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Die Erfindung betrifft eine Führungsrolle zur Führung eines Drahtes zu einer oder von einer Arbeitswalze in einer Drahtwalzstraße, die einen Außenmantel mit einer Profilierung zur Führung des Drahtes aufweist, der gegenüber einem feststehenden Innenring drehbar über Wälzelemente gelagert ist.
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Bei der Herstellung von Draht in einem Drahtwalzwerk wird zunächst Draht mit einer nominalen Ausgangsdicke hergestellt. Die Ausgangsdicke entspricht meist einem Vielfachen des Durchmessers, den der fertige Draht haben soll. Daher wird der Draht einer Drahtwalzstraße zugeleitet. In dieser sind mehrere Drahtwalzgerüste in Reihe angeordnet, durch die der Draht geführt wird. In jedem Drahtwalzgerüst wirken mindestens zwei Arbeitswalzen auf den Draht ein, wodurch dieser in seinem Durchmesser reduziert wird. Die exakte Führung des Drahts zu den einzelnen Drahtwalzgerüsten bzw. von diesen weg wird durch Führungsrollen bewerkstelligt, die an ihrem Außenumfang ein zur Führung des Drahtes geeignetes Profil aufweisen.
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Bei bekannten Drahtwalzstraßen befinden sich die Führungsrollen vor und/oder hinter den einzelnen Drahtwalzgerüsten in der Position, in der der Draht in das Drahtwalzgerüst eintritt. Dabei kommt es allmählich – von Drahtwalzgerüst zu Drahtwalzgerüst – in dem Maße, in dem sich der Durchmesser des Drahtes verringert, zu einer Erhöhung der Drahtgeschwindigkeit: Die ersten Drahtwalzgerüste, in Drahtförderrichtung betrachtet, walzen den Draht noch mit relativ geringer Geschwindigkeit, während sich von Drahtwalzgerüst zu Drahtwalzgerüst die Geschwindigkeit erhöht. Die letzten Drahtwalzgerüste empfangen den Draht bereits mit extrem hoher Geschwindigkeit (bis zu 120 m pro Sekunde) und walzen mit entsprechender Geschwindigkeit den Draht in seine endgültige Form.
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Während im kontinuierlichen Prozess diesbezüglich keine Probleme entstehen – die einzelnen Führungsrollen in den jeweiligen Drahtwalzgerüsten rotieren lediglich mit ihrer entsprechenden Geschwindigkeit – kommt es zu Schwierigkeiten, wenn ein neuer zu walzender Draht erstmals in die Drahtwalzstraße eintritt. Während im vorderen Bereich der Straße bei noch relativ geringen Geschwindigkeiten kein problematischer Betrieb zu beobachten ist, tritt der Draht in die letzten Drahtwalzgerüste bzw. auf die entsprechenden Führungsrollen mit erheblicher Geschwindigkeit auf, so dass insbesondere an den Führungsrollen große Lastspitzen beobachtet werden. Der mit großer Geschwindigkeit herannahende Draht muss beim Auftreffen auf die Führungsrolle diese aus der Ruheposition heraus auf die entsprechende Drehzahl beschleunigen, was zu hohen Lagerbelastungen führt. Die Mantelfläche der Führungsrolle aber auch das Lager der Führungsrolle verschleißen daher schon nach relativ kurzer Zeit, was entsprechend häufige Reparaturen und damit entsprechend häufige Demontage- und Montagevorgänge notwendig macht, die wiederum jeweils zu einer vorübergehenden Stilllegung der Drahtwalzstraße führen.
