5 und somit der beiden Sätze von Rollen 4 der radialen Wärmedehnung entsprechend gesteuert, wobei die Steuerung auch relativ zum Zapfen 2 erfolgt.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel umfasst das Schrägrollenlager, das im zweiten Ausführungsbeispiel mit 13 bezeichnet ist, nicht nur innere Laufringe 15, sondern auch äußere Laufringe 11. Es bildet also nicht unmittelbar der Rotationskörper, der im zweiten Ausführungsbeispiel mit 10 bezeichnet ist, die äußere Laufbahn, sondern ein eingesetzter äußerer Lagerring 11. Das Schrägrollenlager 13 umfasst wie im ersten Ausführungsbeispiel einen linken Lagersatz und einen rechten Lagersatz mit jeweils einem inneren Lagerring 15 und Rollen 14 sowie jeweils einem äußeren Lagerring 11. Die Rollen 14 und inneren Lagerringe 15 entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel. Das gleiche gilt für den Zapfen 2 und die zum Verspannen der Lagerringe 15 dienenden Teile, die zur Unterscheidung vom ersten Ausführungsbeispiel mit den um 10 erhöhten Bezugszeichen 16 bis 19 versehen sind.
Die äußeren Lagerringe 11 sind in den Rotationskörper 10 eingesetzt. Der Rotationskörper 10 stützt sich an den Lagerringen 11 sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung ab. Für den Ausgleich von Dehnungsdifferenzen sorgt beim linken Lagersatz eine von dessen Lagerring 11 gebildete äußere Laufbahn 11a und beim rechten Lagersatz eine von dessen Lagerring 11 gebildete äußere Laufbahn 11b. Die Laufbahnen 11a und 11b erfüllen die gleiche Funktion wie die Laufbahnen 1a und 1b des ersten Ausführungsbeispiels. Die Rollen 14 haben somit nicht mehr unmittelbar mit dem Rotationskörper 10 Rollkontakt, nämlich Linienkontakt, wodurch der Rotationskörper 10 entlastet wird. Die Lagerkräfte werden gleichförmiger über die äußeren Lagerringe 11 verteilt.
Um Unterschiede in den radialen Wärmedehnungen von Rotationskörper 10 und Zapfen 2 auszugleichen, können die äußeren Lagerringe 11 jeweils wenigstens eine Dehnungsfuge aufweisen. Zur Ausbildung der Dehnungsfuge weisen die Lagerringe 11 jeweils wenigstens eine Trennstelle auf mit einer Trennlinie, die sich von der axial linken bis zur axial rechten Seite des jeweiligen Lagerrings 11 erstreckt. In bevorzugten Ausführungen sind die Lagerringe 11 in wenigstens zwei Umfangsegmente unterteilt, also wenigstens je zwei geteilt. Einer Unterteilung in genau zwei Umfangssegmente oder drei Umfangssegmente wird bevorzugt. Über die Dehnungsfuge oder die gegebenenfalls über den Umfang verteilt mehreren Dehnungsfugen stehen sich jeweils ein Ende des einen Umfangsegments und ein Ende des in Umfangsrichtung benachbarten Umfangsegments in Umfangsrichtung zugewandt gegenüber. Die Trennstelle oder mehreren Trennstellen kann oder können einfach axial gerade erstreckt sein. Solch eine Gestaltung der Dehnungsfuge oder der mehreren Dehnungsfugen hätte jedoch zur Folge, dass die Rollen 14 im Zustand geringster Ausdehnung des Lagerrings 11 bzw. der mehreren Umfangssegmente des geteilten Lagerrings 11 beim Überrollen der Trennstelle(n) bzw. Dehnungsfuge(n) eine Unstetigkeit erfahren würden. Die Dehnungsfuge oder die mehreren Dehnungsfugen ist oder sind daher jeweils so gestaltet, dass sich die über die Fuge(n) gegenüberliegenden Enden des einteiligen oder bevorzugt mehrteiligen Lagerrings 11 in Umfangsrichtung überlappen. Eine mögliche Gestaltung dieser Art wäre, dass sich das eine Ende in Umfangsrichtung verjüngt, während sich das überlappende andere Ende entsprechend aufweitet. In einer Abrollung des jeweiligen Lagerrings 11 gesehen würde sich auf diese Weise beispielsweise eine in Umfangsrichtung erstreckte, zur Rotationsachse R schräg geneigte Dehnungsfuge ergeben. Bevorzugter greifen die sich über die Dehnungsfuge gegenüberliegenden Enden kammartig ineinander.