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Aus der
DE 201 09 015 U1 sind bereits Führungsrollen bekannt, bei welchen der Rollenmantel gleichzeitig als Außenring des Wälzlagers ausgebildet ist. Die mittlere Dicke des Außenmantels ist im Verhältnis zu den anderen Lagerabmessungen gering ausgebildet, um ein möglichst geringes Massenträgheitsmoments zu erhalten. Hierdurch wird erreicht, dass der rotierende Teil der Führungsrolle ein deutlich reduziertes Massenträgheitsmoment hat, was bedeutet, dass der zwischen zwei stehende Führungsrollen eintretende Draht einen geringeren Eingriffsstoß verursacht, da zum Hochbeschleunigen der Führungsrollen auf Drahtgeschwindigkeit weniger Energie benötigt wird. Damit kann vor allem der Rollenmantel geschont werden, was eine längere Standzeit ermöglicht. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Lagerungen der Führungsrollen nicht im Gleichen Maße wie der Rollenmantel eine längere Standzeit erfahren, da sich grundsätzlich höhere Beschleunigungen als höhere Belastung darstellen und sich damit negativ auf die Rollen und Laufbahnen auswirken können. Austauschintervalle der Führungsrollen können damit zwar verlängert werden aber nicht vermieden werden. Zudem benötigt jeder Austausch eine gewisse Demontage- und Montagezeit und bedingt damit einen Stillstandzeit der Drahtwalzstraße.
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Weiterhin sind aus der
DE 101 26 219 C2 Führungsrollen mit Antriebsmitteln bekannt, um Beschleunigungsvorgänge zu reduzieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Führungsrolle zur Führung eines Drahtes derart weiterzuentwickeln, dass es möglich ist, die Drahtwalzstraße so zu betreiben, dass Stillstandszeiten der Drahtwalzstraße minimiert werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrolle als zweireihiges vorgespanntes Wälzlager ausgebildet ist und als fertige Baueinheit auf einer feststehenden Welle der Drahtwalzstraße montierbar ist, ohne dass ein oder mehrere Teile der Baueinheit im Zuge des Montagevorganges zueinander eingestellt, insbesondere vorgespannt werden müssen.
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Erfindungsgemäß wird also darauf abgestellt, dass vom bisher bekannten bauartbedingten Montagekonzept der Führungsrollen – nämlich Montage der Führungsrolle auf der feststehenden Welle und gezieltes Vorspannen der Wälzlagerung auf der Welle abgerückt wird und die Führungsrolle als fertige Baueinheit ausgebildet ist, sodass auf ein Vorspannen im Zuge des Montageprozesses verzichtet werden kann. Vorteilhaft hierbei ist, dass der Montageprozess einfacher und schneller erfolgen kann und falsches Einstellen der Führungsrollen, welches zu verminderter Lebenszeit führt, zuverlässig verhindert werden kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Führungsrolle einen gemeinsamen einteiligen Außenring und einen gemeinsamen einteiligen Innenring für die beiden Wälzkörperreihen aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass die axiale Ausrichtung der Laufbahnen der Innenringe zu den Laufbahnen der Außenringe und damit die Vorspannung der beiden Wälzkörperreihen bereits vor der Montage der Führungsrolle auf der Welle fest eingestellt ist. Die Vorspannung innerhalb der beiden Wälzkörperreihen wird also durch die Abmessungen der Lagerringe und der Wälzkörper bestimmt. Die Vorspannung der beiden Wälzlager erfolgt somit bereits bei der Herstellung der Führungsrolle und damit komplett unabhängig vom Montageprozess der Führungsrolle in der Anwendung.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weißt die Führungsrolle einen gemeinsamen einteiligen Außenring und einen gemeinsamen einteiligen Innenring für die beiden Wälzkörperreihen auf. Vorteilhaft hierbei ist, dass sich die Teileanzahl der Führungsrolle reduziert, damit die Montage einfacher und schneller erfolgen kann. Durch die Ausgestaltung des einteiligen Innenringes und des einteiligen Außenringes kann die Vorspannung innerhalb des Lagers unabhängig von der Montage realisiert werden, da die unmontierte Baueinheit bereits eine vorbestimmte Vorspannung aufweist.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Innenring zwei Laufbahnen für die Wälzkörperreihen aufweist, wobei die Laufbahnen die Wälzkörper in einem Umfangswinkelbereich < 90 Grad umschließen und wobei ein axial mittiger Bereich des Innenringes zwischen den beiden Wälzkörperreihen, ausgehend von Bereichen radial innerhalb der Wälzkörper nach radial innen versetzt ist und eine radiale Öffnung zur Aufnahme von Schmierfett aufweist. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Führungsrolle sowohl als vorgefettete Einheit ausgestaltet werden kann, als auch zum Nachschmieren geeignet ist. Hierzu muss lediglich die Öffnung mit einer Schmiereinrichtung verbunden werden. Der zurückgesetzte Bereich dient als Schmiermittelreservoir und eignet sich als Aufnahmeraum für Schmiermittel.