3 zeigt ein Beispiel für solch einen kammartigen Eingriff über die Dehnungsfuge hinweg. Die Dehnungsfuge ist mit dem Bezugszeichen 12 versehen. Die beiden äußeren Lagerringe 11 sind gleich. Um die Dehnungsfuge 12 zu veranschaulichen, verläuft der Schnitt beim linken Lagersatz auf dem äußeren Umfang des linken Lagerrings 11. Der rechte Lagersatz ist einfach im Längsschnitt dargestellt. Im Beispiel sind die Lagerringe 11 in zwei Umfangssegmente 21 und 22 geteilt, die sich jeweils über 180° um die Rotationsachse R erstrecken und sich mit ihren Enden in Umfangsrichtung über zwei entsprechend um 180° voneinander beabstandete Dehnungsfuge 12 gegenüberliegen. Der Eingriff im Bereich der Dehnungsfuge 12 ist kammartig. Die nicht dargestellten anderen Dehnungsfugen 12 sind vorzugsweise ebenso geformt. Eines der beiden Segmentenden weist einen in Umfangsrichtung erstreckten Einschnitt und das andere entsprechend einen Eingriffszinken auf, der in dem Einschnitt in Umfangsrichtung geführt ist. Im Beispiel ist das den Einschnitt aufweisende Ende im Wesentlichen U-förmig mit in Umfangsrichtung geraden Seitenwänden. Der am gegenüberliegenden Ende gebildete Eingriffszinken weist ebenfalls gerade Seitenwände auf. Einschnitt und Eingriffszinken sind in solch einer Passung zueinander geformt, das der Eingriffszinken im Einschnitt des gegenüberliegenden Endes in Umfangsrichtung geführt wird. Treten Wärmedehnungsdifferenzen auf, dehnen sich die Umfangssegmente 21 und 22 in Umfangsrichtung und verkleinern die Dehnungsfugen 12 des jeweiligen Lagerrings 11. Bei einer Erniedrigung der Temperatur und der damit einhergehenden Schrumpfung in Umfangsrichtung vergrößern sich die Dehnungsfugen 12 entsprechend.
Bei Wärmedehnungsdifferenzen von Rotationskörper 10 und Zapfen 2 findet im Schrägrollenlager 13 der Ausgleich wie im ersten Ausführungsbeispiel durch Einrollen der Rollen 14 in die neuen Positionen statt.
Soweit Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel nicht beschrieben wurden, entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel. Dies gilt auch für dessen Weiterentwicklung durch Ausbildung wenigstens einer Dehnungsfuge pro äußerem Lagerring 11.

Claims

Anordnung zur Lagerung eines Rotationskörpers, die Anordnung umfassend: a) einen um eine Rotationsachse (R) drehbaren hohlen Rotationskörper (1; 10), b) einen längs der Rotationsachse (R) in den Rotationskörper (1; 10) ragenden Zapfen (2) c) und ein Schrägrollenlager (3; 13), das den Rotationskörper (1; 10) auf dem Zapfen (2) um die Rotationsachse (R) drehbar lagert, d) wobei der Zapfen (2) zumindest im Wesentlichen metallisch und der Rotationskörper (1, 10) zumindest im Wesentlichen keramisch ist e) und das Schrägrollenlager (3; 13) für einen Ausgleich der sich hieraus ergebenden Unterschiede in den Wärmedehnungen von Rotationskörper (1; 10) und Zapfen (2) ausgebildet ist.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägrollenlager (3; 13) wenigstens eine um die Rotationsachse (R) umlaufend erstreckte Laufbahn (1; 11), vorzugsweise eine dem Zapfen (2) zugewandte äußere Laufbahn, und um die Rotationsachse (R) verteilt angeordnete Rollen (4; 14) aufweist, die bei einer Drehbewegung des Rotationskörpers (1; 10) auf der wenigstens einen Laufbahn (1; 11) abrollbar sind.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (4; 14) Kegelrollen sind.
Anordnung nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper (1) die Laufbahn (1a, 1b) unmittelbar bildet.
Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägrollenlager (3; 13) einen am Rotationskörper (1; 10) abgestützten äußeren Lagerring (11) aufweist, der die Laufbahn (11a, 11b) bildet.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Lagerring (11) wenigstens eine Dehnungsfuge (12) aufweist, über die sich ein erstes Ende und ein zweites Ende des äußeren Lagerrings (11) in Umfangsrichtung zugewandt mit Abstand gegenüberliegen, so dass sich der äußere Lagerring (11) in Umfangsrichtung in die Dehnungsfuge (12) ausdehnen kann.
Anordnung nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Lagerring (11) in ein erstes Umfangssegment (21) und wenigstens ein hiervon separates zweites Umfangssegment (21, 22) geteilt ist und wenigstens eine Dehnungsfuge (12) aufweist, über die ein Ende des ersten Umfangssegments (21) einem Ende des zweiten Umfangssegments (22) in Umfangsrichtung zugewandt mit Abstand gegenüberliegt, so dass sich die Umfangssegmente (21, 22) in Umfangsrichtung in die Dehnungsfuge (12) ausdehnen können.
Anordnung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden einander im Bereich der Dehnungsfuge (12) in Umfangsrichtung überlappen, so dass sich die Laufbahn (11a, 11b) über die Dehnungsfuge (12) hinweg erstreckt und die Rollen (14) auch im Bereich der Dehnungsfuge (12) kontinuierlich in einem Rollkontakt mit der Laufbahn (11a, 11b) sind.
Anordnung nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden kammartig in Umfangsrichtung ineinander greifen, so dass in einer Abrollung der Laufbahn (11a, 11b) gesehen eines der Enden das andere links und rechts umgreift, beispielsweise U-, V- oder W-förmig.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägrollenlager (3; 13) einen auf dem Zapfen (2) angeordneten inneren Lagerring (5; 15) und um die Rotationsachse (R) verteilt angeordnete Rollen (4; 14) aufweist, die auf dem inneren Lagerring (5; 15) drehbar abgestützt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägrollenlager (3; 13) einen linken Lagersatz (3; 13) und einen rechten Lagersatz (3, 13) aufweist, die den Rotationskörper (1; 10) axial nach links und nach rechts stützen, und die Lagersätze jeweils eine äußere Laufbahn (1a, 1b; 11a, 11b) und Rollen (4; 14) nach einem der Ansprüche 2 bis 9 aufweisen.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der linke Lagersatz (3; 13) einen inneren linken Lagerring (5; 15) und der rechte Lagersatz (3; 13) einen inneren rechten Lagerring (5; 15) jeweils nach Anspruch 10 aufweisen.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Lagerringe (5; 15) relativ zum Zapfen (2) axial beweglich und vorzugsweise axial zwischen den inneren Lagerringen (5; 15) eine Ausgleichseinrichtung (6; 16) angeordnet ist, um für eine Anpassung des axialen Abstands der inneren Lagerringe (5; 15) zu sorgen, wenn sich der Zapfen (2) oder das Schrägrollenlager (3; 13) relativ zum Rotationskörper (1; 10) radial dehnt oder dehnen.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung (6; 16) einen Dehnungsausgleichskörper, vorzugsweise eine Ausgleichshülse, umfasst, der sich axial am linken inneren Lagerring (5; 15) oder am rechten inneren Lagerring (5; 15) abstützt und aus einem Werkstoff besteht, der zumindest in Bezug auf seine axialen Wärmedehnungseigenschaften angepasst gewählt ist, um die Anpassung zu bewirken.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper (1; 10) ein Walzenkörper für die Kalt- oder Warmumformung metallischen Materials ist.