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Durch den bevorzugten Umfangswinkelbereich < 90 Grad am Innenring kann Schmiermittel besonders gut an die Druckbereiche der Laufbahnen gelangen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Wälzlager als zweireihiges Schrägkugellager in O-Anordnung ausgebildet ist, wobei vorzugsweise beide Reihen des Schrägkugellagers als Zweipunktlager ausgebildet sind. Die Ausgestaltung als Zweipunktlager ist bezüglich des Rollwiderstandes und Reibungswiderstandes besonders vorteilhaft. Ein geringer Widerstand hat sich aufgrund der hohen Beschleunigungskräfte als besonders vorteilhaft für die Wälzkörper erwiesen, da Gleitphasen der Wälzkörper während des Hochbeschleunigens zumindest vermindert werden können. Alternativ können jedoch auch Vierpunktlager Verwendung finden, die bezüglich des Lastaufnahmevermögens vorteilhaft sind. Durch die Ausbildung als Schrägkugellager werden die vom Draht ausgeübten Stoßkräfte sowohl radial als auch axial besonders gut aufgenommen und können radial und axial aufgenommen und abgeleitet werden. Die axiale Ableitung der vom Draht erzeugten Stoßkräfte erfolgt erfindungsgemäß innerhalb des einteiligen Innenringes, ohne dass dieser sich selbst nennenswert axial abstützen muss.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Verhältnis des Massenträgheitsmomentes des Außenringes zum Außendurchmesser des Außenringes (2) größer als 0,001 kg·m ist. Besonders bevorzugt ist ein Verhältnis größer als 0,0015 kg·m vorgesehen. Durch dieses gegenüber den bisherigen Führungsrollen viel höhere Verhältnis des Massenträgheitsmoments zum Außendurchmesser wird die auftretende Stoßenergie vorteilhaft so in Beschleunigungsenergie umgewandelt, dass die auf die Wälzkörper ausgeübten Kräfte zu keinen übermäßigen Gleitphasen der Wälzkörper führen. Es wird durch das hohe Massenträgheitsmoment gezielt ein gewisser Verschleiß des Außenringes in Kauf genommen, zugunsten eins verringerten Verschleißes der Laufbahnen und der Wälzkörper. Durch den hierdurch minimierten Verchleiß wird die einmal eingestellte Vorspannung auf im Wesentlich konstanter Vorspannung gehalten, wodurch die Lebensdauer der eigentlichen Wälzlagerung in der Führungsrolle im Vergleich zu den bekannten Führungsrollen mit minimierten Massenträgheitsmoment der Außenringes beträchtlich verlängert wird.
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Durch das Verhältnis des Massenträgheitsmomentes zum Außendurchmesser des Außenringes größer als 0,001 kg·m wird somit eine Belastung auf die Wälzkörper aufgrund der auftretenden Stöße entscheidend vermindert. Das Verhältnis des Massenträgheitsmomentes zum Außendurchmesser des Außenringes sollte jedoch 0,004 kg·m nicht übersteigen, da oberhalb dieses Wertes der Verschleiß des Außenringes zugunsten der Lebensdauersteigerung der Wälzlager und Laufbahnen die Gesamtlebensdauer wiederum reduzieren würde. Vorteilhaft für eine optimierte Lebensdauer der Führungsrolle, bei der sowohl der Außenring als auch die Wälzlagerung eine bezüglich der Gesamtlebensdauer optimierte und aufeinander abgestimmten Verschleiß aufweisen, liegt in einem Bereich des Verhältnis des Massenträgheitsmomentes zum Außendurchmesser des Außenringes von 0,001 kg·m bis 0,004 kg·m. Besonders bevorzugt ist hierbei wenn das Verhältnis des Teilkreisdurchmessers zum Außendurchmesser des Außenringes kleiner als 0,5 ist. Dieses Verhältnis des Teilkreisdurchmessers zum Außendurchmesser in Kombination mit dem Verhältnis des Massenträgheitsmomentes zum Außendurchmesser des Außenringes von 0,001 kg·m bis 0,004 kg·m hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, die von den Drucklinien gebildeten Kegel sich innerhalb des Außenringes schneiden. Vorteilhaft hierbei ist, dass auch bei Verschleiß des Außenringes, bei welchem dieser im Bereich der Aufnahme des Drahtes verbraucht wird und somit der Durchmesser abnimmt die von den Drucklinien gebildeten Kegel sich weiterhin innerhalb des Außenringes schneiden. Hierdurch wird erreicht, dass sich bei Verschleiß des Außenringes der Druckbereich des Drahtes sich mehr und mehr dem Schnittpunkt der von den Drucklinien gebildeten Kegel annähert. Eine optimale Lastverteilung der Führungsrolle ist theoretisch dann erreicht, wenn sich der zu führende Draht, beziehungsweise der Druckbereich des Drahtes auf der Profilierung sich genau im Schnittpunkt der von den Drucklinien gebildeten Kegel befindet. Durch die Ausgestaltung derart dass sich der Schnittpunkt innerhalb des Außenringes schneidet wird vorteilhaft erreicht, dass sich bei einstellendem Verschleiß der Führungsrolle die Lastverhältnisse innerhalb der Führungsrolle verbessern und somit die durch den Verschleiß bedingten Einbußen der Führungseigenschaften durch eine sich verbessernde Lastverteilung und Lastableitung kompensiert werden.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn sich die von den Drucklinien gebildeten Kegel radial innerhalb der Profilierung im Außenring schneiden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Drucklinien der beiden Reihen des Schrägkugellagers einen Winkel α zwischen 50 Grad und 70 Grad zur Drehachse a des Außenringes einschließen. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Schrägkugellager bezüglich des Verhältnisses der radialen Kräfte zu den axialen Kräften optimiert ist, sodass zum einen die Radialkraft des Drahtes die innerhalb der Führungsrolle in einen axialen Anteil umgewandelt wird zuverlässig aufgenommen wird. Weiterhin kann sowohl die Vorspannung der beiden Schrägkugellager in diesem Winkelbereich exakt eingestellt werden, da der radiale Anteil nicht zu hoch ist, jedoch groß genug um die Radialkraft aufzunehmen.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Drucklinien der beiden Reihen des Schrägkugellagers einen Winkel α zwischen 50 Grad und 70 Grad zur Drehachse a des Außenringes einschließen und dass zusätzlich sich die von den Drucklinien gebildeten Kegel innerhalb des Außenringes schneiden, wobei das Verhältnis des Massenträgheitsmomentes zum Außendurchmesser des Außenringes in einem Bereich von 0,001 kg·m bis 0,004 kg·m liegt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Führungsrolle sieht vor, dass der Außenring an seiner Innenumfangsfläche beidseitig axial außerhalb der Wälzkörperreihen radiale Nuten zur Aufnahme von Dichtungselementen aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft eine abgedichtete Führungsrolle als fertige Baueinheit dargestellt werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn die Dichtungselemente als elastisch in die Nuten eingeklipste Dichtungselemente ausgestaltet sind. Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung als nicht den Innenring berührende Ausgestaltung der Dichtfläche. Hierdurch wird durch die Dichtungselemente die innere Reibung der Führungsrolle nicht erhöht jedoch eine Dichtfunktion bereitgestellt. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Dichtelemente als radiale Dichtscheiben mit einer Spaltdichtung zwischen dem radial inneren Ende der Dichtscheibe und dem Außenring ausgebildet sind.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Arbeitswalze in einer Drahtwalzstraße mit einer als fertigen Baueinheit ausgebildeten Führungsrolle.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur beschrieben.
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In der Figur ist eine Führungsrolle gezeigt, welche als fertige Baueinheit ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Führungsrolle lediglich aus einem einzigen Bauteil besteht und nicht aus verschiedenen losen Bauteilen erst zusammengesetzt werden muss. Sämtliche Bauteile der fertigen Baueinheit sind bereits in ihrer endgültigen Lage und Anordnung und in der relativen Lage zu den anderen Bauteilen montiert und angeordnet.
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Die Führungsrolle besteht aus dem einteiligen Außenring 2, welcher einen Außenmantel 5 aufweist, der an seiner radial außen liegenden Mantelfläche eine integral ausgebildete Profilierung 6 für einen zu führenden Draht aufweist. Hierzu ist die Profilierung bevorzugt V-förmig oder U-förmig ausgebildet. Die Profilierung 6 ist axial symmetrisch ausgebildet, sodass ein Draht mittig des Außenringes geführt wird.
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Der Innenring 3 ist ebenfalls einteilig ausgebildet und weißt zwei Laufbahnen 7 auf. Der Außenring 2 weißt zwei korrespondierende Laufbahnen 13 auf. Zwischen den Laufbahnen 7 und 13 sind als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 4 angeordnet. Die Führungsrolle 1 ist als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet, die Drucklinien 10 der beiden Reihen des Schrägkugellagers bilden mit der Drehachse a des Außenringes 2 den Winkel α. Das Ausführungsbeispiel weist hierbei einen Winkel von jeweils 60 Grad auf. Das zweireihige Schrägkugellager ist in sich vorgespannt, sodass die beiden Wälzkörperreihen zwischen ihren Laufbahnen 7, 13 unter einem eingestellten Vorspannungsdruck stehen. Diese Vorspannung wird beim Zusammenbau der Führungsrolle aufgebracht und ist durch die Kugeldurchmesser und Abstand der Laufbahnen zueinander vorgegeben. Die einzelnen Drucklinien 10 jeder Kugel einer Reihe des Schrägkugellagers bilden zusammen einen Kegel. Die beiden Kegel der beiden Reihen der Wälzkörper schneiden sich innerhalb des Außenringes 2 auf einer gedachten Kreislinie 14. Die beiden Schrägkugellager der Führungsrolle sind als Zweipunktlager ausgebildet und in O-Anordnung zueinander angeordnet. Der mittige Bereich 8 des Innenringes 3 weist einen kleineren Außendurchmesser auf als die Laufbahnen 7 des Innenringes 3 Hierdurch wird ein Aufnahmeraum für Schmierfett gebildet. Die radiale Öffnung 9 verbindet eine Innenumfangsoberfläche des Innenringes 3 mit dem Aufnahmeraum und dient zur Befüllung des Schrägkugellagers mit Schmierfett. In die Innenumfangsfläche des Außenringes 2 sind axial außerhalb der beiden Kugelreihen zwei Nuten 11 eingearbeitet, welche zur Aufnahme von Dichtungselementen 12 dienen, die mit dem Außenring drehfest verbunden sind. Die Dichtungselemente sind als Dichtscheiben aus Blechmaterial ausgeführt. Im Bereich ihrer radialen inneren Stirnseiten bilden sie eine Spaltdichtung mit der der Stirnseite gegenüberliegenden Außenumfangsfläche des Innenringes 3. Insgesamt ist eine abgedichtete als fertige Baueinheit ausgebildete Führungsrolle dargestellt welche ohne weitere Montage oder Demontageschritte auf eine Welle eines Drahtwalzgerüstes montiert werden kann. Der Montageaufwand dieser Rolle ist somit minimiert wodurch Stillstandzeiten durch Wechsel von Führungsrollen reduziert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Führungsrolle
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Außenmantel
- 6
- Profilierung
- 7
- Laufbahnen
- 8
- mittiger Bereich
- 9
- radiale Öffnung
- 10
- Drucklinien
- 11
- Nut
- 12
- Dichtungselement
- 13
- Laufbahnen
- 14
- Kreislinie
- a
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20109015 U1 [0005]
- DE 10126219 C2 [0006]
